一种智能实时调平装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种智能实时调平装置及其控制方法，包括底座和位于底座上方的横摇机构、纵摇机构、负载安装平台。底座内安装有控制装置，横摇机构包括安装于壳体顶端且与壳体一体式铸造的横摇支架、位于横摇支架的外侧且与横摇支架贯通的横摇轴套筒以及位于横摇轴套筒内的横摇组件，纵摇机构包括安装于壳体上方的纵摇支架、位于纵摇支架外侧且与纵摇支架贯通的纵摇轴套筒以及位于纵摇轴套筒内的纵摇组件。通过横摇编码器和纵摇编码器将采集到的倾斜角度分别传输到控制器，控制器分别控制横摇伺服电机和纵摇伺服电机运转，使整体横摇组件所在的横摇轴和整体纵摇组所在的纵摇轴达到指定位置，从而带动纵摇支架运动，最终实现负载安装平台的调平。负载安装平台的调平。负载安装平台的调平。

【技术实现步骤摘要】
一种智能实时调平装置及其控制方法


[0001]本专利技术涉及调平装置
，尤其涉及一种智能实时调平装置及其控制方法。

技术介绍

[0002]在船舶、车辆、飞机在行驶过程中会产生很大的摇晃，例如，在江河海上，船受风浪影响，会产生很大的摇晃，这对船、车辆或飞机上的测量设备的测量精度产生巨大的影响。所以我们在进行精密测量时，需要隔离掉这种摇晃，从而减小摇晃对测试设备测量精度造成的不利影响。为了解决该影响，需要使用一种智能实时调平装置，该调平装置可以根据摇摆幅度和速率实时自动调整平衡，为测量设备或仪器提供实时水平的平台，从而隔离掉摇摆对设备仪器造成的不利影响。同时现有产品易受盐雾侵蚀和干扰，因而降低了测量设备的精准度和可靠性。为了弥补传统装置的不足，提高精准度和可靠性，必须解决干扰和盐雾腐蚀等技术问题。

