四点平台波浪补偿水平控制系统技术方案

本发明专利技术公开了四点平台波浪补偿水平控制系统。用于波浪补偿的四点平台，包括上下两个平台和四个直线电机；四点平台波浪补偿水平控制系统，包括动态倾角传感器模块，主控模块，D/A转换器模块，多路复用开关模块，PID控制器模块。四点平台波浪补偿水平控制系统中的传感器模块实时测量平台的倾角，并把测得的数据传递给主控模块；在主控模块内计算出平台当前状态与水平状态之间的偏差，并做出响应；通过平台下面四个位置的电机驱动来维持平台的水平状态。四点平台波浪补偿水平控制系统具有使用方便，节省空间，成本低廉的特点，通过传感器模块的数字信号输出端口输出数据，不需要增加A/D转换器。

【技术实现步骤摘要】
四点平台波浪补偿水平控制系统
本专利技术涉及物体运动控制领域，特指四点平台波浪补偿水平控制系统。技术背景舰船在海上航行时，由于受到海风、海浪等外界因素的干扰，船体通常会发生摇摆等运动，导致一些舰载仪器设备无法正常使用。目前许多舰载精密仪器工作时都需要有一个稳定的水平工作平台才能正常的工作，所以通过在船上建立稳定平台来解决这一技术问题。具体办法是将一些重要仪器设备放在稳定平台上，当舰船发生摇摆时，稳定平台自动调整维持水平状态，从而使平台上的仪器设备能正常工作。目前存在的解决办法是采用悬挂系统或者液压系统通过重力自动实现水平控制。但是这种控制系统动态稳定性较差，且反馈速度慢。针对以上存在的问题本专利技术设计了四点平台波浪补偿水平控制系统。
技术实现思路
针对以上存在的问题本专利技术设计了四点平台波浪补偿水平控制系统，本专利技术具有动态稳定性好，灵敏度高等优点。一种用于波浪补偿的四点平台，包括上下两个平台和四个直线电机；上平台下侧有四个万向铰链，下平台上侧有四个万向铰链，四个电动机通过万向铰链将上下平台连接起来；下平台固定在基座上，通过平台上的四个位置的电动机驱动来维持平台的水平状态；四点平台波浪补偿水平控制系统，包括传感器模块，主控模块，D/A转换器模块，多路复用开关模块，PID控制模块。具体来说本专利技术所述的四点平台波浪补偿水平控制系统是一种用来实时测量四点平台倾斜角度，并控制平台水平状态的控制系统。平台上的传感器模块实时测量平台的倾角，并把测得的数据传递给主控模块。在主控模块内计算出平台当前状态与水平状态之间的偏差，并做出响应。通过平台下面四个位置的电机驱动来维持平台的水平状态。所述的传感器模块包含有一个动态倾角传感器。动态倾角传感器安装在上平台上，实时测量所述平台的姿态参数(横滚和俯仰)、角速度和加速度信息。动态倾角传感器由一个陀螺仪和一个MEMS加速度计组成，并通过最优算法保证测量精度，同时密封设计以及严格工艺保证产品在恶劣的环境下仍能精密地测量载体的角速度、加速度和姿态等运动参数。动态倾角传感器拥有SPI串口通讯接口，主控模块单元借助所述SPI串口通讯接口与动态倾角传感器以串行方式进行通讯交换信息。主控模块从SPI接口寄存器读取用于波浪补偿的四点平台的姿态参数(横滚和俯仰的角度)、角速度和加速度信号。在主控计算机输入运动参数，经D/A转换器将数字信号转化为模拟信号，再将信号输入到PID控制器，从而实现平台运动。通过运动与位置信号的输入与反馈，及时调节和收集上平台的位姿信息，形成一条闭环控制系统。所述的主控模块为平台的核心控制单元，包括微处理器，复位电路，晶振电路，外部扩展ROM、RAM电路。微处理器快速识别和处理多个传感器数据和接收控制计算机输入的控制数据，实时接收和反馈得到的数据信息。微处理器根据读取的平台姿态参数计算出每个电机的运动量，然后将控制数据经D/A转换器转换成模拟信号发送给PID控制器。所述的PID控制器之前加入了一个多路复用开关模块。所述的多路复用开关模块，利用它可将各个输入信号依次或者随机的接到A/D或者D/A转换器上。所述的多路复用开关模块由单端八掷开关构成，有三根控制输入端A、B、C和一根禁止输入端INH(高电平禁止)。模块内有二进制编码器，可按输入的A、B、C信号使八个通道中的一个与X接通。当INH为高电平时，不论A、B、C为何值，八个通道均不通，从而实现过载保护的功能。所述的PID控制器由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。PID控制器会根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制，获得良好的动态特性和稳定性。所述的PID控制器根据控制数据驱动平台下面四个位置的电机运动，从而实现维持四点平台波浪补偿的水平状态的目的。微处理器算法包括姿态、位置计算的相关算法。其中，加速度信号经过二重积分得到平台的升程数据信息，即平台的位移数据。角速度信号经过一重积分得到平台运动的倾角数据信息，从而得到平台的运动、位置的特性，而其它传感器并不能实现上述全部功能。算法程序还包括PID控制器的控制代码，微处理器将主控计算机发送的命令中的倾斜的角度、运动的频率等数据与测量和计算的角度、运动数据信息做比对，快速的对比例、积分、微分这三个参数再次进行调整，并将调整参数发送到PID控制器。本专利技术的有益效果是:1.所述PID控制器，可以使平台获得良好的动态特性和稳定性。2.所述动态倾角传感器可将平台的姿态数据实时反馈，经过处理器算法处理以后，可以得到平台的运动、倾角位置信息，与平台水平状态作对比，可以及时快速的调节平台的姿态。3.所述控制系统采用级联方式测量，可以将部分模块集成在同一个电路板上，具有体积小、质量轻、精度高等优点。4.所述多路复用开关模块具有高电平保护机制，可以避免电荷过载对系统造成的损害。5.所述控制系统中传感器、微处理器、PID控制器、电机、平台形成一条完整得闭环控制系统，可以实现实时反馈，更加精确地控制平台水平状态。附图说明图1本专利技术的结构示意图。图2本专利技术的电路框图。图3本专利技术的传感器模块接口。图4本专利技术的多路复用开关模块电路图。具体实施方式参照附图，进一步说明本专利技术：图1为本专利技术四点平台波浪补偿水平控制系统结构示意图，其中图中上平台1；传感器模块2；数据线3；应用系统的信号接收端4；微处理器5；I/O口6；串口7；D/A转换器8；复用多路开关模块9；PID控制器10；电动机11。由图1所示为本专利技术的结构示意图，动态倾角传感器安装四点平台波浪补偿水平控制系统的上平台上。安装传感器时，传感器的安装平面与平台上平面固定必须紧密、平整、稳定，否则容易产生误差。考虑到测量的精度与系统的稳定性，可采用型号为BWD-VG500的动态倾角传感器。BWD-VG500具有数字接口，而且可以直接输出平台的横滚和俯仰两个方向的倾角及角速度和加速度信息。数字输出格式为二进制高性能协议，所以传感器测得的数据可经数据线传到主控模块的微处理器中。主控模块将处理后的控制数据经D/A转换器转换成模拟信号，然后经PID控制器驱动电动机运动来维持上平台的水平状态。特别的在PID控制器之前设置了多路复用开关模块，对整个系统起到过载保护作用。图2为本专利技术的电路框图，其中图中上平台1；传感器模块2；主控模块12；D/A转换器8；复用多路开关模块9；PID控制器10；电动机11。由图2所示为本专利技术的电路框图。整个系统由传感器模块2；主控模块12；D/A转换器模块8；多路复用开关模块9；PID控制模块10构成，与用于波浪补偿的四点平台形成一个闭环控制系统，可以实现更加精准的平台水平状态控制。图3为本专利技术的传感器模块接口，其中传感器2；电源线接头21；信号发送接头22；数据接收接头23；NC(常闭触点)接头24；GND接头25。如图3所示为本专利技术的动态倾角传感器的接口示意图。接口类型是RS-232/RS-485/TTL的5针接口，可以直接输出8位数据位的数字信号，表达平台的倾角信息。图4为本专利技术的多路复用开关模块电路图，其中多路复用开关9；INH禁止输入端91；3个参数控制信号输入端92；8个单掷开关93；X接口94。如图4所示位本专利技术的多路复用开关模块电路图。模块中由二进制译码器，可以按照参数控制信号输入端92输入的本文档来自技高网...

