一種船舶三軸搖擺試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)控系統(tǒng)及測(cè)控方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種船舶三軸搖擺試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)控系統(tǒng)，通過獲取三軸搖擺試驗(yàn)臺(tái)X，Y，Z三軸上的加速度和軸向搖擺角速度等數(shù)據(jù)，得到三軸搖擺試驗(yàn)臺(tái)的實(shí)時(shí)搖擺姿態(tài)信息，從而進(jìn)行三軸搖擺模式控制和任意歸位控制；當(dāng)搖擺臺(tái)在線工作時(shí)負(fù)責(zé)對(duì)搖擺臺(tái)面的各軸搖擺速度和角度位置狀況進(jìn)行檢測(cè)，并能將采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理后反饋給控制器，并在顯示模塊實(shí)時(shí)顯示得到任意給定的搖擺姿態(tài)信息；當(dāng)搖擺臺(tái)一軸或多軸方向上需要停擺歸位時(shí)，能將搖擺試驗(yàn)臺(tái)自動(dòng)歸位到任意給定位置，增強(qiáng)了設(shè)備的靈活性和可控性，提高了自動(dòng)化水平。此外，本發(fā)明易于實(shí)現(xiàn)且成本低，能夠滿足中小型搖擺試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行可靠性試驗(yàn)的測(cè)控需求。
【專利說明】一種船舶三軸搖擺試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)控系統(tǒng)及測(cè)控方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種測(cè)控系統(tǒng)及其測(cè)控方法，尤其涉及一種專用于船舶三軸搖擺試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)控系統(tǒng)及其測(cè)控方法。
【背景技術(shù)】
[0002]船舶三軸搖擺試驗(yàn)臺(tái)是對(duì)船載儀器與電子設(shè)備進(jìn)行可靠性測(cè)試的關(guān)鍵設(shè)備，可用于模擬船舶在海上復(fù)雜海況條件下，橫搖、縱搖、艏搖三種搖擺姿態(tài)的復(fù)現(xiàn)；海上船舶的三軸自由度搖擺，其搖擺幅度、搖擺周期均受風(fēng)浪流海況的不同而不同，如線性搖擺、正弦搖擺、隨機(jī)搖擺等；目前的搖擺試驗(yàn)技術(shù)主要集中在簡(jiǎn)單搖擺方式控制及復(fù)現(xiàn)功能的實(shí)現(xiàn)上，而缺乏便捷的任意搖擺歸位精確控制能力和多功能的測(cè)控智能實(shí)現(xiàn)；
[0003]中國(guó)專利201120523785.2公開了 一種六自由度搖擺臺(tái)高精度姿態(tài)控制系統(tǒng)，采用液壓系統(tǒng)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在每個(gè)液壓伸縮機(jī)構(gòu)上均裝有傳感器與控制器連接，每個(gè)傳感器檢測(cè)到的液壓桿伸縮信息進(jìn)行變送處理后送控制器進(jìn)而實(shí)現(xiàn)六自由度搖擺臺(tái)的搖擺姿態(tài)控制；這種測(cè)控方法的主要缺點(diǎn)是檢測(cè)信息數(shù)據(jù)多處理量大，搖擺控制難度復(fù)雜，在每個(gè)自由度上停擺歸位能力受限；
