CN111169664A - 一种调平控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种调平控制系统及方法。调平控制系统包括：平台，连接有3个以上用于支撑平台的可活动支腿；位移传感器，设置于可活动支腿上用于实时反馈可活动支腿的长度；倾角仪，固定于平台用于测量平台相对第一轴的第一倾角和相对于第二轴的第二倾角；控制模块，利用第一倾角和第二倾角计算3个以上可活动支腿需要调整的距离，利用位移传感器调整相应长度，控制模块控制可活动支腿调平，且通过倾角仪监测平台是否调平。通过该调平控制系统能够快速准确地完成平台的调平，利用位移传感器调整相应长度控制其调平，最后通过倾角仪验证平台是否调平，使得调平过程更加精准。

Description

一种调平控制系统及方法

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，具体涉及运载火箭或特殊设备需要精准的调平环境的一种调平控制系统及方法。

背景技术

随着我国航天事业的迅猛发展，运载火箭的测发模式逐渐出现了“三平”测发模式，“三平”测发模式对发射台的调平精度和调平时间提出了很高的要求。

这体现在两个方面：

第一：传统一平两垂(水平转运、垂直总装和垂直测试)和三垂(垂直转运、垂直总装和垂直测试)模式的发射塔架离火箭距离较远，火箭连接器通过发射塔伸出的摆臂与火箭相连，火箭连接器也采用提前脱落的模式，发射台水平度的误差不会对发射过程产生安全性风险；三平模式中起竖臂离火箭很近，连接器采用0s脱落方案，点火后起竖臂快速后倒让开火箭起飞漂移量，调平精度误差太大则可能导致火箭起飞过程中撞上起竖臂，造成箭毁人亡的重大飞行事故；

第二：传统一平两垂和三垂模式的调平过程在火箭总装过程中逐步完成，调平过程对发射流程时间的影响不大；三平模式下的发射台调平过程包含在发射流程中，发射台的调平过程直接影响发射流程的长短，如果调平过程过长或者调平过程不可靠，会直接导致发射的推迟甚至取消，也会产生重大经济损失。

鉴于此，亟需设计可以快速可靠地高精度完成发射台调平功能的调平控制系统成了一个重要的课题。

发明内容

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种调平控制系统及方法，能够快速可靠地完成发射台的调平功能，从而提高火箭的发射精准度。

本发明的一个方面提供了一种调平控制系统，包括：平台，连接有3个以上用于支撑平台的可活动支腿；位移传感器，设置于可活动支腿上用于实时反馈可活动支腿的长度；倾角仪，固定于平台用于测量平台相对第一轴的第一倾角和相对于第二轴的第二倾角；控制模块，利用第一倾角和第二倾角计算3个以上可活动支腿需要调整的距离，利用位移传感器调整相应长度，控制模块控制可活动支腿调平，且通过倾角仪监测平台是否调平。

在一个实施例中，可活动支腿为4个，可活动支腿为伺服电动支腿或者液压动力支腿。

在一个实施例中，还包含：DA输出控制单元，连接控制模块用于输出指令到可活动支腿；AD输入控制单元，连接控制模块用于接收位移传感器和倾角仪输入的信号。

在一个实施例中，还包含：比例放大器，连接至DA输出控制单元进行输出指令的转换；比例阀，根据比例放大器的输出指令调节可活动支腿的伸缩。

在一个实施例中，还包含：手动控制单元，用于手动调平控制，通过DI/DO输入/输出单元连接到控制模块。

在一个实施例中，还包含：状态显示器，连接至控制模块以显示状态监测信息和/或调平流程信息。

在一个实施例中，控制模块的通讯方式为串口或CAN或其它网络通讯方式。

本发明的再一方面提供了一种调平方法，采用上述的调平控制系统，包括：控制模块读取倾角仪测得的第一倾角和第二倾角，判断平台是否水平，若不平，通过控制模块计算平台的最高点，以最高点为基准进行追逐式调平。

在一个实施例中，判断平台是否水平包括：可活动支腿有4个，分别是第一支腿，第二支腿，第三支腿和第四支腿；若第一倾角的绝对值大于8-12角分，平台为不平状态；或者，若第二倾角的绝对值大于8-12角分，平台为不平状态；利用第一倾角和第二倾角的值判断可活动支腿的最高点和最低点。

