一种数字式6-DOF运动平台控制系统技术方案

一种数字式6-DOF运动平台控制系统，采用基于PCI总线的高性能六轴伺服/步进控制卡，和主控计算机构成了双CPU系统。该模拟器的运动平台完全是一种“数字开环控制”，具有抗干扰能力强、对油液的精度要求低、调试维护简单的特点，通过优化的多任务调度软件实现了平台的正常运行和故障保护，达到了控制系统的可靠性要求。

A digital 6-DOF motion platform control system

A digital 6-DOF motion platform control system adopts a high-performance six axis servo / stepping control card based on PCI bus, and a dual CPU system is composed of the main control computer. The motion platform of the simulator is a completely digital open-loop control, has strong anti-interference ability, on the oil's precision is low, simple debugging and maintenance, through multi task scheduling optimization software to realize the normal operation and fault protection platform, meets the requirements of the reliability of the control system.

【技术实现步骤摘要】
一种数字式6-DOF运动平台控制系统所属
本专利技术涉及一种数字式6-DOF运动平台控制系统，适用于机械领域。
技术介绍
六自由度Stewart平台并联机器人机构有着极为广阔的应用前景，它可以应用于飞机、船舶、坦克等各种仿真训练的运动模拟器，以及地震模拟台、动感电影等，也可用到宇宙飞船、潜艇救生、空中加油机的对接装置中，还可作为并联运动机床、医用机器人、精确定位机构等。大型并联运动平台一般要承载较大惯量的负载，由于电动、气动的驱动力相对较小，故绝大部分采用的是电液伺服控制系统，虽然液压驱动具有响应速度快和控制精度高等优点，但也普遍存在一些缺点，特别是对油液质量要求严格，精度等级高达14/11(IS04406)，系统调试周期长，维护比较困难。而且采用模拟信号的电液伺服系统，必须采用许多D/A,A/D接口元件，以及光电隔离、滤波等防比干扰的手段，这样使控制系统变得复杂。
技术实现思路
本专利技术提出了一种数字式6-DOF运动平台控制系统，该模拟器的运动平台完全是一种“数字开环控制”，具有抗干扰能力强、对油液的精度要求低、调试维护简单的特点，通过优化的多任务调度软件实现了平台的正常运行和故障保护，达到了控制系统的可靠性要求。本专利技术所采用的技术方案是：所述数字式运动平台由六自由度运动机构、平台运动控制系统、油源及其控制系统构成。六自由度运动机构有上下平台、数字液压缸、铰链连接装置等几部分，它是复现模拟器动作的运动机构。平台运动控制系统是整个并联运动平台系统的中枢，它由主控计算机、运动控制卡、数据采集卡、细分驱动器、操作控制而板等构成;为方便操作与管理，将这套控制系统集成为一个工作站，在工作站的控制而板上有运行模式的选择旋钮、平台起停按钮、急停按钮、以及单自由度调试按钮和单缸调试按钮，并且油源的可视触摸屏也安装在左下方，可实现油源的远程监控。油源及其控制系统由油泵、水泵、加热器、溢流阀、油源控制PLC、油源控制箱、可视触摸屏等构成，它可实现油压、油温的自动控制与调节。所述主控计算机是整个控制系统的核心，它通过网络通讯接收上位机的信息生成运动平台六自由度姿态信息(包括位移、速度、加速度)，经过洗出滤波算法，转化为运动平台的平动和转动位移，并经过并联机器人机构的运动学反解得到每个液压缸的缸长，后通过PCI总线传送到运动控制卡上，运动控制卡经过位置、速度的插补运算后，发送脉冲指令到细分驱动器上，由步进电机带动阀芯移动，最后通过液压作用变成液压缸所需的缸长，从而实时产生模拟仿真的运动姿态。同时主控计算机通过串口(RS485)和油源PLC通讯，实时监测油源的油压、油温、油位、过滤器是否堵塞等油源情况，并视情产生相应动作，如在油泵没有起动的条件下，平台运行初始化条件不满足，当按下平台起动按钮时液压缸不会动作，相反会提示操作者存在的问题。所述采用基于PCI总线的高性能六轴伺服/步进控制卡，实际上和主控计算机构成了双CPU系统，接收主控计算机的指令后，它能迅速进行位移、速度的插补计算，并发送脉冲值和脉冲频率去驱动对应的步进电机，保证在相同的时间内使6个液压缸平滑地伸长或缩短不同的距离。而该控制卡具有位置可变环形，可在运动中随时改变速度，可使用连续插补等先进功能也使运动平台的控制更加准确方便。所述运动控制卡的位置管理采用两个加/减速计数器，一个是内部管理驱动脉冲输出的逻辑位置计数器，一个用于接收外部脉冲的反馈输入。