[0004]中國(guó)專利200910046270.5公開了一種三軸搖擺模擬試驗(yàn)裝置，該裝置采用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)搖擺的復(fù)現(xiàn)，整體控制系統(tǒng)采用開環(huán)控制，通過手動(dòng)控制變頻電機(jī)系統(tǒng)的方式改變搖擺周期，擺幅顯示裝置采用機(jī)械刻度加指針的方式；這種搖擺裝置的主要缺點(diǎn)是搖擺模式受限只能復(fù)現(xiàn)正弦搖擺，且單軸停擺或停車后通過觀察指針位置判斷搖擺角度偏差采用手動(dòng)方式轉(zhuǎn)動(dòng)手搖裝置歸位，智能化水平低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為了提高船舶三軸搖擺試驗(yàn)臺(tái)的檢測(cè)與控制能力，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單三軸搖擺試驗(yàn)臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)及測(cè)控方法；該裝置能夠在三軸搖擺試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行搖擺測(cè)試時(shí)，實(shí)時(shí)獲得搖擺信息，并經(jīng)過分析可進(jìn)行搖擺模式控制和任意歸位的控制，同時(shí)，及時(shí)將搖擺姿態(tài)信息實(shí)時(shí)存儲(chǔ)并顯示反饋給操作者；
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:
[0007]—種船舶三軸搖擺試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)控系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集與處理模塊、任意搖擺控制模塊、任意歸位控制模塊、搖擺狀態(tài)顯示與參數(shù)設(shè)定模塊；所述數(shù)據(jù)采集與處理模塊的輸入端與三軸搖擺試驗(yàn)臺(tái)相連接，輸出端分別與搖擺狀態(tài)顯示與參數(shù)設(shè)定模塊的輸入端、任意搖擺控制模塊的輸入端、任意歸位控制模塊的輸入端相連接，將采集到角速度和加速度分析處理后分別傳輸?shù)綋u擺狀態(tài)顯示與參數(shù)設(shè)定模塊、任意搖擺控制模塊、任意歸位控制模塊；任意搖擺控制模塊的輸出端與三軸搖擺試驗(yàn)臺(tái)上的電機(jī)執(zhí)行系統(tǒng)相連接，任意搖擺控制模塊的輸入端還連接搖擺狀態(tài)顯示與參數(shù)設(shè)定模塊的輸出端，分別接收數(shù)采集與處理模塊、搖擺狀態(tài)顯示與參數(shù)設(shè)定模塊的信息，控制電機(jī)執(zhí)行系統(tǒng)的搖擺；任意歸位控制模塊的輸入端連接搖擺狀態(tài)顯示與參數(shù)設(shè)定模塊的輸出端，輸出端連接電機(jī)執(zhí)行系統(tǒng)，接收擺狀態(tài)顯示與參數(shù)設(shè)定模塊、數(shù)據(jù)采集與處理模塊的信息，并控制電機(jī)執(zhí)行系統(tǒng)的歸位；
[0008]進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)采集與處理模塊包括用于采集三軸加速度的三軸加速度傳感器、用于采集三軸角速度的三軸角速度傳感器及信息融合單元；所述信息融合單元，用于將加速度、角速度分析、處理，融合成角度信息，并將該信息分別輸送給搖擺狀態(tài)顯示與參數(shù)設(shè)定模塊、任意搖擺控制模塊、任意歸位控制模塊；
