CN115685737A - 一种调平腿触地电动测控调平系统 - Google Patents

Abstract

本发明一种调平腿触地电动测控调平系统，通过电动调平系统固有的伺服驱动器交轴电流I_q突变测控调平腿触地，调平腿不需敷设力传感器或行程开关，简化调平腿和电动调平系统的硬件结构，提高性能和可靠性、降低了制造成本，本发明通过自学习动态修正触地判据I_qp，克服了环境温度变化、机械磨损的影响，提高了调平腿触地测控的可靠性、准确性，采用了本发明的电动调平系统，因无液压机构的“跑冒滴漏”现象、电动机构比液压机构速度快、精度高，使导弹发射车、雷达车载平台、通讯车、工程车等特种车辆响应速度更快、控制精度更高、可靠性更高。

Description

一种调平腿触地电动测控调平系统

技术领域

本发明涉及特种车辆的调平技术领域，具体涉及一种调平腿触地电动测控调平系统。

背景技术

目前的导弹发射车、雷达车载平台、通讯车、工程车等载荷重或控制精度高的特种车辆都配备调平系统，特种车辆行进时调平系统收起调平腿、驻车进入工作状态前调平腿可靠触地并调平车辆。调平系统将特种车辆可靠、迅速、精准调平，是导弹发射车、通讯车等特种车辆工作的必要条件。当前的调平系统有液压式和电动式的，液压式调平系统响应速度慢、控制精度低、调平腿内液体常有“跑冒滴漏”现象难维护；而电动调平系统因采用了伺服电机驱动的电动调平腿，响应速度快、控制精度高、免维护，电动调平系统成为本技术领域的发展趋势。

电动调平系统通常由多个电动调平腿(常见4、6、8个等)和伺服驱动器、总控单元以及倾角传感器组成，电动调平腿内有运动机构和伺服电机，总控单元通过控制各电动调平腿伸缩和特种车辆上的倾角传感器感测车辆实现调平的。当前技术常遇见的情况是，车辆虽已调平，但若有若干个电动调平腿未有效触地，将影响特种车的受力情况，对所载装备的性能，尤其是对类似导弹发射车、雷达车载平台、通讯车等车所载装备性能的影响是致命的。

为了测控电动调平腿的有效触地，当前常见解决方法是，在电动调平腿上敷设力传感器、通过测量电动调平腿承重力判定是否有效触地；或者，在电动调平腿上安置行程开关感测是否有效触地。因电动调平腿是特种车辆的承重件，敷设的力传感器或行程开关因承重和不便防护易损坏；力传感器或行程开关还需连接线缆到总控单元，在电动调平腿的运动机构内敷设线缆将使结构变复杂，使电动调平腿的可靠性降低、成本提高。另一方面，环境温度变化引起的热胀冷缩、运动机构机械磨损致使运动机构阻力变化、相关的力传感器信号受环境温度影响，简单凭力传感器信号判断触地也时有误判。

因此，一种简单可靠、可行的电动调平系统调平腿有效触地的测控方法，成为本技术领域所亟须解决的问题。解决此技术问题，有助于电动调平系统提高性能、降低成本，有助于电动调平系统代替液压式调平系统，使特种车辆提高性能、降低成本。

发明内容

鉴于此，本发明的目的是提供一种调平腿触地电动测控调平系统，动态从伺服驱动器测取表征伺服电机扭矩的交轴电流I_q、预先求取表征有效触地时伺服电机扭矩增量的触地交轴电流增量ΔI_q、实时测取表征调平腿空程伸出时伺服电机扭矩的空程交轴电流I_qk、按(ΔI_q+I_qk)自学习修正触地判据I_qp，依据I_q≥I_qp及累计时间间隔有效触地时间间隔Δt依次测控调平腿触地，之后转入调平控制流程使特种车辆调平。