技术实现思路

[0003]为了解决现有技术存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种智能实时调平装置及其控制方法，可以根据摇摆幅度和速率实时自动调整平衡，为设备仪器提供实时水平的平台，从而隔离掉摇摆对设备仪器造成的不利影响。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：一种智能实时调平装置，包括：
[0005]底座，包括壳体、分别设置在壳体外侧端面的电源插座和通信插座以及设置在壳体内部的控制器、电机驱动单元、倾角仪和稳压电源，所述控制器、电机驱动单元和电源插座分别与稳压电源电性连接；
[0006]横摇机构，包括安装于壳体顶端且与壳体一体式铸造的横摇支架、位于横摇支架的外侧且与横摇支架贯通的横摇轴套筒以及位于横摇轴套筒内的横摇组件，所述横摇组件包括由外向内依次连接的横摇编码器、横摇伺服电机和横摇减速机，所述横摇伺服电机为双轴伸电机，其中一个输出轴与横摇编码器连接，另一个输出轴与横摇减速机的输入端连接，所述横摇减速机的横摇输出轴向内延伸到横摇支架的内空腔体内；
[0007]纵摇机构，包括安装于壳体上方的纵摇支架、位于纵摇支架外侧且与纵摇支架贯通的纵摇轴套筒以及位于纵摇轴套筒内的纵摇组件，所述纵摇支架包括与横摇支架平行设置的第一连接部以及与第一连接部一端部垂直设置的第二连接部，所述纵摇组件包括由外向内依次连接的纵摇编码器、纵摇伺服电机和纵摇减速机，所述纵摇伺服电机为双轴伸电机，其中一个输出轴与纵摇编码器固定连接，另一个输出轴与纵摇减速机的输入端固定连接，所述纵摇减速机的纵摇输出轴向内延伸到第二连接部的内空腔体内；
[0008]所述横摇机构还包括安装在第一连接部靠近横摇支架的一端外壁上的横摇连接轴，所述横摇连接轴的另一端贯穿横摇支架的外壁与横摇减速机的横摇输出轴连接；
[0009]负载安装平台，位于壳体的上方且第二连接部的内侧外壁，其顶端开设有第一安
装孔，所述负载安装平台与第二连接部以及第一连接部与横摇支架之间均通过法兰连接；
[0010]所述纵摇机构还包括安装在所述负载安装平台靠近第二连接部一端外壁上的纵摇连接轴，所述纵摇连接轴的另一端贯穿第二连接部的外壁与纵摇减速机的纵摇输出轴连接；
[0011]其中，所述横摇编码器、纵摇编码器、倾角仪和通信插座分别通过导线与控制器的输入端相连，所述横摇伺服电机和纵摇伺服电机分别通过导线与控制器的输出端相连。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，还包括机械限位机构，所述机械限位机构包括：
[0013]横摇限位组件，位于横摇支架与纵摇支架之间，包括安装在第一连接部外壁上的第一限位杆以及两块对称设置在横摇支架外壁上的第一限位块；
[0014]其中，当横摇组件带动纵摇支架运动时，使第一限位杆在两块第一限位块之间摆动；
[0015]纵摇限位组件位于纵摇支架与负载安装平台之间，包括安装在负载安装平台外侧壁上的第二限位杆以及两块对称设置在第二连接部外壁上的第二限位块；
[0016]其中，当纵摇组件带动负载安装平台运动时，使第二限位杆在两块第二限位块之间摆动。
[0017]作为本专利技术的进一步改进，所述控制器包括相交互的FPGA芯片和DSP芯片，所述横摇编码器、纵摇编码器以及倾角仪均通过串口芯片与FPGA芯片的输入端相连，所述横摇伺服电机和纵摇伺服电机分别通过横摇电机驱动单元和纵摇电机驱动单元与DSP芯片的输出端相连。
[0018]作为本专利技术的进一步改进，所述第一连接部与横摇支架之间连接有第一轴承组件，所述第一轴承组件包括与横摇连接轴的轴肩连接的第一轴承内圈，通过第一轴承衬套与横摇支架外壁连接的第一轴承外圈，通过横摇连接轴的轴肩定位到横摇减速机的横摇输出轴上的第一轴承内圈压板以及与横摇支架外壁连接的第一轴承外圈压板；
[0019]所述第二连接部与负载安装平台之间连接有第二轴承组件，所述第二轴承组件包括与纵摇连接轴的轴肩连接的第二轴承内圈，通过第二轴承衬套与第二连接部外壁连接的第二轴承外圈，通过纵摇连接轴的轴肩定位到纵摇减速机的纵摇输出轴上的第二轴承内圈压板以及与第二连接部外壁连接的第二轴承外圈压板。
[0020]作为本专利技术的进一步改进，所述壳体左右两端内部均横向对齐设置有导轨，所述导轨上滑动连接有器件安装板，所述控制器和倾角仪安装于器件安装板上。
[0021]作为本专利技术的进一步改进，所述壳体的底部外壁的两端向外水平延伸形成安装固定板，所述安装固定板的顶端设置有贯穿至安装固定板底端的第二安装孔。
[0022]作为本专利技术的进一步改进，所述壳体、横摇支架、横摇轴套筒、纵摇支架)和纵摇轴套筒的外表面均喷涂有防腐蚀涂层。
[0023]作为本专利技术的进一步改进，所述横摇编码器和纵摇编码器均为绝对式旋转编码器。
[0024]一种智能实时调平装置的控制方法，包括如下步骤：
[0025]1)指令接受：控制器通过RS422串口或网口接收上位机指令；
[0026]2)数据采集：横摇编码器、纵摇编码器以及倾角仪采集的船摇角度和速度数据传输到控制器；
[0027]3)算法实现：控制器根据接收到的目标角度和当前角度、速度，对横摇伺服电机和纵摇伺服电机进行算法控制；
[0028]4)电机驱动：控制器分别控制横摇电机驱动单元和纵摇电机驱动单元，从而控制横摇伺服电机和纵摇伺服电机，控制器完成横摇伺服电机和纵摇伺服电机位置环闭环控制，电机驱动单元完成速度环和电流环闭环控制，实现负载安装平台的调平；