[0009]進(jìn)一步的，所述信息融合單元包括三角關(guān)系變換器、加法器、比例放大器、積分運(yùn)算器及第一比較器；所述三角關(guān)系變換器的輸入端連接三軸加速度傳感器，輸出端連接第一比較器，接收三軸加速度傳感器的加速度信號(hào)，并將該信號(hào)轉(zhuǎn)換成角度誤差信號(hào)傳送給第一比較器；比例放大器的輸入算與第一比較器連接，輸出端與加法器連接，接收第一比較器傳送的角度誤差信號(hào)，并將該角度誤差信號(hào)進(jìn)行一定比例的放大后傳送給加法器；加法器的輸入端與三軸角速度傳感器連接，輸出端與積分運(yùn)算器連接，接收三軸角速度傳感器的角速度信號(hào)，并將該信號(hào)與比例放大器的信號(hào)融合后發(fā)送給積分運(yùn)算器；積分運(yùn)算器將接收的信號(hào)經(jīng)過積分計(jì)算后得到融合修正后的角度信號(hào)，并將該角度信號(hào)一方面重新輸送給第一比較器，另一方面輸送給搖擺狀態(tài)顯示與參數(shù)設(shè)定模塊、任意搖擺控制模塊、任意歸位控制模塊；
[0010]進(jìn)一步的，所述搖擺狀態(tài)顯示與參數(shù)設(shè)定模塊設(shè)有用于設(shè)定歸位位置的歸位位置設(shè)定單元、用于設(shè)定搖擺周期的搖擺周期設(shè)定單元、用于設(shè)定搖擺幅度的搖擺幅度設(shè)定單元、用于設(shè)定搖擺模式的搖擺模式設(shè)定單元及搖擺狀態(tài)顯示單元；所述搖擺狀態(tài)顯示單元連接數(shù)據(jù)采集與處理模塊；所述搖擺周期設(shè)定單元、搖擺幅度設(shè)定單元、搖擺模式設(shè)定單元分別連接任意搖擺控制模塊；所述歸位位置設(shè)定單元連接任意歸位控制模塊；
[0011]進(jìn)一步的，所述任意搖擺控制模塊用于實(shí)現(xiàn)三軸搖擺臺(tái)的搖擺控制，包括信號(hào)發(fā)生器、第二比較器及第一 PI控制器；所述第二比較器的輸入端連接信號(hào)發(fā)生器，輸出端連接第一 PI控制器，結(jié)構(gòu)信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)，并將信號(hào)處理后輸送給第一 PI控制器；所述第一 PI控制器與電機(jī)執(zhí)行系統(tǒng)連接；所述信號(hào)發(fā)生器分別與搖擺周期設(shè)定單元、搖擺幅度設(shè)定單元、搖擺模式設(shè)定單元相連接，接收搖擺周期設(shè)定單元、搖擺幅度設(shè)定單元、搖擺模式設(shè)定單元所設(shè)定的參數(shù)；所述第二比較器還連接數(shù)據(jù)采集與處理模塊，接收數(shù)據(jù)采集與處理模塊的反饋信號(hào)；
[0012]進(jìn)一步的，所述任意歸位控制模塊用于實(shí)現(xiàn)三軸搖擺臺(tái)的歸位控制，包括第三比較器、第二 PI控制器、邏輯誤差判斷器、第二加法器；所述第三比較器的輸入端與搖擺狀態(tài)顯示與參數(shù)設(shè)定模塊中的歸位位置設(shè)定單元、數(shù)據(jù)采集與處理模塊相連接，輸出端分別與第二 PI控制器、邏輯誤差判斷器連接，接收歸位位置設(shè)定單元及數(shù)據(jù)采集與處理模塊的數(shù)據(jù)信號(hào)，并將該信號(hào)分別輸送給第二 PI控制器、邏輯誤差判斷器；所述第二 PI控制器與第二加法器連接，第二 PI控制器接收第三比較器發(fā)送的信號(hào)后，進(jìn)行信號(hào)的處理，得到電壓控制信號(hào)，并將該信號(hào)發(fā)送給第二加法器；第二加法器與電機(jī)執(zhí)行系統(tǒng)電連接；所述邏輯誤差判斷器與控制電機(jī)執(zhí)行系統(tǒng)通斷電的電源開關(guān)相連接，并經(jīng)過數(shù)據(jù)分析，控制電源開關(guān)的通斷；
[0013]利用所述裝置進(jìn)行三軸搖擺試驗(yàn)臺(tái)測(cè)控的方法，其特征在于，包括如下操作:
[0014]步驟一、啟動(dòng)總電源，在三軸搖擺試驗(yàn)臺(tái)的觸摸屏上輸入數(shù)據(jù)，進(jìn)行三軸搖擺實(shí)驗(yàn)的參數(shù)；依次開啟三軸實(shí)驗(yàn)臺(tái)搖擺分電源開關(guān)，使三軸搖擺試驗(yàn)臺(tái)上的電機(jī)執(zhí)行系統(tǒng)啟動(dòng)，并執(zhí)行相應(yīng)的搖擺動(dòng)作，產(chǎn)生角速度ω信號(hào)及加速度α信號(hào)；