第一方面，本发明的电动调平系统调平腿触地测控装置的技术方案是(详见图1)：

电动调平系统包含数个安装于特种车底盘或主设备平台的电动调平腿和一个倾角传感器、相应数量的伺服驱动器、一个调平控制器，调平控制器有外接的人机控制接口。所述各个电动调平腿内含交流永磁伺服电机、运动机构、限位开关，交流永磁伺服电机内敷设温度传感器和位置传感器，交流永磁伺服电机的动力线、温度传感器、位置传感器、电动调平腿限位开关信号线与对应的伺服驱动器相连，由电动调平腿运动机构伸缩调平特种车；所述倾角传感器用于感测特种车底盘或主设备平台的倾角值，通过CAN总线与调平控制器相连；所述伺服驱动器内含电流传感器和含有伺服控制软件，伺服驱动器具有实时从电流传感器和位置传感器测取电流和位置信号、并依此动态解算表征伺服电机扭矩的交轴电流I_q的功能，还具有将I_q上传到上位机功能和输出至相应模拟电压信号的端口，具有电流闭环、速度闭环、通讯等功能，各伺服驱动器通过CAN总线与调平控制器相连；所述调平控制器由微处理MCU及其接口线路、人机接口构成，内含伺服驱动器测控、触地测控和调平测控软件。

第二方面，本发明的电动调平系统调平腿触地测控方法：

本测控方法是由预先获取初始触地判据I_qp和ΔI_q、自学习修正触地判据I_qp、调平腿触地测控三个阶段实现的。

第一阶段，在特种车辆调平系统初次调试时执行。由调平控制器通过CAN总线控制其一的伺服驱动器驱动对应伺服电机以某一转速n按有扭矩限制的速度闭环运转，使对应的调平腿的运动机构从初始位置伸出直至有效触地；伺服驱动器实时从电流传感器和位置传感器测取电流、动态解算得表征伺服电机扭矩的交轴电流I_q，用示波器从伺服驱动器I_q模拟电压信号的端口测取全程的I_q(参见图2)。求取空程段I_q的平均值I_qk，求取触地后有效触地时间间隔Δt内I_q的平均值I_qc。求得：

触地交轴电流增量ΔI_q＝I_qc-I_qk-初始；

触地判据I_qp-初始＝ΔI_q+I_qk-初始

Δt由转速n、运动机构特征决定，通常取5～5000毫秒。

求得的ΔI_q和I_qp-初始是当前调平腿的初始触地判据；同理可获得各个调平腿的初始触地判据，并保存于调平控制器内。

初次调试获得的调平腿的触地交轴电流增量ΔI_q是该调平腿的常量，将通过动态获得空程交轴电流平均值I_qk动态自学习修正触地判据I_qp＝ΔI_q+I_qk。

第二阶段，自学习修正触地判据I_qp是按要求在调平腿空程伸腿过程中获得的(参见图3)。调平控制器主流程有要求时，通过CAN总线控制其一的伺服驱动器驱动对应伺服电机以某一转速n按有扭矩限制的速度闭环运转、使调平腿的运动机构伸出，所述有扭矩限制的速度闭环运转指伺服驱动器按速度闭环运行、但其输出的最大扭矩不超过由特种车体和调平腿运动机构特征决定的扭矩限幅值,该扭矩限幅值表征为I_qmax；同时开始计空程运行时间t，并通过CAN接口获取伺服驱动器上传的表征伺服电机扭矩的交轴电流I_q、并保存。若当前I_q达到了上一次保存的触地判据I_qp，则给出完成自学习修正标志，返回主流程；若I_q未达到该I_qp，读取当前空程运行时间t，若空程运行时间t尚未达到Δt,继续重复上述空程运行的内容；若空程运行时间t大于Δt，计算空程运行0～(t-Δt)时间内I_q的平均值，此值计为当前的空程交轴电流I_qk，读取预存的ΔI_q，以(ΔIq+Iqk)代替原保存的I_qp、保存为新的触地判据I_qp；若无主流程的停止自学习修正指令或不发生I_q≥I_qp，将循环执行上述的自学习修正触地判据的过程。计0～(t-Δt)时间内I_q的平均值的目的是，排除有效触地时间间隔Δt内可能已触地的数据I_q数据对空程交轴电流I_qk均值的影响，使自学习修正触地判据I_qp更准确。

