基于Q03UDECPU模块的两轴可扩展伺服控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于Q03UDECPU模块的两轴可扩展伺服控制系统，尤其涉及对车载伺服转台方面采用PLC控制的两轴控制系统的设计及实现。其中包括：以Q03UDECPU模块为控制核心和串行通信接口模块、数字输入模块、数字输出模块、脉冲输出定位模块构成的方位控制模块，以及信号转换模块、驱动器模块、编码器模块等辅助模块。上位机通过网络进行操控信息的传输，实现对两轴伺服的同时定位控制，编码器模块将定位值反馈到方位控制模块，然后方位控制模块通过网络将方位、故检、状态等信息上报到上位机。该伺服控制系统采用模块化配置、能实现控制轴数的扩充、抗干扰能力强、工作状态稳定，在车载雷达天线伺服系统方面具有良好的应用前景。

Two axis expandable servo control system based on q03udecpu module

The invention relates to a two axis expandable servo control system based on q03udecpu module, in particular to the design and implementation of a two axis control system with PLC control for the vehicle servo turntable. Including: q03udecpu module as the control core and serial communication interface module, digital input module, digital output module, pulse output positioning module, as well as signal conversion module, driver module, encoder module and other auxiliary modules. The upper computer transmits the control information through the network to realize the simultaneous positioning control of the two axis servo. The encoder module feeds the positioning value back to the azimuth control module, and then the azimuth control module reports the azimuth, fault detection, status and other information to the upper computer through the network. The servo control system adopts modular configuration, can realize the expansion of the number of control axes, has strong anti-interference ability and stable working state, and has a good application prospect in the antenna servo system of vehicle borne radar.

