CN111751137A

CN111751137A - 一种大负载两轴倾斜与摇摆台的控制装置及其控制方法

Info

Publication number: CN111751137A
Application number: CN202010608321.5A
Authority: CN
Inventors: 聂长禄; 史强
Original assignee: Suzhou Sushi Testing Group Co Ltd
Current assignee: Suzhou Sushi Testing Group Co Ltd
Priority date: 2020-06-30
Filing date: 2020-06-30
Publication date: 2020-10-09

Abstract

一种大负载两轴倾斜与摇摆台的控制装置，包括控制模块、人机界面、第一横摇驱动装置、第二横摇驱动装置、第一纵摇驱动装置、第二纵摇驱动装置、横摇角度测量装置和纵摇角度测量装置；控制模块控制第一和第二横摇驱动装置按设定参数做横向运动，同时控制第一和第二纵摇驱动装置按设定参数做纵向运动；控制模块通过横摇角度测量装置测量台面横向姿态参数,并接受反馈信号；控制模块通过纵摇角度测量装置测量台面纵向姿态参数,并接收反馈信号；控制模块通过人机界面进行信息的显示、系统的设置及控制。本发明采用人机界面和控制模块控制，具有零位修正功能,减小或消除系统误差，以满足评估被试品精度的需求。

Description

一种大负载两轴倾斜与摇摆台的控制装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及试验技术领域，具体涉及一种大负载两轴倾斜与摇摆台的控制装置及其控制方法。

背景技术

摇摆试验台是舰载设备进行动态性能测试的关键设备，用于潜艇和舰船在海上环境条件下运动姿态的模拟。也可用于测试汽车主要部件产品对倾斜与摇摆环境的适应能力，以确定产品经受规定严酷等级倾斜和摇摆的能力和结构的完好性。摇摆试验台广泛应用于舰载光电设备、导航设备、陀螺仪及平台罗径等设备的性能测试。利用这种模拟试验台进行模拟试验，可以节约大量的人力、物力和财力，缩短产品的研制周期。应用该技术开发不同的模拟器可应用于航空、航天、兵器等行业。倾斜与摇摆是安置在水上装备（包括船舶、水上飞机、海洋石油勘探平台）上的机械、电工、电子产品的一种基本环境，各类安置在水上装备上的机械、电工、电子产品都要经受该环境的作用。

因此，如何满足客户对大负载试件的倾斜与摇摆试验需求，并符合国家标准与国家军用标准的要求，完成标准提出的倾斜与摇摆试验，便成为本发明所要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种大负载两轴倾斜与摇摆台的控制装置及其控制方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种大负载两轴倾斜与摇摆台的控制方法，包括：步骤一、控制模块根据横摇角度测量装置和纵摇角度测量装置反馈的信号判断台面是否在零位；

若判定不在零位，则控制模块控制第一横摇驱动装置、第二横摇驱动装置、第一纵摇驱动装置以及第二纵摇驱动装置带动所述台面运动至零位；

若判定在零位，则开始步骤二；

步骤二、控制模块判断当前的试验模式；

①当判断为倾斜试验时，则控制模块根据设定的横向姿态参数控制第一横摇驱动装置及第二横摇驱动装置运动，同时控制模块根据所述横摇角度测量装置反馈的信号判断台面横向是否运动到了设定角度；

若台面横向未运动到设定角度，则控制模块继续根据设定的横向姿态参数控制第一横摇驱动装置及第二横摇驱动装置运动；

若台面横向运动到了设定角度，则控制模块根据设定的纵向姿态参数控制第一纵摇驱动装置及第二纵摇驱动装置运动，同时控制模块根据所述纵摇角度测量装置反馈的信号判断台面纵向是否运动到了设定角度；

若台面纵向未运动到设定角度，则控制模块继续根据设定的纵向姿态参数控制第一纵摇驱动装置及第二纵摇驱动装置运动；

若台面纵向运动到了设定角度，则完成倾斜试验；

②当判断为横向摇摆试验时，则控制模块根据设定的横向姿态参数计算出横向摇摆的理论谱；

接着，控制模块将横摇角度测量装置反馈的信号转化为横向摇摆的复现谱；

然后，控制模块根据横向摇摆的理论谱和复现谱，计算出横向摇摆的驱动谱，并控制第一横摇驱动装置及第二横摇驱动装置带动台面按横向摇摆驱动谱做横向摇摆试验；

③当判断为纵向摇摆试验时，则控制模块根据设定的纵向姿态参数计算出纵向摇摆的理论谱；

接着，控制模块将纵摇角度测量装置反馈的信号转化为纵向摇摆的复现谱；

然后，控制模块根据纵向摇摆的理论谱和复现谱，计算出纵向摇摆的驱动谱，并控制第一纵摇驱动装置及第二纵摇驱动装置带动台面按纵向摇摆驱动谱做纵向摇摆试验。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1．上述方案中，于步骤二中，当判断为纵向、横向两自由度摇摆试验时，则同时进行所述纵向摇摆试验及所述横向摇摆试验。