[0015]步驟二、數(shù)據(jù)采集與處理模塊通過內(nèi)部的三軸角速度傳感器及三軸加速度傳感器接收步驟一中產(chǎn)生的角速度ω信號(hào)及加速度α信號(hào)，并分別將該信號(hào)傳輸給內(nèi)部的信息融合單元，信息融合單元對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行分析、處理，得到橫搖、縱搖、艏搖三軸搖擺方向的搖擺角Θ信號(hào)，并將該搖擺角Θ信號(hào)分別輸送給搖擺狀態(tài)顯示與參數(shù)設(shè)定模塊、任意搖擺控制模塊、任意歸位控制模塊；
[0016]步驟三、搖擺狀態(tài)顯示與參數(shù)設(shè)定模塊將數(shù)據(jù)采集與處理模塊輸送過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次分析后，得出搖擺狀態(tài)信號(hào)；并將該信號(hào)輸送到LCD顯示屏上顯示出來，進(jìn)行搖擺數(shù)據(jù)及搖擺狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控；
[0017]如果需要觀測(cè)隨意狀態(tài)的搖擺情況，此時(shí)需要通過搖擺周期設(shè)定單元、搖擺幅度設(shè)定單元、搖擺模式設(shè)定單元所設(shè)定隨意搖擺的參數(shù)，并將給參數(shù)輸送給任意搖擺控制模塊的信號(hào)發(fā)生器；
[0018]步驟四、任意搖擺控制模塊接收步驟二的反饋信號(hào)后，經(jīng)過內(nèi)部的第二比較器進(jìn)行數(shù)據(jù)比較處理得到誤差信號(hào)，并將該信號(hào)輸送至內(nèi)部的第一PI控制器，信號(hào)經(jīng)第一PI控制器處理后，輸出電壓控制信號(hào)，并將該信號(hào)輸送給三軸搖擺平臺(tái)的電機(jī)執(zhí)行系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)搖擺信號(hào)的反饋及給定的閉環(huán)控制；
[0019]如果步驟三中有設(shè)定隨意搖擺參數(shù)，該參數(shù)經(jīng)過任意搖擺控制模塊中的信號(hào)發(fā)生器處理后得到搖擺啟動(dòng)信號(hào)，并輸送給內(nèi)部的第二比較器，該信號(hào)與步驟二中的反饋信號(hào)一起經(jīng)過第二比較器的比較處理后得到誤差信號(hào)，并將該信號(hào)輸送至內(nèi)部的第一 PI控制器，信號(hào)經(jīng)第一 PI控制器處理后，輸出電壓控制信號(hào)，并將該信號(hào)輸送給三軸搖擺平臺(tái)的電機(jī)執(zhí)行系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)搖擺信號(hào)的反饋及給定的閉環(huán)控制；
[0020]步驟五、歸位控制，在某一方向，需要停止搖擺歸位時(shí)，停擺歸位操作根據(jù)如下步驟進(jìn)行操作:
[0021]Α、關(guān)閉該方向上的任意搖擺控制信號(hào)；
[0022]B、在搖擺狀態(tài)顯示于參數(shù)設(shè)定模塊的歸位位置設(shè)定單元中輸入所需停機(jī)的歸位角度；并將該信號(hào)輸送給任意歸位控制模塊；
