CN107643683A - 基于pid闭环控制的装备车载平台上的自动校平校北系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于PID闭环控制的装备车载平台上的自动校平校北系统，包括设置于车载平台下方的支撑组件，支撑组件与伺服控制器连接，车载平台还设置有双轴倾角传感器、GPS/北斗组合导航模块和电源模块，双轴倾角传感器、GPS/北斗组合导航模块和支撑组件均分别与伺服控制器连接，伺服控制器还与电源模块连接；通过运用计算机技术、传感器技术和伺服控制技术，采用PID闭环控制算法，可在很大程度上缩短车载平台的校北校平时间，提高车载平台校北校平精度，对提高车载通信、雷达系统的性能有着至关重要的作用，提高了车载通信雷达系统装备的机动能力和生存能力。

Description

基于PID闭环控制的装备车载平台上的自动校平校北系统

【技术领域】

本发明属于自动控制技术领域，特别涉及基于PID闭环控制的装备车载平台上的自动校平校北系统。

【背景技术】

目前，在现代雷达、通信系统等车载装备领域中，车载通信、雷达等装备系统到达预定阵地以后，要求快速的架设装备系统工作的基准平台，以确保系统运行精度。同时，车载通信、雷达等装备系统在工作时，其设备对平台的水平基准和真北基准要求较高。一方面要求车载平台要处于高度水平的位置，另一方面对车载平台相对真北航向的校准精度要高。因此，车载平台校平校北的时间长短和校北校平精度就成了车载通信、雷达等装备系统的关键性能指标。

我国的车载通信、雷达平台，有将近80％尚未实现自动校平校北，并且在实现自动校平的设备中，大多数采用电液式校平系统；而在自动校北设备中，常用电子罗盘实现。由于电液校平和电子罗盘自身的特性，存在着如下不可逾越的问题：

1.难以实现3分或更高精度的调平；

2.系统的可靠性很大程度上取决于电磁阀的稳定性；

3.液压系统反应迟缓，通常具有一定的滞后；

4.油的粘度随温度会发生变化，影响系统长时间运行稳定性；

5.车载雷达战时被击中以后，液压系统可能引发大火或爆炸；

6.易漏油，对油的清洁度要求高；

7.系统运行效率相对较低，维护保养要求高；

8.电子罗盘校北精度低，容易受到周围电磁环境的干扰。

这一系列缺点严重地影响了车载平台校平和校北系统的应用范围、工作性能和对环境的适应能力。

【发明内容】

本发明的目的是提供基于PID闭环控制的装备车载平台上的自动校平校北系统，以解决现有技术中架设平台速度慢、精度低、易受干扰的问题。

本发明采用以下技术方案：基于PID闭环控制的装备车载平台上的自动校平校北系统，包括设置于车载平台下方的支撑组件，还包括安装在车载平台上的双轴倾角传感器、GPS/北斗组合导航模块和电源模块，双轴倾角传感器、GPS/北斗组合导航模块和支撑组件均分别与伺服控制器连接，各部件还与电源模块连接；

双轴倾角传感器用于检测车载平台的水平状态，并将检测信息发送至伺服控制器；GPS/北斗组合导航模块用于检测车载平台当前位置的经纬度、海拔高度和真北航向角度，并将检测信息发送至伺服控制器；伺服控制器用于接收双轴倾角传感器和GPS/北斗组合导航模块发出的检测信息，根据检测信息发送调整信息至支撑组件，支撑组件用于接收调整信息，并根据调整信息自动调整车载平台的水平。

进一步地，支撑组件包括四个分别安装于车载平台下方四角的第一伺服电机，每个第一伺服电机的输出端均水平朝向车载平台的外侧，且该输出端连接有水平伸缩支撑腿；

每个水平伸缩支撑腿的外端部均设置有第二伺服电机，每个第二伺服电机的输出端均竖直向下朝向地面方向，且该输出端均连接有垂直伸缩支撑腿；

每个水平伸缩支撑腿和垂直伸缩支撑腿均安装有接近开关传感器，垂直伸缩支撑腿的底部设置有力传感器；每个接近开关传感器、力传感器、第一伺服电机、第二伺服电机均连接至伺服控制器；

每个接近开关传感器均用于检测对应的水平伸缩支撑腿或垂直伸缩支撑腿是否伸缩到指定位置，并发送检测信息至伺服控制器。

进一步地，每个力传感器下方还设置有万象关节，每个万象关节均用于与地面接触，并将受力传递给力传感器，每个力传感器均用于将检测受力信息，并将受力信息发送至伺服控制器。

进一步地，四个水平伸缩支撑腿均互相平行设置，四个垂直伸缩支撑腿均互相平行设置。

进一步地，双轴倾角传感器设置于车载平台底面中心位置，且其X轴与Y轴分别与车载平台的X轴与Y轴平行，其中，车载平台所在车辆的车头方向为车载平台的X轴，与X轴同一水平面并垂直于X轴方向为车载平台的Y轴。