调平控制器按相同的方法对数个调平腿同时执行触地判据的自学习修正，获得各调平腿的空程交轴电流I_qk和触地判据I_qp。

第三阶段，调平控制器进行调平腿触地测控(参见图4)。调平控制器根据主流程控制指令进入触地控制流程，按主流程设置进行动态自学习修正触地判据，对触地突变计时器t1清零；调平控制器通过CAN总线控制其一的伺服驱动器驱动对应伺服电机以某一转速n按有扭矩限制的速度闭环运转、驱动调平腿伸出运行，所述有扭矩限制的速度闭环运转指伺服驱动器按速度闭环运行、但其输出的最大扭矩不超过由特种车体和调平腿运动机构特征决定的扭矩限幅值，表征该扭矩限幅值表征为I_qmax；调平控制器动态从伺服驱动器读取当前的I_q和当前的I_qp；若I_q<I_qp，重复上述过程、直至I_q≥I_qp，启动触地突变计时器t1计时，若t1不大于有效触地时间间隔Δt,重复驱动调平腿伸出运行之后的动作，直至t1>Δt；此时判断为调平腿有效触地，给出该调平腿触的标志信号；该Δt由伺服电机转速n、运动机构特征决定触地判断时间，通常取5～5000毫秒。之后，调平控制器通过CAN总线控制该伺服驱动器驱动对应伺服电机以当前I_qk对应的扭矩做扭矩闭环运转使调平腿保持触地，返回主流程。调平控制器采用同上的方法同时测控各个调平腿实现触地。

动态获取表征空程阻力扭矩的空程电流I_qk，用于自学习修正触地判据，克服了机械结构磨损、环境变化的影响。

空程电流I_qk取(t-Δt)时间I_q的平均值，后Δt内的I_q不参与平均值I_qk计算，是为了排除可能触地数据Iq影响IqK值，更能保证判据准确性。

综上，通过上述的电动调平系统调平腿触地测控装置和上述三个阶段的测控方法，实现了电动调平系统调平腿的触地；之后，电动调平系统控制进入调平控制流程，实现对特种车辆的调平。

与现有技术相比，本发明具有如下特点：

1、本发明通过电动调平系统固有的伺服驱动器交轴电流I_q突变测控调平腿触地，调平腿不需敷设力传感器或行程开关，简化调平腿和电动调平系统的硬件结构，提高性能和可靠性、降低了制造成本；

2、本发明通过自学习动态修正触地判据I_qp，克服了环境温度变化、机械磨损的影响，提高了调平腿触地测控的可靠性、准确性；

3、采用了本发明的电动调平系统，因无液压机构的“跑冒滴漏”现象、电动机构比液压机构速度快、精度高，使导弹发射车、雷达车载平台、通讯车、工程车等特种车辆响应速度更快、控制精度更高、可靠性更高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

附图说明：1-人机接口；2-调平控制器；3-伺服驱动器；4-倾角传感器；5-车体；6-电动调平腿。

图1为一种电动调平系统调平腿触地测控装置；

图2电动调平腿触地全程交轴电流I_q示意图；

图3自学习修正触地判据流程图；

图4调平腿触地测控流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。以下结合附图，详细说明本发明各实施例提供的技术方案。