[0023]C、任意歸位控制模塊將從歸位位置設(shè)定單元接收的角度信號(hào)與從數(shù)據(jù)采集與處理模塊得到的反饋信號(hào)，經(jīng)過第三比較器進(jìn)行比較得到誤差信號(hào)，并將該誤差信號(hào)一方面輸送給第二 PI控制器，經(jīng)第二 PI控制器處理后得到控制信號(hào)輸送給三軸搖擺平臺(tái)的電機(jī)執(zhí)行系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)反饋信號(hào)與給定歸位信號(hào)的閉環(huán)控制；另一方面將誤差信號(hào)輸送到邏輯誤差判斷器，經(jīng)過邏輯誤差判斷器進(jìn)行誤差邏輯判斷，直至該誤差信號(hào)為零時(shí)，邏輯誤差判斷器發(fā)出該搖擺方向上的停機(jī)指令，關(guān)閉該搖擺方向上的分電源，實(shí)現(xiàn)歸位控制；
[0024]步驟六、試驗(yàn)結(jié)束后，將三軸搖擺試驗(yàn)臺(tái)歸位水平位置，減少三軸搖擺臺(tái)上電機(jī)執(zhí)行系統(tǒng)的負(fù)重，此時(shí)將歸位給定參數(shù)通過歸位位置單元設(shè)定為零，重復(fù)步驟五，即可完成試驗(yàn)臺(tái)臺(tái)面的歸位，停機(jī)歸位后，關(guān)閉總電源即可完成整個(gè)操作過程；
[0025]進(jìn)一步的，在步驟一、步驟二中，三軸加速度傳感器采集的三軸加速度，三軸加速度表不為:
[0026]2=(ax,ay,aJ 公式⑴[0027]三軸加速度經(jīng)三角關(guān)系變換器處理后所獲得的角度信號(hào)，角度表示為:
[0028]式哨為凡)公式⑵
[0029]三軸角速度傳感器采集的三軸角速度，三軸角速度表示為:
[0030]ω = (η?,, ων, (O ) 公式(3)
[0031]角度信號(hào)與三軸角速度經(jīng)過加法器融合后，一起輸送給積分運(yùn)算器，經(jīng)積分運(yùn)算器進(jìn)行積分后得到角度，角度表示為:
[0032]θ = (θ^θ^θ ) 公式⑷
[0033]并將該信號(hào)輸送給第一比較器進(jìn)行數(shù)據(jù)比較，得到的誤差值經(jīng)比例放大器后與角速度值經(jīng)加法器相加得到修正后的角速度信息重新積分，實(shí)現(xiàn)搖擺角度的精確測(cè)量，有效解決了二者的缺陷；最后得到的橫搖、縱搖、艏搖三軸搖擺方向的搖擺角，一方面作為任意搖擺控制模塊和任意歸位控制模塊的反饋控制信號(hào)，任意搖擺控制模塊的反饋信號(hào)表示方式如下:
[0034]a = (α,,α,.,α )'公式(5)
[0035]任意歸位控制模塊的反饋信號(hào)表示方式如下:
[0036]0 =公式(6)
[0037]另一方面作為實(shí)時(shí)搖擺信息顯示在搖擺狀態(tài)顯示與參數(shù)設(shè)定模塊的LCD觸摸屏上；
[0038]進(jìn)一步的，步驟四中，任意搖擺控制模塊通過對(duì)給定參數(shù)及反饋信號(hào)經(jīng)比較后進(jìn)行閉環(huán)控制，對(duì)任意給定的搖擺模式進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，達(dá)到實(shí)現(xiàn)三軸搖擺試驗(yàn)臺(tái)保證試驗(yàn)可靠性的目的；搖擺的方式，通常有橫搖、縱搖、艏搖，通過搖擺周期設(shè)定單元給定搖擺周期、搖擺幅度設(shè)定單元給定搖擺幅度、搖擺模式設(shè)定單元設(shè)定搖擺模式的參數(shù)設(shè)定；
[0039]其中:
[0040]搖擺周期表示為:^* = (7；Λ7；'；*)7 公式(7)
[0041]搖擺幅度表示為:公式⑶
[0042]搖擺模式設(shè)定，正常情況下有正弦搖擺模式、梯形搖擺模式及線形搖擺模式三種，每種搖擺模式的數(shù)據(jù)給定表示方式，如下:
[0043](I)正弦搖擺模式，數(shù)據(jù)給定表示為:
[0044]0 =(0<t)公式(9)
[0045](2)梯形搖擺模式，數(shù)據(jù)給定表示為:
【權(quán)利要求】