[0029]5)全自动监测：上位机软件通过接入通信插座进行远程控制，通过状态监控功能，实时显示调平状态。
[0030]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤3)中算法控制为复合PI算法控制，具体包括如下步骤：
[0031]1)根据调平装置工作原理，确定伺服系统原理框图；
[0032]2)复合控制设计；
[0033]所述复合PI算法控制为基于前馈补偿和PI相结合的复合控制策略，
[0034]2‑
1)求前馈输出信号u
f
(s)为，
[0035][0036]式中，y
d<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能实时调平装置，其特征在于，包括：底座(100)，包括壳体(110)、分别设置在壳体(110)外侧端面的电源插座(120)和通信插座(130)以及设置在壳体(110)内部的控制器(140)、电机驱动单元(150)、倾角仪(160)和稳压电源(170)，所述控制器(140)、电机驱动单元(150)和电源插座(120)分别与稳压电源(170)电性连接；横摇机构(200)，包括安装于壳体(110)顶端且与壳体(110)一体式铸造的横摇支架(210)、位于横摇支架(210)的外侧且与横摇支架(210)贯通的横摇轴套筒(220)以及位于横摇轴套筒(220)内的横摇组件(230)，所述横摇组件(230)包括由外向内依次连接的横摇编码器(230
‑
1)、横摇伺服电机(230
‑
2)和横摇减速机(230
‑
3)，所述横摇伺服电机(230
‑
2)为双轴伸电机，其中一个输出轴与横摇编码器(230
‑
1)连接，另一个输出轴与横摇减速机(230
‑
3)的输入端连接，所述横摇减速机(230
‑
3)的横摇输出轴(230
‑
3a)向内延伸到横摇支架(210)的内空腔体内；纵摇机构(300)，包括安装于壳体(110)上方的纵摇支架(310)、位于纵摇支架(310)外侧且与纵摇支架(310)贯通的纵摇轴套筒(320)以及位于纵摇轴套筒(320)内的纵摇组件(330)，所述纵摇支架(310)包括与横摇支架(210)平行设置的第一连接部(310
‑
1)以及与第一连接部(310
‑
1)一端部垂直设置的第二连接部(310
‑
2)，所述纵摇组件(330)包括由外向内依次连接的纵摇编码器(330
‑
1)、纵摇伺服电机(330
‑
2)和纵摇减速机(330
‑
3)，所述纵摇伺服电机(330
‑
2)为双轴伸电机，其中一个输出轴与纵摇编码器(330
‑
1)固定连接，另一个输出轴与纵摇减速机(330
‑
3)的输入端固定连接，所述纵摇减速机(330
‑
3)的纵摇输出轴向内延伸到第二连接部(210
‑
2)的内空腔体内；所述横摇机构(200)还包括安装在第一连接部(310
‑
1)靠近横摇支架(210)的一端外壁上的横摇连接轴(240)，所述横摇连接轴(240)的另一端贯穿横摇支架(210)的外壁与横摇减速机(230
‑
3)的横摇输出轴(230
‑
3a)连接；负载安装平台(400)，位于壳体(110)的上方且第二连接部(310
‑
2)的内侧外壁，其顶端开设有第一安装孔(410)，所述负载安装平台(400)与第二连接部(310
‑
2)以及第一连接部(310
‑
1)与横摇支架(210)之间均通过法兰连接；所述纵摇机构(300)还包括安装在所述负载安装平台(400)靠近第二连接部(310
‑
2)一端外壁上的纵摇连接轴，所述纵摇连接轴的另一端贯穿第二连接部(310
‑
2)的外壁与纵摇减速机(330
‑
3)的纵摇输出轴连接；其中，所述横摇编码器(230
‑
1)、纵摇编码器(330
‑
1)、倾角仪(160)和通信插座(130)分别通过导线与控制器(140)的输入端相连，所述横摇伺服电机(230
‑
2)和纵摇伺服电机(330
‑
2)分别通过导线与控制器(140)的输出端相连。2.根据权利要求1所述的一种智能实时调平装置，其特征在于，还包括机械限位机构(500)，所述机械限位机构(500)包括：横摇限位组件(510)，位于横摇支架(210)与纵摇支架(310)之间，包括安装在第一连接部(210
‑
1)外壁上的第一限位杆(510
‑
1)以及两块对称设置在横摇支架(210)外壁上的第一限位块(510
‑
2)；其中，当横摇组件(230)带动纵摇支架(310)运动时，使第一限位杆(510
‑
1)在两块第一限位块(510
‑
2)之间摆动；
纵摇限位组件(520)，位于纵摇支架(310)与负载安装平台(400)之间，包括安装在负载安装平台(400)外侧壁上的第二限位杆(520
‑
1)以及两块对称设置在第二连接部(210
‑
2)外壁上的第二限位块(520
‑
2)；其中，当纵摇组件(330)带动负载安装平台(400)运动时，使第二限位杆(520
‑
1)在两块第二限位块(520
‑
2)之间摆动。3.根据权利要求1所述的一种智能实时调平装置，其特征在于：所述控制器(140)包括相交互的FPGA芯片和DSP芯片，所述横摇编码器(230
‑
1)、纵摇编码器(330
‑
1...

【专利技术属性】
技术研发人员：李唐，王立慧，徐曼，马定奎，桑锐，
申请(专利权)人：南京工业职业技术大学，
类型：发明
国别省市：