本实施例为一种4个调平腿、32吨特种车辆的电动调平系统调平腿触地测控装置。

本实施例电动调平系统调平腿触地测控装置的技术方案是：

电动调平系统包含4个安装于特种车底盘或主设备平台的电动调平腿和1个倾角传感器、4个的伺服驱动器、1个调平控制器，调平控制器有外接的人机控制接口。所述各个电动调平腿内含交流永磁伺服电机、运动机构、限位开关，交流永磁伺服电机内敷设温度传感器和旋转变压器，交流永磁伺服电机的动力线、温度传感器、旋转变压器、电动调平腿的限位开关信号线与对应的伺服驱动器相连，由电动调平腿运动机构伸缩调平特种车；所述倾角传感器用于感测特种车底盘或主设备平台的倾角的，通过CAN总线与调平控制器相连；所述伺服驱动器内含电流传感器和含有伺服控制软件，伺服驱动器具有实时从电流传感器和旋转变压器测取电流和位置信号、并依此动态解算得表征伺服电机扭矩的交轴电流I_q的功能，该交轴电流I_q是电流有效值、也可以是幅值，还具有将I_q上传到上位机功能和输出相应模拟电压信号的端口，具有电流闭环、速度闭环、通讯等功能，各伺服驱动器通过CAN总线与调平控制器相连；所述调平控制器由微处理器DSP或ARM)及其接口线路、人机接口构成，内含伺服驱动器测控、触地测控和调平测控软件。

本实施例的电动调平系统调平腿触地测控方法：

本测控方法是由预先获取初始触地判据I_qp和ΔI_q、自学习修正触地判据I_qp、调平腿触地测控三个阶段实现的。

第一阶段，在特种车辆调平系统初次调试时执行。由调平控制器通过CAN总线控制其一的伺服驱动器驱动对应伺服电机以某一转速n＝2200rpm、按最大扭矩Tmax对应交轴电流I_qmax＝10A的速度闭环运转，使对应的调平腿的运动机构从初始位置伸出直至有效触地；伺服驱动器实时从电流传感器和旋转变压器测取电流、动态解算得表征伺服电机扭矩的交轴电流I_q，用示波器从伺服驱动器I_q模拟电压信号的端口测取全程的I_q(参见附图2)。求取空程段I_q的平均值I_qk＝0.8A，求取触地后有效触地时间间隔Δt内I_q的平均值I_qc＝1.7A，Δt由转速n＝2200rpm、运动机构的变速比和惯量决定，本实施例Δt取3300毫秒。求得：

触地交轴电流增量ΔI_q＝I_qc-I_qk＝1.7A-0.8A＝0.9A

触地判据I_qp-初始＝ΔI_q+I_qk-初始＝1.7A

求得的ΔI_q＝0.9A和I_qp-初始＝1.7A是当前调平腿的初始触地判据；同理可获得各个调平腿的初始触地判据，并保存于调平控制器内。

初次调试获得的调平腿的触地交轴电流增量ΔI_q＝0.9A是该调平腿的常量，之后动态获得I_qk、动态以I_qp＝ΔI_q+I_qk，代替原保存的I_qp。

第二阶段，自学习修正触地判据I_qp是按要求在调平腿空程伸腿过程中获得的(参见附图3)。调平控制器主流程有要求时，通过CAN总线控制其一的伺服驱动器驱动对应伺服电机以某一转速n＝2200rpm、按最大扭矩对应交轴电流I_qmax＝10A的速度闭环运转，使调平腿的运动机构伸出；同时开始计空程运行时间t，并通过CAN接口获取伺服驱动器上传的表征伺服电机扭矩的交轴电流I_q、并保存。若当前I_q达到了上一次保存的触地判据I_qp，则给出完成自学习修正标志，返回主流程；若I_q未达到该I_qp，读取当前空程运行时间t，若空程运行时间t尚未达到有效触地时间间隔Δt＝3300毫秒,继续重复上述空程运行的内容；若空程运行时间t大于3300毫秒，计算空程运行0～(t-3300毫秒)时间内I_q的平均值，此值计为当前的空程交轴电流I_qk＝0.88A，读取预存的ΔI_q＝0.9A，以(ΔI_q+I_qk)＝1.78A代替原保存的I_qp的1.7A、1.78A保存为新的触地判据I_qp；若无主流程的停止自学习修正指令或不发生I_q≥I_qp，将循环执行上述的自学习修正触地判据的过程。计0～(t-Δt)时间内I_q的平均值的目的是，排除有效触地时间间隔Δt内可能已触地的数据I_q数据对空程交轴电流I_qk均值的影响，使自学习修正触地判据I_qp更准确。