在一个实施例中，判断可活动支腿的最高点和最低点还包括：利用第一倾角计算第一支腿和第二支腿的差距L1及第一高点、第三支腿和第四支腿的差距L2及第二高点；以最高点为基准进行追逐式调平包括：控制模块发送调节指令，调节差距L1使得第一支腿和第二支腿调平至第一高点，调节差距L2使得第三支腿和第四支腿调平至第二高点；利用第二倾角计算第一高点和第二高点的差距L3，调节差距L3使得第一支腿、第二支腿和第三支腿、第四支腿调平至最高点。

在一个实施例中，还包括：采用追逐式调平的次数不超过3次，否则，控制模块发出调平失败的信号。

在一个实施例中，以最高点为基准进行追逐式调平时还包括：通过位移传感器实时反馈可活动支腿的长度，判断可活动支腿是否达到预定高点位置。

本发明实施例提供的调平控制系统及方法，通过该调平控制系统能够快速准确地完成平台的调平，利用倾角仪判断两个轴向的倾角，控制模块计算各个可活动支腿需要调整的距离，利用位移传感器调整相应长度，控制模块控制可活动支腿调平，最后通过倾角仪验证平台是否调平，使得调平过程更加精准。

在阅读具体实施方式并且在查看附图之后，本领域的技术人员将认识到另外的特征和优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的调平控制系统的结构示意图；

图2是本发明另一实施例的调平控制系统的结构示意图；

图3是本发明再一实施例的调平控制系统的控制原理图；

图4是本发明实施例的调平控制系统的平台坐标示意图；

图5是本发明实施例的调平控制系统的调平过程原理图；

图6是本发明实施例的调平方法流程图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，用于示例性的说明本发明的原理，并不被配置为限定本发明。另外，附图中的机构件不一定是按照比例绘制的。例如，可能对于其他结构件或区域而放大了附图中的一些结构件或区域的尺寸，以帮助对本发明实施例的理解。

下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本发明实施例的具体结构进行限定。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外术语“包括”、“包含”“具有”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素结构件或组件不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出或固有的属于结构件、组件上的其他机构件。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

诸如“下面”、“下方”、“在…下”、“低”、“上方”、“在…上”、“高”等的空间关系术语用于使描述方便，以解释一个元件相对于第二元件的定位，表示除了与图中示出的那些取向不同的取向以外，这些术语旨在涵盖器件的不同取向。另外，例如“一个元件在另一个元件上/下”可以表示两个元件直接接触，也可以表示两个元件之间还具有其他元件。此外，诸如“第一”、“第二”等的术语也用于描述各个元件、区、部分等，并且不应被当作限制。类似的术语在描述通篇中表示类似的元件。

对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。

图1示出了本发明实施例的调平控制系统的结构示意图，图2示出了本发明另一实施例的调平控制系统的结构示意图，图3示出了本发明再一实施例的调平控制系统的控制原理图，图4示出了本发明实施例的调平控制系统的平台坐标示意图，图5示出了本发明实施例的调平控制系统的调平过程原理图，图6示出了本发明实施例的调平方法流程图。

如图1所示，本发明的调平控制系统包括：平台，连接有3个以上用于支撑平台的可活动支腿；位移传感器，设置于可活动支腿上用于实时反馈可活动支腿的长度；倾角仪，固定于平台用于测量平台相对第一轴的第一倾角α和相对于第二轴的第二倾角β；控制模块，利用第一倾角α和第二倾角β计算3个以上可活动支腿需要调整的距离，利用位移传感器调整相应长度，控制模块控制可活动支腿调平，且通过倾角仪监测平台是否调平。

具体的，本发明的调平控制系统中的平台可以应用到运载火箭的发射平台，发射平台一般都会连接有3个以上用于支撑发射平台的可活动支腿。通过安装位移传感器在这些可活动支腿上，用于实时反馈可活动支腿的长度。在发射平台上设置倾角仪测量发射平台倾斜的角度，若是单轴倾角仪就需要在两个轴向上分别设置，若是双轴倾角仪则直接放置在发射平台上。如图4所示，在发射平台上以中心为原点建立坐标系OXY，绕第一轴即X轴逆时针旋转的角度定义为正，标识其角度为第一倾角即α，绕第二轴即Y轴逆时针旋转的角度定义为正，标识其角度为第二倾角即β。设置控制模块利用α和β的角度值计算可活动支腿需要调整的距离，并控制各个可活动支腿的位移相应的距离参与调平，最后再通过位移传感器监测该发射平台是否调平。控制模块是整个调平控制系统的控制核心大脑，可以是固化在发射平台上的逻辑控制软件。