为达到上述目的，本发明采用的另一技术方案是：

一种大负载两轴倾斜与摇摆台的控制装置，包括控制模块、人机界面、第一横摇驱动装置、第二横摇驱动装置、第一纵摇驱动装置、第二纵摇驱动装置、横摇角度测量装置和纵摇角度测量装置；

所述控制模块电性连接所述第一横摇驱动装置以及所述第二横摇驱动装置，用于控制第一横摇驱动装置和第二横摇驱动装置按设定参数做横向运动，两横摇驱动装置对应两个自由度的横向运动；

所述控制模块电性连接所述第一纵摇驱动装置以及所述第二纵摇驱动装置，用于控制第一纵摇驱动装置和第二纵摇驱动装置按设定参数做纵向运动，两纵摇驱动装置对应两个自由度的纵向运动；

所述控制模块电性连接所述横摇角度测量装置，通过横摇角度测量装置测量台面横向姿态参数, 并接收反馈信号；

所述控制模块电性连接所述纵摇角度测量装置，通过纵摇角度测量装置测量台面纵向姿态参数, 并接收反馈信号；

所述控制模块电性连接所述人机界面，通过该人机界面进行信息的显示、系统的设置及控制。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1．上述方案中，还包括大负载摇摆台用高压油源系统，该大负载摇摆台用高压油源系统电性连接所述控制模块，同时油路连接所述第一横摇驱动装置、所述第二横摇驱动装置、所述第一纵摇驱动装置以及所述第二纵摇驱动装置。

2．上述方案中，还包括测量系统，所述控制模块电性连接该测量系统，通过测量系统测得台面的纵摇、横摇姿态参数，并将测得的纵摇、横摇姿态参数通过控制模块保存到计算机内。

3．上述方案中，还包括滤波装置，该滤波装置与一电源串联，以此提供系统一稳定可靠的电源。

4．上述方案中，所述控制模块为PLC或单片机或ARM。

5．上述方案中，所述人机界面为HMI人机界面或触摸屏设备或配以机械按键的显示器。

本发明的工作原理及优点如下：

本发明提供了一种大负载两轴倾斜与摇摆台的控制装置，采用计算机和可编程逻辑器控制；可通过角度测量装置来测量纵摇和横摇的姿态参数；通过纵摇和横摇驱动装置来控制摇摆台面运动，能够在运动范围内控制台面的倾斜方向和角度，开展倾斜试验和纵摇和横摇两个自由度的摇摆试验；通过测量系统来完成摇摆姿态参数的记录和显示；实现倾斜试验和摇摆试验参数的设置、姿态参数的记录和显示、与另外摇摆台之间的协同控制、摇摆台面零位修正功能、故障检测与报警等功能，还可通过通讯协议与其他系统进行通讯，实现远程控制与数据传输等功能。

其优点包括：

1、采用模块化设计，元器件数量大幅减少，具有升级的灵活性和售后维护的简便性；

2、采用一键式操作，设定完参数后自动完成试验，试验更方便更精确；

3、采用人机交互界面，提高用户体验；

4、用户可以通过通讯协议,实现两台摇摆台的协同控制和参数对比分析；

5、电源可自带滤波功能，抗干扰性高；

6、具有零位修正功能, 减小或消除系统误差，以满足评估被试品精度的需求；

7、具有自检测试及故障诊断功能，并以声光信号或文字等形式进行显示，以提高系统的维修性和操作使用性能。

附图说明

附图1为本发明实施例控制方法的原理框图；

附图2为本发明实施例控制装置的结构框图；

附图3为本发明实施例大负载两轴倾斜与摇摆台的结构示意图；

附图4为本发明实施例摇摆的理论谱（或复现谱）的示意图。

以上附图中：1、横摇角度测量装置；2、纵摇角度测量装置；3、台面；4、第一横摇驱动装置；5、第二横摇驱动装置；6、第一纵摇驱动装置；7、第二纵摇驱动装置。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例：以下将以图式及详细叙述对本案进行清楚说明，任何本领域技术人员在了解本案的实施例后，当可由本案所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本案的精神与范围。

本文的用语只为描述特定实施例，而无意为本案的限制。单数形式如“一”、“这”、“此”、“本”以及“该”，如本文所用，同样也包含复数形式。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