调平控制器按相同的方法对数个调平腿同时执行触地判据的自学习修正，获得各调平腿的空程交轴电流Iqk和触地判据I_qp。

第三阶段，调平控制器进行调平腿触地测控(参见附图4)。调平控制器根据主流程控制指令进入触地控制流程，按主流程设置进行动态自学习修正触地判据，对触地突变计时器t1清零；通过CAN总线控制其一的伺服驱动器驱动对应伺服电机以某一转速n＝2200rpm、按最大扭矩对应交轴电流I_qmax＝10A的速度闭环运转，驱动调平腿伸出；调平控制器动态从伺服驱动器读取当前的I_q和当前的I_qp；若I_q<I_qp，重复上述过程、直至I_q≥I_qp，启动触地突变计时器t1计时，若t1不大于100毫秒(本实施例取Δt＝100毫秒),重复驱动调平腿伸出运行之后的动作，直至t1>100毫秒；此时判断为调平腿有效触地，给出该调平腿触的标志信号。之后，调平控制器通过CAN总线控制该伺服驱动器驱动对应伺服电机以当前I_qk对应的扭矩做扭矩闭环运转使调平腿保持触地，返回主流程。调平控制器采用同上的方法同时测控各个调平腿实现触地。

上述转速n是根据调平系统调平腿输出速度和机构变速比决定，最大扭矩Tmax根据调平腿的承重和机构变速比决定；对应交轴电流I_qmax由交流永磁伺服电机和伺服驱动器参数决定；触地后时间间隔Δt的取值、触地交轴电流增量、触地判据，是根据调平腿的变速比和承重、伺服电机和伺服驱动器参数、调平系统的运动指标要求决定的；本实施例的参数仅是一种4个调平腿、32吨特种车辆的电动调平系统应用例的参数，不同规格调平系统的参数不同、方法相通的，不再枚举。

尽管已经示出和描述了本申请的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本申请的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种调平腿触地电动测控调平系统，其特征在于，包括电动调平腿、倾角传感器、伺服驱动器以及调平控制器；

所述调平控制器：调平控制器有外接的人机控制接口，所述调平控制器由微处理及其接口线路、人机接口构成，内含伺服驱动器测控、触地测控和调平测控软件；

所述电动调平腿：所述电动调平腿内含交流永磁伺服电机、运动机构、限位开关，交流永磁伺服电机内敷设温度传感器和旋转变压器，交流永磁伺服电机的动力线、温度传感器、旋转变压器、电动调平腿的限位开关信号线与对应的伺服驱动器相连，用于由电动调平腿运动机构伸缩调平特种车；

所述倾角传感器：所述倾角传感器用于感测特种车底盘或主设备平台的倾角的，通过CAN总线与调平控制器相连；

所述伺服驱动器：所述伺服驱动器内含电流传感器和含有伺服控制软件，伺服驱动器具有实时从电流传感器和旋转变压器测取电流和位置信号、并依此动态解算得表征伺服电机扭矩的交轴电流I_q的功能，该交轴电流I_q是电流有效值、也可以是幅值，还具有将I_q上传到上位机功能和输出相应模拟电压信号的端口，具有电流闭环、速度闭环、通讯功能；

所述伺服驱动器通过CAN总线与所述调平控制器相连；

采用调平腿触地电动测控调平系统的调平方法具体包括以下步骤：

步骤1：在特种车辆调平系统初次调试时执行，由调平控制器通过CAN总线控制伺服驱动器驱动对应伺服电机以某转速n、按扭矩不大于最大扭矩Tmax的速度闭环运转，使对应的调平腿的运动机构从初始位置伸出直至有效触地；