进一步地，GPS/北斗组合导航模块为两个，分别设置于车载平台的顶部中线的前端和后端。

本发明的有益效果是：通过运用计算机技术、传感器技术和伺服控制技术，采用PID闭环控制算法，可在很大程度上缩短车载平台的校北校平时间，提高车载平台校北校平精度，对提高车载通信、雷达系统的性能有着至关重要的作用。本发明结构简单、方便操作、安全可靠、可自动快速实现装备车载平台自动校平校北，校北校平精度高，自动化智能操作可极大提高装备的架设和撤收速度，提高了车载通信雷达系统装备的机动能力和生存能力。

【附图说明】

图1为本发明的基于PID闭环控制的装备车载平台上的自动校平校北系统的结构示意图；

图2为图1的左侧视示意图；

图3为图1的俯视示意图。

其中：1.水平伸缩支撑腿；2.接近开关传感器；3.力传感器；4.垂直伸缩支撑腿；5.第一伺服电机；7.双轴倾角传感器；8.GPS/北斗组合导航模块；9.伺服控制器；10.电源模块；11.第二伺服电机。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明公开了种基于PID闭环控制的装备车载平台上的自动校平校北系统，如图1、图2、图3所示，包括设置于车载平台下方的支撑组件，支撑组件与伺服控制器9连接，车载平台还设置有双轴倾角传感器7、GPS/北斗组合导航模块8和电源模块10，双轴倾角传感器7、GPS/北斗组合导航模块8和支撑组件均分别与伺服控制器9和电源模块10连接，伺服控制器9还与电源模块10连接。

双轴倾角传感器7用于检测车载平台的水平姿态，并将检测信息发送至伺服控制器9；GPS/北斗组合导航模块8用于检测车载平台当前位置的经纬度、海拔高度和真北航向角度，并将检测信息发送至伺服控制器9；伺服控制器9用于接收双轴倾角传感器7和GPS/北斗组合导航模块8发出的检测信息，根据检测信息发送调整信息至支撑组件，支撑组件用于接收调整信息，并根据调整信息自动调整所述车载平台的水平和真北方向。

双轴倾角传感器7设置于车载平台底面中心位置，且其X轴与Y轴分别与车载平台的X轴与Y轴平行，其中，车载平台所在车辆的车头方向为车载平台的X轴，与X轴处于同一水平面并垂直于X轴方向为车载平台的Y轴，车载平台的高度方向为其Z轴，这样有利于方便快捷地通过双轴倾角传感器7测量出车载平台的水平姿态。

优选的，GPS/北斗组合导航模块8的数量为两个，分别设置于车载平台顶部中线的前端和后端，车载平台顶部中线即为沿车头和车位方向所画出的平分车载平台的直线，车头方向为前端，车位方向为后端。设置两个GPS/北斗组合导航模块8使得检测到的车载平台当前位置的经纬度、海拔高度和真北航向角度精度更高，而且通过两个GPS/北斗组合导航模块8的连线和车身所处方向的夹角可更加精确的测量出真北信息。

支撑组件包括四个分别安装于车载平台下方四周的第一伺服电机5，每个第一伺服电机5的输出端均朝向车载平台的外侧，每个第一伺服电机5的输出端均连接有水平伸缩支撑腿1，每个第一伺服电机5均用于带动对应的水平伸缩支撑腿1水平伸出或收回；四个水平伸缩支撑腿1所处高度相同，且均互相平行设置。

每个水平伸缩支撑腿1远离第一伺服电机的端部(即外端部)均设置有第二伺服电机11，每个第二伺服电机11的输出端均朝向竖直向下地面方向，且每个第二伺服电机11的输出端均连接有垂直伸缩支撑腿4；四个垂直伸缩支撑腿4均互相平行设置。每个水平伸缩支撑腿1和垂直伸缩支撑腿4均安装有接近开关传感器2，每个接近开关传感器2均用于检测对应的水平伸缩支撑腿1或垂直伸缩支撑腿4是否伸缩到指定位置，并发送检测信息至伺服控制器9。垂直伸缩支撑腿4的底部设置有力传感器3，每个力传感器3下方还设置有万象关节，每个万象关节均用于与地面接触，并将受力传递给力传感器3，每个力传感器3均用于将检测受力信息，并将受力信息发送至伺服控制器9。

每个接近开关传感器2、力传感器3、第一伺服电机5、第二伺服电机11均连接至伺服控制器9。其中，水平伸缩支撑腿1和垂直伸缩支撑腿4均为现有技术中的电动液压支腿，可直接从市场中购买。

本实例的整个系统采用车载电源，伺服控制器9和电源模块10通电后，系统先进行初始化和自检，检查系统和上位机的通信是否正常，检查各传感器的通信是否正常，自检和初始化完成后，实施采集并更新当前各传感器当前状态，进入待机状态。