【技术保护点】
四点平台波浪补偿水平控制系统中的四点平台，包括上下两个平台和四个直线电机；上平台下侧有四个万向铰链，下平台上侧有四个万向铰链，四个电动机通过万向铰链将上下平台连接起来；下平台固定在基座上，通过平台上的四个位置的电动机驱动来维持平台的水平状态；四点平台波浪补偿水平控制系统，包括传感器模块，主控模块，D/A转换器模块，多路复用开关模块，PID控制模块。

【技术特征摘要】
1.四点平台波浪补偿水平控制系统中的四点平台，包括上下两个平台和四个直线电机；上平台下侧有四个万向铰链，下平台上侧有四个万向铰链，四个电动机通过万向铰链将上下平台连接起来；下平台固定在基座上，通过平台上的四个位置的电动机驱动来维持平台的水平状态；四点平台波浪补偿水平控制系统，包括传感器模块，主控模块，D/A转换器模块，多路复用开关模块，PID控制模块。2.如权利要求1所述的四点平台波浪补偿水平控制系统，其特征在于：所述的传感器模块包括包含有一个动态倾角传感器；动态倾角传感器安装在上平台上，实时测量所述平台的姿态参数(横滚和俯仰)、角速度和加速度信息；动态倾角传感器由一个陀螺仪和一个MEMS加速度计组成；动态倾角传感器拥有SPI串口通讯接口。3.如权利要求1所述的四点平台波浪补偿水平控制系统，其特征在于：所述的主控模块为平台的核心控制单元，包括微处理器，复位电路，晶振电路，外部扩展RO...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐刚，李飞，胡雄，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：上海,31