关于本文中所使用的用词（terms），除有特别注明外，通常具有每个用词使用在此领域中、在本案内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本案的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本案之描述上额外的引导。

参见附图1、3所示，一种大负载两轴倾斜与摇摆台的控制方法，包括：

步骤一、控制模块控制大负载摇摆台用高压油源启动；

控制模块根据横摇角度测量装置1和纵摇角度测量装置2反馈的信号判断台面3是否在零位；

若判定不在零位，则控制模块控制第一横摇驱动装置4、第二横摇驱动装置5、第一纵摇驱动装置6以及第二纵摇驱动装置7带动所述台面3运动至零位；

若判定在零位，则开始步骤二；

步骤二、控制模块判断当前的试验模式；

①当判断为倾斜试验时，则控制模块根据设定的横向姿态参数控制第一横摇驱动装置4及第二横摇驱动装置5运动，同时控制模块根据所述横摇角度测量装置1反馈的信号判断台面3横向是否运动到了设定角度；

若台面3横向未运动到设定角度，则控制模块继续根据设定的横向姿态参数控制第一横摇驱动装置4及第二横摇驱动装置5继续运动；

若台面3横向运动到了设定角度，则控制模块根据设定的纵向姿态参数控制第一纵摇驱动装置6及第二纵摇驱动装置7运动，同时控制模块根据所述纵摇角度测量装置2反馈的信号判断台面3纵向是否运动到了设定角度；

若台面纵向未运动到设定角度，则控制模块继续根据设定的纵向姿态参数控制第一纵摇驱动装置6及第二纵摇驱动装置7继续运动；

若台面3纵向运动到了设定角度，则完成倾斜试验。

其中，亦可先完成纵摇，然后再完成横摇。

接着，控制模块将横摇角度测量装置1反馈的信号转化为横向摇摆的复现谱；

然后，控制模块根据横向摇摆的理论谱和复现谱，计算出横向摇摆的驱动谱，并控制第一横摇驱动装置4及第二横摇驱动装置5带动台面3按横向摇摆驱动谱做横向摇摆试验；

接着，控制模块将纵摇角度测量装置2反馈的信号转化为纵向摇摆的复现谱；

控制模块根据纵向摇摆的理论谱和复现谱，计算出纵向摇摆的驱动谱，并控制第一纵摇驱动装置6及第二纵摇驱动装置7带动台面3按纵向摇摆驱动谱做纵向摇摆试验。

以下对步骤二中横向摇摆试验、纵向摇摆试验的原理说明如下：

1、设定的摇摆姿态参数包括幅值（最大摇摆角度）、周期（一个摇摆周期所需的时间）和摇摆试验时间（试验需要运行的总时间），控制模块根据以上参数可以计算出如图4所示的一个正弦曲线，就是摇摆的理论谱；

2、控制模块可根据角度测量装置反馈的信号计算出当前摇摆试验的幅值和周期，从而计算出摇摆的复现谱，该复现谱亦为如图4所示的一个正弦曲线；

3、控制模块把摇摆的理论谱和复现谱进行对比分析，计算出驱动两纵摇驱动装置或两横摇驱动装置所需要的驱动信号，也就是驱动谱；

4、当摇摆试验进行的时间达到设定的摇摆试验时间时，摇摆试验完成，摇摆试验停止。

其中，于步骤二中，当判断为纵向、横向两自由度摇摆试验时，则同时进行所述纵向摇摆试验及所述横向摇摆试验。

如图2、3所示，一种大负载两轴倾斜与摇摆台的控制装置，包括控制模块、人机界面、第一横摇驱动装置4、第二横摇驱动装置5、第一纵摇驱动装置6、第二纵摇驱动装置7、横摇角度测量装置1和纵摇角度测量装置2。

所述控制模块电性连接所述第一横摇驱动装置4以及所述第二横摇驱动装置5，用于控制第一横摇驱动装置4和第二横摇驱动装置5按设定参数做横向运动，两横摇驱动装置4、5对应两个自由度的横向运动。

所述控制模块根据设定参数分别计算第一横摇驱动装置4和第二横摇驱动装置5的运动轨迹，并精确控制第一横摇驱动装置4和第二横摇驱动装置5做相应运动，以保证台面3完成横向运动。

所述第一横摇驱动装置4和所述第二横摇驱动装置5均可选择横向伺服油缸、伺服阀和伺服信号放大器等，但并不局限于以上几项。

所述控制模块电性连接所述第一纵摇驱动装置6以及所述第二纵摇驱动装置7，用于控制第一纵摇驱动装置6和第二纵摇驱动装置7按设定参数做纵向运动，两纵摇驱动装置6、7对应两个自由度的纵向运动。