【技术实现步骤摘要】
基于Q03UDECPU模块的两轴可扩展伺服控制系统
本专利技术属于伺服控制
，主要涉及车载伺服转台控制技术。
技术介绍
为了使雷达更好的侦测信号，伺服转台作为承载其运动的执行部分，要求具有良好的动态性能及稳定性。但是由于面向的雷达形态不同，相应的对于其伺服转台提出的要求也不相同。针对固定站雷达，由于修建有专门的设备房间，对于其伺服控制部分的机柜尺寸大小未做特别限制，但对于机动性要求较高的车载雷达，由于车上空间有限，其要求伺服控制部分尺寸能够尽量小，从而更好的集成在方舱的机柜之中；并且车载雷达为车组编队，每台车上需要安装的转台数量不尽相同，要求伺服控制系统具备一定的可扩展性。国内针对车载伺服转台的控制系统采用了多种形式，江苏某所采用DSP设计的某车载伺服转台控制系统精度高，但是由于在外场运行过程中各种情况频发，抗干扰性能低，稳定性较差，开发成本高，可维护性较差；四川某所设计的车载伺服控制系统，较好的实现了单车单轴的控制，但是对于单车两轴到多轴的控制，其并不具备可扩展性；并且由于其转台承载的天线体积小、质量轻，其采用方位电机固定不动，电机靠输出轴驱动方位天线转动的方法，但是对于天线质量较大则不适合。为此，针对车载雷达伺服转台的特点，设计了一种基于Q03UDECPU模块的两轴可扩展伺服控制系统，可以实现对车载雷达转台一轴、两轴的控制，如果在改变模块的基础上可以将控制轴数提至四轴，具备一定的可扩展性，并且考虑到大天线质量的问题，方位电机与天线固定在一起，靠电机的反作用力来驱动天线的转动。本专利技术通过采用合理的模块化配置，可以实现伺服系统控制轴数的扩展，并且采用PLC控制稳定性高，易开发和维护，降低了故障发生率。
技术实现思路
本专利技术提出的一种基于Q03UDECPU模块的两轴可扩展伺服控制系统，包括Q03UDECPU模块、串行通信接口模块、数字输入模块、数字输出模块、脉冲输出定位模块、底板、信号转换模块、驱动器模块、编码器模块、方位电机、上位机以及电源模块、接触器模块、限位开关；其中，Q03UDECPU模块、串行通信接口模块、数字输入模块、数字输出模块、脉冲输出定位模块通过底板连接，为可插拔式连接，共同构成了方位控制模块，其工作原理图如图1所示；驱动器模块、信号转换模块、电源模块、接触器模块固定在方位控制模块的周边，与方位控制模块一起共同构成了方位控制机箱，其布局示意图如图3所示；方位控制机箱的面板设计如图4所示，主要包括转台B正转按钮，转台B反转按钮，转台B收藏按钮，转台A正转按钮，转台A反转按钮，转台A收藏按钮，系统故障指示灯，电源指示灯，本遥控切换按钮本控部分，本遥控切换按钮遥控部分，总电源开关；编码器模块、方位电机、限位开关位于方位控制机箱之外，靠线缆连接与方位控制机箱进行控制通信，其中方位电机与天线固定在一起，靠方位电机的反向作用力来推动天线的转动；上位机通过网线与方位控制机箱中的Q03UDECPU模块进行连接，实现上位机对整个方位控制机箱的操控以及接收来自方位控制机箱的方位、状态、故检等信息。其中Q03UDECPU是方位控制模块的核心，主要对接收到的指令、数据和信号进行综合处理，控制各个接口进行响应。方位控制模块通过以太网接口接收显上位机发送的操控指令，并上报伺服转台的方位、状态和故检信息；通过串行通信接口读取伺服转台的方位数据，作为方位控制的反馈，同时向其它分系统发送当前转台方位；通过数字输入接口接收控制面板的操控信号、检测伺服转台的左、右限位等信号；通过数字输出接口点亮控制方位电机动力电源和面板上的状态指示灯，显示系统运行状态；通过脉冲输出接口向驱动器发送控制脉冲，进而控制方位电机定速、定量转动。本专利技术的有益效果在于：通过在伺服方位控制机箱内部的合理模块化配置，减小了伺服控制机箱的尺寸大小；并且根据单车所控转台轴数的不同，通过更换或升级模块配置，完成对控制轴数的增加，具备一定的可扩展性；采用方位电机与天线固定在一起，靠电机的反作用力来驱动天线的转动，提高了可驱动天线的质量；采用基于Q03UDECPU模块的PLC进行控制，保证了伺服控制系统的稳定性，降低了开发成本和故障率。附图说明图1方位控制模块工作原理示意图。图2伺服方位控制系统工作原理图。图3方位控制机箱内部安装布局简图。图4方位控制机箱控制面板设计简图。其中：1、转台B正转按钮，2、转台B反转按钮，3、转台B收藏按钮，4、转台A正转按钮，5、转台A反转按钮，6、转台A收藏按钮，7、系统故障指示灯，8、电源指示灯，9、本遥控切换按钮本控部分，10、本遥控切换按钮遥控部分，11、总电源开关。具体实施方式下面结合附图对该基于Q03UDECPU模块的两轴可扩展伺服控制系统进行说明。其中整个伺服方位控制机箱位于车载的方仓之内，方位控制模块、两个驱动器模块、两个信号转换模块、电源模块、两个接触器模块分别固定在方位控制机箱之内；Q03UDECPU模块、串行通信接口模块、数字输入模块、数字输出模块、脉冲输出定位模块共同构成了方位控制模块，其共同固定在底板上，为可插拔式连接，然后底板固定在方位控制机箱内；两个方位电机、两个编码器模块、限位开关则位于方位控制机箱之外，通过线缆与仓内的方位控制机箱进行连接；方位控制机箱的操作前面板如图4所示，可以实现本控/遥控状态下对仓位两个方位转台的手动控制。伺服方位控制系统工作原理如图2所示。将本遥控切换按钮切换至遥控模式，方位控制模块接收上位机发送的操控指令，在确认方位转台具备动作的条件下，即方位转台的方位在限定范围内，在控制单元无故障的情况下，按指令进行定位、收藏等动作。操作人员通过上位机发出操控指令，方位控制模块接收到操控指令后，通过脉冲输出接口向驱动器发送控制脉冲，进而控制方位电机定速、定量转动，通过方位电机驱动方位转台定位，并将转台方位、状态和故检信息发送给上位机，同时通过数字输出接口点亮电机动力电源指示灯和面板上的状态指示灯，待转台定位完成后，方位控制模块自动切断方位电机驱动电源。在定位过程中，方位控制模块通过编码器实时检测转台的方位值，驱动方位电机做相应的定位运动。方位控制模块将运行状态、故检信息和转台方位发送给上位机，同时将转台方位发送给其它分系统。将本遥控切换按钮切换至本控模式，操作人员可直接通过控制面板上的控制按钮直接控制方位转台进行正转、反转、收藏和停止等动作。同时，通过控制面板上的状态指示灯显示控制单元的限位、收藏状态。方位转台动作时，转台动力电源自动上电，动作结束后，动力电源自动切断。在定位完成、收藏到位和停止状态下，方位转台能够自锁。在本控模式下，控制单元具有动作指示和状态指示功能，当操作人员按下按钮执行某种动作时，对应的按钮指示灯闪烁，停止按下按钮时，按钮指示灯熄灭，如按下“正转”按钮时，“正转”按钮指示灯闪烁表示转台正在执行动作，停止按下“正转”按钮时，方位转台正转动作停止，“正转”按钮指示灯熄灭。当方位转台处于某种状态时，对应指示灯长亮，如收藏到位时，“收藏”指示灯长亮。方位转台的定位范围由限位开关决定，定位速度可以通过方位控制模块进行设置。方位转台定位前，首先对定位目标进行判定，确认定位目标不超出定位范围时才执行定位动作，否则不执行动作并上报错误。方位转台如果转动超出定位范围，则本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于Q03UDECPU模块的两轴可扩展伺服控制系统，其特征在于：包括Q03UDECPU模块、串行通信接口模块、数字输入模块、数字输出模块、脉冲输出定位模块、底板、信号转换模块、驱动器模块、编码器模块、方位电机、上位机以及电源模块、接触器模块、限位开关；其中Q03UDECPU模块、串行通信接口模块、数字输入模块、数字输出模块、脉冲输出定位模块通过底板连接，为可插拔式连接，共同构成了方位控制模块；驱动器模块、信号转换模块、电源模块、接触器模块固定在方位控制模块的周边，与方位控制模块一起共同构成了方位控制机箱；编码器模块、电机、限位开关位于方位控制机箱之外，靠线缆连接与方位控制机箱进行控制通信；上位机通过网线与方位控制机箱中的Q03UDECPU模块进行连接，实现上位机对整个方位控制机箱的操控以及接收来自方位控制机箱的方位、状态、故检信息。

【技术特征摘要】
1.基于Q03UDECPU模块的两轴可扩展伺服控制系统，其特征在于：包括Q03UDECPU模块、串行通信接口模块、数字输入模块、数字输出模块、脉冲输出定位模块、底板、信号转换模块、驱动器模块、编码器模块、方位电机、上位机以及电源模块、接触器模块、限位开关；其中Q03UDECPU模块、串行通信接口模块、数字输入模块、数字输出模块、脉冲输出定位模块通过底板连接，为可插拔式连接，共同构成了方位控制模块；驱动器模块、信号转换模块、电源模块、接触器模块固定在方位控制模块的周边，与方位控制模块一起共同构成了方位控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：李二波，张玉喜，卢铭，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七二四研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32