在一个实施例中，可活动支腿为4个，如图4所示，4个可活动支腿从左下角开始命名，顺时针依次标识为第一支腿(1#)、第二支腿(2#)、第三支腿(3#)、第四支腿(4#)。可活动支腿为伺服电动支腿或者液压动力支腿，或者任何能够驱动可活动支腿伸缩的动力机构，在本实施例中，可活动支腿采用的是液压动力支腿。

如图2所示，在一个实施例中，本发明的调平控制系统还包含：DA输出控制单元，连接控制模块用于输出指令到可活动支腿；AD输入控制单元，连接控制模块用于接收位移传感器和倾角仪输入的信号。DA输出控制单元和AD输入控制单元的设置为了转换模拟信号和数字信号以适应相应设备的信号传输，DA输出控制单元将控制模块的输出指令数字信号转化为可活动支腿能够接受的模拟信号，AD输入控制单元将位移传感器和倾角仪输出的位移、角度模拟信号转化为控制系统可以处理的数字信号。

在一个实施例中，本发明的调平控制系统还包含：比例放大器，连接至DA输出控制单元进行输出指令的转换；比例阀，根据比例放大器的输出指令调节可活动支腿的伸缩。在本实施例中，可活动支腿采用液压动力支腿时，比例放大器负责将DA输出控制单元输出的控制指令转换成比例阀能够接受处理的信号，比例阀则负责根据比例放大器的指令将液压动力支腿中的油缸阀门开启到合适的大小，以调节液压动力支腿的伸缩。

在一个实施例中，本发明的调平控制系统还包含：手动控制单元，用于手动调平控制，通过DI/DO输入/输出单元连接到控制模块。手动控制单元负责整个调平控制系统的手动控制指令的输入输出，一般应用在调平控制系统不能自动进行调平控制时，或者发射平台倾斜度较大需要先手动控制进行粗调平时。

在一个实施例中，本发明的调平控制系统还包含：状态显示器，连接至控制模块以显示状态监测信息和/或调平流程信息。手动控制和自动控制的信号都会传到控制模块，通过控制模块连接的状态显示器，将调平控制系统实时的状态监测信息以及调平流程信息展示在状态显示器中，方便工程师查看调平进展状况或者查询调平控制系统的故障。

本发明中没有具体说明位移传感器的数据采集、模拟量输入输出控制及数字量输入输出控制的具体细节，这些都属于本技术领域的公知常识，可根据实际应用要求在本发明的基础上改进设计。

在一个实施例中，控制模块的通讯方式为串口或CAN或其它网络通讯方式。控制模块与状态显示器、DA输出控制单元、AD输入控制单元及DI/DO输入/输出单元的通讯方式设计成串口或CAN或其它网络通讯方式。

如图3所示，示出了调平控制系统的控制原理图，该原理图主要针对液压动力支腿的可活动支腿控制方式进行说明。位移传感器和倾角仪的信号通过模拟量采集电路的输出，与极限倾角比对进行闭环控制，其中极限倾角一般取值在8-12角分。控制模块通过计算输出指令到比例放大器和开关放大器，液压动力支腿中的液压油路中包含比例换向阀和电磁换向阀，比例放大器作用到比例换向阀，开关放大器作用到电磁换向阀，同时比例换向阀也能作用到电磁换向阀，电磁换向阀控制油缸进行发射平台的调平。

本发明还提供了一种调平方法，采用上述的调平控制系统，包括：控制模块读取倾角仪测得的第一倾角α和第二倾角β，判断平台是否水平，若不平，通过控制模块计算平台的最高点，以最高点为基准进行追逐式调平。采用该调平方法能够将控制模块快速应用到运载火箭的发射平台上，可以在规定的时间内可靠、自动、高精度地完成发射天调平，为火箭的准时安全点火发射提供保障。

在一个实施例中，可活动支腿有4个，分别是第一支腿(1#)，第二支腿(2#)，第三支腿(3#)和第四支腿(4#)；若第一倾角α的绝对值大于极限倾角8-12角分，平台为不平状态；或者，若第二倾角β的绝对值大于极限倾角8-12角分，平台为不平状态；利用第一倾角α和第二倾角β的值判断可活动支腿的最高点和最低点。其中极限倾角值在本实施例中可以选择10角分，第一倾角α或者第二倾角β的绝对值大于10角分即判断发射平台为不平状态，需要控制模块进行自动调平动作。