伺服驱动器实时从电流传感器和旋转变压器测取电流、动态解算得表征伺服电机扭矩的交轴电流I_q，用示波器从伺服驱动器I_q模拟电压信号的端口测取全程的I_q，求取空程段I_q的平均值I_qk，求取触地后Δt时间间隔内I_q的平均值I_qc，求得：

触地交轴电流增量ΔI_q＝I_qc-I_qk；

求得的ΔI_q和I_qp-初始是当前调平腿的初始触地判据；通过步骤1可获得各个调平腿的初始触地判据，并保存于调平控制器内；

初次调试获得的调平腿的触地交轴电流增量ΔI_q是该调平腿的常量，之后动态获得I_qk、动态以I_qp＝ΔI_q+I_qk，代替原保存的I_qp；

步骤2：自学习修正触地判据I_qp是按要求在步骤1中调平腿空程伸腿过程中获得的，调平控制器主流程有要求时，通过CAN总线控制伺服驱动器驱动对应伺服电机以某转速n、按扭矩不大于最大扭矩Tmax的速度闭环运转，使调平腿的运动机构伸出，同时开始计空程运行时间t，并通过CAN接口获取伺服驱动器上传的表征伺服电机扭矩的交轴电流I_q并保存；

若当前I_q达到了上一次保存的触地判据I_qp，则给出完成自学习修正标志，返回主流程；

若I_q未达到该I_qp，读取当前空程运行时间t，若空程运行时间t尚未达到有效触地时间间隔Δt,继续重复上述空程运行的内容；

若空程运行时间t大于Δt毫秒，计算空程运行0～(t-Δt)时间内I_q的平均值，此值计为当前的空程交轴电流I_qk，读取预存的ΔI_q，以(ΔI_q+I_qk)的值代替原保存的I_qp的值、并保存为新的触地判据I_qp；

若无主流程的停止自学习修正指令或不发生I_q≥I_qp，将循环执行上述的自学习修正触地判据的过程；

调平控制器按相同的方法对数个调平腿同时执行触地判据的自学习修正，获得各调平腿的空程交轴电流I_qk和触地判据I_qp；

步骤3：调平控制器进行调平腿触地测控，调平控制器根据主流程控制指令进入触地控制流程，按主流程设置进行动态自学习修正触地判据，对触地突变计时器t1清零；通过CAN总线控制其一的伺服驱动器驱动对应伺服电机以某转速n、按扭矩不大于最大扭矩Tmax的速度闭环运转，驱动调平腿伸出；

调平控制器动态从伺服驱动器读取当前的I_q和当前的I_qp；

若I_q<I_qp，重复上述过程、直至I_q≥I_qp，启动触地突变计时器t1计时，若t1不大于有效触地时间间隔Δt，重复驱动调平腿伸出运行之后的动作，直至t1>Δt，判断为调平腿有效触地，得到调平腿触的标志信号，调平控制器通过CAN总线控制该伺服驱动器驱动对应伺服电机以当前I_qk对应的扭矩做扭矩闭环运转使调平腿保持触地，返回主流程，调平控制器采用同上的方法同时测控各个调平腿实现触地。

2.根据权利要求1所述调平腿触地电动测控调平系统，其特征在于：还包括，动态解算得表征伺服电机扭矩的交轴电流I_q的功能，该交轴电流I_q是电流有效值或幅值，用于通过表征扭矩的交轴电流Iq突变一个时间间隔来判定是否有效触地。

3.根据权利要求1所述调平腿触地电动测控调平系统，其特征在于：还包括，动态获取表征空程阻力扭矩的空程电流I_qk，用于自学习修正触地判据。

4.根据权利要求1所述调平腿触地电动测控调平系统，其特征在于：还包括，空程电流I_qk取(t-Δt)时间I_q的平均值，后Δt内的I_q不参与平均值I_qk计算。

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