在实际使用时，通过控制卡的自带指令，可实时返回逻辑位置计数器值，也即液压缸的理想位置。而液压缸的内部反馈机构可以附带一个高精度的码盘编码器，可通过控制卡实时返回液压缸的实际位置，这可以有效监视液压缸的运动。但事实上，由于液压缸的合理设计，其位置跟踪能力非常强，所以这种外部脉冲反馈输入是完全可以去掉的，即对控制者而言完全是一种“数字开环控制，省去了位移传感器、力传感器、压力传感器和加速度传感器等众多传感器，以及由此带来的D/A,A/D转换和复杂的控制器参数调节装置。而且在细分驱动器上电的情况下，步进电机处于自锁状态，即除非有驱动脉冲的作用，在一般的干扰信号作用下它是不会动作的，所以系统具有很强的抗干扰能力。所述油源PLC主要实现油源系统的逻辑控制和监视。平台运行准备阶段，可利用控制台上的可视触摸屏起动油泵，同时PLC根据油温的高低，决定是否起动冷却水泵还是起动加热器，即油温过高时水泵运行，油温过低时起动加热器进行加热。在系统正常运行时，将油压、油温、油位、过滤器是否堵塞等油源情况，实时传送给可视触摸屏和主控计算机，这样在触摸屏和显示器上都可显示油源信息，即使在主控计算机死机的情况下，操作者在控制台也能清楚的查看油源运行情况。所述逻辑控制和保护功能主要是通过数字I/0采集卡和运动控制卡上的I/0口，管理运动控制及其附属设备之间的所有I/0操作，通过I/0接口采集系统所有模拟转换和开关状态，在线监测系统的运行状态，并进行故障分析和处理，通过安全保护模块对平台实施相应的保护动作。安全保护模块共设置了近30种故障，根据故障的种类和可能造成的危险，分为3个处理级别，分别是:报警、回复中性位置(6个液压缸均伸长行程的一半)、紧急退出。“报警”是系统监测到一种非正常的但暂时不会对系统造成太大影响的状态，此时通过控制软件发出声光报警，提示操作者采取相应措施消除之；“回复中性位置”是系统监测到非致命的故障，则安全保护模块关闭正常的运动请求，直接控制平台回复到中性位置，并待机，直到故障消除；而“紧急退出”是系统遇到停电、失压、油泵急停、大泄漏等危险情况时，安全保护模块使平台在任何位姿都能紧急回复初始零位。本专利技术的有益效果是：该模拟器的运动平台完全是一种“数字开环控制”，具有抗干扰能力强、对油液的精度要求低、调试维护简单的特点，通过优化的多任务调度软件实现了平台的正常运行和故障保护，达到了控制系统的可靠性要求。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术的运动平台控制系统框图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。如图1，数字式运动平台由六自由度运动机构、平台运动控制系统、油源及其控制系统构成。六自由度运动机构有上下平台、数字液压缸、铰链连接装置等几部分，它是复现模拟器动作的运动机构。平台运动控制系统是整个并联运动平台系统的中枢，它由主控计算机、运动控制卡、数据采集卡、细分驱动器、操作控制而板等构成;为方便操作与管理，将这套控制系统集成为一个工作站，在工作站的控制而板上有运行模式的选择旋钮、平台起停按钮、急停按钮、以及单自由度调试按钮和单缸调试按钮，并且油源的可视触摸屏也安装在左下方，可实现油源的远程监控。油源及其控制系统由油泵、水泵、加热器、溢流阀、油源控制PLC、油源控制箱、可视触摸屏等构成，它可实现油压、油温的自动控制与调节。主控计算机是整个控制系统的核心，它通过网络通讯接收上位机的信息生成运动平台六自由度姿态信息(包括位移、速度、加速度)，经过洗出滤波算法，转化为运动平台的平动和转动位移，并经过并联机器人机构的运动学反解得到每个液压缸的缸长，后通过PCI总线传送到运动控制卡上，运动控制卡经过位置、速度的插补运算后，发送脉冲指令到细分驱动器上，由步进电机带动阀芯移动，最后通过液压作用变成液压缸所需的缸长本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字式6‑DOF运动平台控制系统，其特征是：所述数字式运动平台由六自由度运动机构、平台运动控制系统、油源及其控制系统构成。

【技术特征摘要】
1.一种数字式6-DOF运动平台控制系统，其特征是：所述数字式运动平台由六自由度运动机构、平台运动控制系统、油源及其控制系统构成。2.根据权利要求1所述的一种数字式6-DOF运动平台控制系统，其特征是：所述主控计算机是整个控制系统的核心，它通过网络通讯接收上位机的信息生成运动平台六自由度姿态信息(包括位移、速度、加速度)。3.根据权利要求1所述的一种数字式6-DOF运动平台控制系统，其特征是：所述采用基于PCI总线的高性能六轴伺服/步进控制卡，实际上和主控计算机构成了双CPU系统，接收主控计算机的指令后，它能迅速进行位移、速度的插补计算，并发送脉冲值和脉冲频率去驱动对应的步进电机，保证在相同的时间内使6个液压缸平滑地伸长或缩短不同的距离。4.根据权利要求1所述的一种数字式6-DOF运动平台控制系统，其特征是：所述运动控...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩会义，
申请(专利权)人：韩会义，
类型：发明
国别省市：辽宁,21