所述控制模块根据设定参数分别计算第一纵摇驱动装置6和第二纵摇驱动装置7的运动轨迹，并精确控制第一纵摇驱动装置6和第二纵摇驱动装置7做相应运动，以保证台面3完成纵向运动。

所述第一纵摇驱动装置6和所述第二纵摇驱动装置7均可选择纵向伺服油缸、伺服阀和伺服信号放大器等，但并不局限于以上几项。

所述控制模块电性连接所述横摇角度测量装置1，通过横摇角度测量装置1测量台面3横向姿态参数, 并接收反馈信号。

所述横摇角度测量装置1中测量角度的可以是角度传感器、编码器或者倾角传感器等，但并不局限于以上几项。

所述控制模块电性连接所述纵摇角度测量装置2，通过纵摇角度测量装置2测量台面3纵向姿态参数, 并接收反馈信号。

所述纵摇角度测量装置2中测量角度的可以是角度传感器、编码器或者倾角传感器等，但并不局限于以上几项。

其中，还包括大负载摇摆台用高压油源系统，该大负载摇摆台用高压油源系统电性连接所述控制模块，同时油路连接所述第一横摇驱动装置4、所述第二横摇驱动装置5、所述第一纵摇驱动装置6以及所述第二纵摇驱动装置7。

所述大负载摇摆台用高压油源系统给摇摆台提供稳定的油压，为横摇驱动装置4、5和纵摇驱动装置6、7提供动力。

其中，还包括测量系统，所述控制模块电性连接该测量系统，通过测量系统测得台面3的纵摇、横摇姿态参数，并将测得的纵摇、横摇姿态参数通过控制模块保存到计算机内。

借此设计，一方面能够以数字和曲线等形式在计算机上实时显示实测的摇摆姿态参数；另一方面能够通过网络接口、串口和模拟接口与外部通讯，在控制模块的控制下实现两摇摆台的协同控制。

所述测量系统主要包括测量计算机、I/O接口卡和通讯卡等，但并不局限于以上几项。

优选的，还包括滤波装置，该滤波装置与一电源串联，以此提供系统一稳定可靠的电源。具体实施时可选用如开关、开关电源、电源滤波器等。

优选的，所述控制模块为PLC或单片机或ARM，但并不局限于以上几项，控制模块的主要作用是控制整个系统的运行，接收信号和发出指令。

优选的，所述人机界面为HMI人机界面或触摸屏设备或配以机械按键的显示器，但并不局限于以上几项，人机界面的主要作用是提供人机交互的平台，将此类用户设置的参数和发出的操作指令传输给所述控制模块，还可将系统运行的一些信息显示给用户。

优选的，所述人机界面与所述控制模块之间可采用RS485协议进行通讯的，通过人机界面来控制控制模块程序的运行，同时把控制模块的状态反馈到人机界面上。

优选的，所述人机界面与电脑（上位机）之间可采用自由协议通讯，通过电脑来控制系统进行试验，同时也可以发送代码给控制装置来询问控制装置的状态，控制装置收到电脑的询问代码后会把当前状态发送给电脑。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种大负载两轴倾斜与摇摆台的控制方法，其特征在于：包括：

步骤一、控制模块根据横摇角度测量装置和纵摇角度测量装置反馈的信号判断台面是否在零位；

若判定在零位，则开始步骤二；

步骤二、控制模块判断当前的试验模式；

若台面纵向运动到了设定角度，则完成倾斜试验；

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：于步骤二中，当判断为纵向、横向两自由度摇摆试验时，则同时进行所述纵向摇摆试验及所述横向摇摆试验。

3.一种大负载两轴倾斜与摇摆台的控制装置，其特征在于：包括控制模块、人机界面、第一横摇驱动装置、第二横摇驱动装置、第一纵摇驱动装置、第二纵摇驱动装置、横摇角度测量装置和纵摇角度测量装置；

4.根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于：还包括大负载摇摆台用高压油源系统，该大负载摇摆台用高压油源系统电性连接所述控制模块，同时油路连接所述第一横摇驱动装置、所述第二横摇驱动装置、所述第一纵摇驱动装置以及所述第二纵摇驱动装置。

5.根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于：还包括测量系统，所述控制模块电性连接该测量系统，通过测量系统测得台面的纵摇、横摇姿态参数，并将测得的纵摇、横摇姿态参数通过控制模块保存到计算机内。

6.根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于：还包括滤波装置，该滤波装置与一电源串联，以此提供系统一稳定可靠的电源。

7.根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于：所述控制模块为PLC或单片机或ARM。

8.根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于：所述人机界面为HMI人机界面或触摸屏设备或配以机械按键的显示器。