在收到上位机的校北校平指令后，先启动第一伺服电机5，带动水平伸缩支撑腿1完成横向展开，通过设置于水平伸缩支撑腿1上的接近开关传感器2的反馈，判断水平伸缩支撑腿1是否完全展开，然后启动第二伺服电机11，带动垂直伸缩支撑腿4向下伸出，通过设置于垂直伸缩支撑腿4上的力传感器3检测到的受力大小，判断四个垂直伸缩支撑腿4是否触地及检测其受力分布，并通过设置于垂直伸缩支撑腿4上的接近开关传感器2的反馈，判断垂直伸缩支撑腿4是否完全展开。

当力传感器3检测到四个垂直伸缩支撑腿4完全触地并超出各力传感器3受力分布阈值后，通过双轴倾角传感器7实时采集车载平台的X轴和Y轴方向的倾斜度数据，根据PID自动校平算法自动计算四个垂直伸缩支撑腿4的运动距离，通过伺服控制器9和电源模块10对四个垂直伸缩支撑腿4的相应的第二伺服电机11发出运动控制指令，循环执行这一过程，最终达到自动调平的目标。当车载平台调平后，伺服控制器9和电源模块10采集当前两个GPS/北斗组合导航模块8的经纬度、海拔高度和真北航向角度信息，作为本系统真北的基准。

本发明结构简单、方便操作、安全可靠、可自动快速实现装备车载平台自动校平校北，校北校平精度高，自动化智能操作可极大提高装备的架设和撤收速度，提高了车载通信雷达系统装备的机动能力和生存能力。

Claims (6)

1.基于PID闭环控制的装备车载平台上的自动校平校北系统，其特征在于，包括设置于车载平台下方的支撑组件，还包括安装在车载平台上的双轴倾角传感器(7)、GPS/北斗组合导航模块(8)和电源模块(10)，所述双轴倾角传感器(7)、GPS/北斗组合导航模块(8)和支撑组件均分别与所述伺服控制器(9)连接，所述各部件还与所述电源模块(10)连接；

所述双轴倾角传感器(7)用于检测所述车载平台的水平状态，并将检测信息发送至所述伺服控制器(9)；所述GPS/北斗组合导航模块(8)用于检测所述车载平台当前位置的经纬度、海拔高度和真北航向角度，并将所述检测信息发送至所述伺服控制器(9)；所述伺服控制器(9)用于接收所述双轴倾角传感器(7)和GPS/北斗组合导航模块(8)发出的检测信息，根据检测信息发送调整信息至所述支撑组件，所述支撑组件用于接收所述调整信息，并根据所述调整信息自动调整所述车载平台的水平。

2.如权利要求1所述的基于PID闭环控制的装备车载平台上的自动校平校北系统，其特征在于，所述支撑组件包括四个分别安装于所述车载平台下方四角的第一伺服电机(5)，每个所述第一伺服电机(5)的输出端均水平朝向所述车载平台的外侧，且该输出端连接有水平伸缩支撑腿(1)；

每个所述水平伸缩支撑腿(1)的外端部均设置有第二伺服电机(11)，每个所述第二伺服电机(11)的输出端均竖直向下朝向地面方向，且该输出端均连接有垂直伸缩支撑腿(4)；

每个所述水平伸缩支撑腿(1)和垂直伸缩支撑腿(4)均安装有接近开关传感器(2)，所述垂直伸缩支撑腿(4)的底部设置有力传感器(3)；每个所述接近开关传感器(2)、力传感器(3)、第一伺服电机(5)、第二伺服电机(11)均连接至伺服控制器(9)；

每个所述接近开关传感器(2)均用于检测对应的水平伸缩支撑腿(1)或垂直伸缩支撑腿(4)是否伸缩到指定位置，并发送检测信息至所述伺服控制器(9)。

3.如权利要求2所述的基于PID闭环控制的装备车载平台上的自动校平校北系统，其特征在于，每个力传感器(3)下方还设置有万象关节，每个所述万象关节均用于与地面接触，并将受力传递给所述力传感器(3)，每个所述力传感器(3)均用于将检测受力信息，并将所述受力信息发送至所述伺服控制器(9)。

4.如权利要求3所述的基于PID闭环控制的装备车载平台上的自动校平校北系统，其特征在于，四个所述水平伸缩支撑腿(1)均互相平行设置，四个所述垂直伸缩支撑腿(1)均互相平行设置。

5.如权利要求1或2所述的基于PID闭环控制的装备车载平台上的自动校平校北系统，其特征在于，所述双轴倾角传感器(7)设置于所述车载平台底面中心位置，且其X轴与Y轴分别与所述车载平台的X轴与Y轴平行，其中，所述车载平台所在车辆的车头方向为所述车载平台的X轴，与X轴同一水平面并垂直于X轴方向为所述车载平台的Y轴。

6.如权利要求1或2所述的基于PID闭环控制的装备车载平台上的自动校平校北系统，其特征在于，所述GPS/北斗组合导航模块(8)为两个，分别设置于所述车载平台的顶部中线的前端和后端。