在一个实施例中，利用第一倾角α计算1#第一支腿和2#第二支腿的差距L1及第一高点、3#第三支腿和4#第四支腿的差距L2及第二高点；控制模块发送调节指令，调节差距L1使得1#第一支腿和2#第二支腿调平至第一高点，调节差距L2使得3#第三支腿和4#第四支腿调平至第二高点；利用第二倾角β计算第一高点和第二高点的差距L3，调节差距L3使得1#第一支腿、2#第二支腿和3#第三支腿、4#第四支腿调平至最高点。

如图5所示，第一步：先利用第一倾角α和第二倾角β的值计算发射平台是否水平，a)如果第一倾角α>0,第二倾角β>0，则2#第二支腿最高，4#第四支腿最低；b)如果第一倾角α>0,第二倾角β<＝0，则3#第三支腿最高，1#第一支腿最低；c)如果第一倾角α<＝0,第二倾角β>0，则1#第一支腿最高，3#第三支腿最低；d)如果第一倾角α<0,第二倾角β>0，则4#第四支腿最高，2#第二支腿最低。

以a)情况为例，第二步：控制模块利用第一倾角α推算1#第一支腿与2#第二支腿差距L1，4#第四支腿与3#第三支腿差距L2，假设发射台为矩形长为A、宽为B，利用三角函数计算L1＝sinα*A，L2＝sinα*A，一般认为L1和L2之间的误差可以忽略，近似认为L1＝L2。

第三步：控制模块找到第一高点在2#第二支腿，第二高点在3#第三支腿，并发出调节指令到可活动支腿，控制1#第一支腿追平2#第二支腿调节差距L1至第一高点，4#第四支腿追平3#第三支腿调节差距L2至第二高点。

第四步：控制模块利用第二倾角β推算出1#第一支腿、2#第二支腿与3#第三支腿、4#第四支腿之间的差距L3，利用三角函数计算L3＝sinβ*B。

第五步：控制模块发出调节指令到可活动支腿，控制3#第三支腿和4#第四支腿一起追平1#第一支腿和2#第二支腿调节差距L3至最高点。

使用该调平方法后，如果倾角仪测得第一倾角α和第二倾角β的值还是大于极限倾角值，则继续重复以上五个步骤。

在一个实施例中，采用追逐式调平的次数不超过3次，否则，控制模块发出调平失败的信号，调平失败的信号会显示在状态显示屏。一般超过3次调平控制系统还未调平发射平台，说明调平控制系统出现故障，需要人为参与调平并查看维修故障。

在一个实施例中，通过位移传感器实时反馈可活动支腿的长度，判断可活动支腿是否达到预定高点位置。在第三步和第五步进行差距调节时，需要通过位移传感器实时反馈可活动支腿的长度到控制模块，通过反馈的数值判断可活动支腿是否达到预定的位置。以上述步骤为例，位移传感器监测1#第一支腿是否调节了L1的距离至2#第二支腿的第一高点，4#第四支腿是否调节了L2的距离至3#第三支腿的第二高点，3#第三支腿和4#第四支腿是否调节了L3至1#第一支腿和2#第二支腿的最高点。

如图6所示，示出了本发明实施例的调平方法流程图，首先是开始调平方法的流程，其次是读取可活动支腿的初始位置，将调平次数n设置为零；然后读取平台倾角仪的数据，第一倾角α和第二倾角β，将调平次数n+1；接着判断第一倾角α或第二倾角β是否大于设定值即极限倾角，并且n<＝3时，就分为以上四种情况进行调平；如果这两个要求有一个未满足要求，就退出自动调平的流程，给出调平结束或者调平失败报错的提示，否则开始自动调平流程。

先利用第一倾角α和第二倾角β的值计算发射平台是否水平，a)如果第一倾角α>0,第二倾角β>0，则2#第二支腿最高，4#第四支腿最低；b)如果第一倾角α>0,第二倾角β<＝0，则3#第三支腿最高，1#第一支腿最低；c)如果第一倾角α<＝0,第二倾角β>0，则1#第一支腿最高，3#第三支腿最低；d)如果第一倾角α<0,第二倾角β>0，则4#第四支腿最高，2#第二支腿最低。再进行第一倾角α的精度判断，通过读取位移传感器的数值进行调平追平过程的监测，直至第一倾角α满足精度要求；第二倾角β的精度判断，通过读取位移传感器的数值进行调平追平过程的监测，直至第二倾角β满足精度要求。重复整个调平方法的流程，直到第一倾角α和第二倾角β的值小于设定值即极限倾角，则调平结束，记录可活动支腿的最终位置。如果n>3，则发出调平失败的报错信息至控制模块。

通过上述调平方法能够全面考虑到调平过程中的各个状况，调平控制系统能够高效地完成发射平台的调平过程，应用在运载火箭的发射平台调平中，解决了传统发射平台控制系统的不足，提供了自动、高精度且快速的调平控制系统和调节方法。该调平控制系统能够在规定的时间内可靠、自动、高精度地完成发射调平，为火箭的准时安全点火发射提供保障。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种调平控制系统，其特征在于，包括：

平台，连接有3个以上用于支撑所述平台的可活动支腿；

位移传感器，设置于所述可活动支腿上用于实时反馈所述可活动支腿的长度；

倾角仪，固定于所述平台用于测量所述平台相对第一轴的第一倾角和相对于第二轴的第二倾角；

控制模块，利用所述第一倾角和所述第二倾角计算3个以上所述可活动支腿需要调整的距离，利用所述位移传感器调整相应长度，所述控制模块控制所述可活动支腿调平，且通过所述倾角仪监测所述平台是否调平。

2.根据权利要求1所述的调平控制系统，其特征在于，所述可活动支腿为4个，所述可活动支腿为伺服电动支腿或者液压动力支腿。

3.根据权利要求2所述的调平控制系统，其特征在于，还包含：

DA输出控制单元，连接所述控制模块用于输出指令到所述可活动支腿；

AD输入控制单元，连接所述控制模块用于接收所述位移传感器和所述倾角仪输入的信号。

4.根据权利要求3所述的调平控制系统，其特征在于，还包含：

比例放大器，连接至所述DA输出控制单元进行输出指令的转换；

比例阀，根据所述比例放大器的输出指令调节所述可活动支腿的伸缩。

5.根据权利要求1所述的调平控制系统，其特征在于，还包含：

手动控制单元，用于手动调平控制，通过DI/DO输入/输出单元连接到所述控制模块。

6.根据权利要求3所述的调平控制系统，其特征在于，还包含：

状态显示器，连接至所述控制模块以显示状态监测信息和/或调平流程信息。

7.根据权利要求1-6任一项所述的调平控制系统，其特征在于，所述控制模块的通讯方式为串口或CAN或其它网络通讯方式。

8.一种调平方法，采用1-7中任一项所述的调平控制系统，其特征在于，包括：

控制模块读取倾角仪测得的第一倾角和第二倾角，判断平台是否水平，若不平，通过所述控制模块计算所述平台的最高点，以最高点为基准进行追逐式调平。

9.根据权利要求8所述的调平方法，其特征在于，所述判断平台是否水平包括：

可活动支腿有4个，分别是第一支腿，第二支腿，第三支腿和第四支腿；

若所述第一倾角的绝对值大于8-12角分，所述平台为不平状态；或者，

若所述第二倾角的绝对值大于8-12角分，所述平台为不平状态；

利用所述第一倾角和所述第二倾角的值判断所述可活动支腿的最高点和最低点。

10.根据权利要求9所述的调平方法，其特征在于，所述判断所述可活动支腿的最高点和最低点还包括：

利用第一倾角计算所述第一支腿和所述第二支腿的差距L1及第一高点、所述第三支腿和所述第四支腿的差距L2及第二高点；

所述以最高点为基准进行追逐式调平包括：

所述控制模块发送调节指令，调节差距L1使得所述第一支腿和所述第二支腿调平至第一高点，调节差距L2使得所述第三支腿和所述第四支腿调平至第二高点；

利用第二倾角计算所述第一高点和所述第二高点的差距L3，调节差距L3使得所述第一支腿、所述第二支腿和所述第三支腿、所述第四支腿调平至最高点。

11.根据权利要求8-10任一项所述的调平方法，其特征在于，还包括：

采用追逐式调平的次数不超过3次，否则，所述控制模块发出调平失败的信号。

12.根据权利要求8-10任一项所述的调平方法，其特征在于，所述以最高点为基准进行追逐式调平时还包括：

通过位移传感器实时反馈可活动支腿的长度，判断所述可活动支腿是否达到预定高点位置。

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