1.一種船舶三軸搖擺試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)控系統(tǒng)，其特征在于:包括數(shù)據(jù)采集與處理模塊、任意搖擺控制模塊、任意歸位控制模塊、搖擺狀態(tài)顯示與參數(shù)設(shè)定模塊；所述數(shù)據(jù)采集與處理模塊的輸入端與三軸搖擺試驗(yàn)臺(tái)相連接，輸出端分別與搖擺狀態(tài)顯示與參數(shù)設(shè)定模塊的輸入端、任意搖擺控制模塊的輸入端、任意歸位控制模塊的輸入端相連接，將采集到角速度和加速度分析處理后分別傳輸?shù)綋u擺狀態(tài)顯示與參數(shù)設(shè)定模塊、任意搖擺控制模塊、任意歸位控制模塊；任意搖擺控制模塊的輸出端與三軸搖擺試驗(yàn)臺(tái)上的電機(jī)執(zhí)行系統(tǒng)相連接，任意搖擺控制模塊的輸入端還連接搖擺狀態(tài)顯示與參數(shù)設(shè)定模塊的輸出端，分別接收數(shù)采集與處理模塊、搖擺狀態(tài)顯示與參數(shù)設(shè)定模塊的信息，控制電機(jī)執(zhí)行系統(tǒng)的搖擺；任意歸位控制模塊的輸入端連接搖擺狀態(tài)顯示與參數(shù)設(shè)定模塊的輸出端，輸出端連接電機(jī)執(zhí)行系統(tǒng)，接收擺狀態(tài)顯示與參數(shù)設(shè)定模塊、數(shù)據(jù)采集與處理模塊的信息，并控制電機(jī)執(zhí)行系統(tǒng)的歸位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種船舶三軸搖擺試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)控系統(tǒng)，其特征在于:所述數(shù)據(jù)采集與處理模塊包括用于采集三軸加速度的三軸加速度傳感器、用于采集三軸角速度的三軸角速度傳感器及信息融合單元；所述信息融合單元，用于將加速度、角速度分析、處理，融合成角度信息，并將該信息分別輸送給搖擺狀態(tài)顯示與參數(shù)設(shè)定模塊、任意搖擺控制模塊、任意歸位控制模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種船舶三軸搖擺試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)控系統(tǒng)，其特征在于:所述信息融合單元包括三角關(guān)系變換器、加法器、比例放大器、積分運(yùn)算器及第一比較器；所述三角關(guān)系變換器的輸入端連接三軸加速度傳感器，輸出端連接第一比較器，接收三軸加速度傳感器的加速度信號(hào)，并將該信號(hào)轉(zhuǎn)換成角度誤差信號(hào)傳送給第一比較器；比例放大器的輸入算與第一比較器連接，輸出端與加法器連接，接收第一比較器傳送的角度誤差信號(hào)，并將該角度誤差信號(hào)進(jìn)行一定比例的放大后傳送給加法器；加法器的輸入端與三軸角速度傳感器連接，輸出端與積分運(yùn)算器連接，接收三軸角速度傳感器的角速度信號(hào)，并將該信號(hào)與比例放大器的信號(hào)融合后發(fā)送給積分運(yùn)算器；積分運(yùn)算器將接收的信號(hào)經(jīng)過積分計(jì)算后得到融合修正后的角度信號(hào)，并將該角度信號(hào)一方面重新輸送給第一比較器，另一方面輸送給搖擺狀態(tài)顯示與參數(shù)設(shè)定模塊、任意搖擺控制模塊、任意歸位控制模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種船舶三軸搖擺試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)控系統(tǒng)，其特征在于:所述搖擺狀態(tài)顯示與參數(shù)設(shè)定模塊設(shè)有用于設(shè)定歸位位置的歸位位置設(shè)定單元、用于設(shè)定搖擺周期的搖擺周期設(shè)定單元、用于設(shè)定搖擺幅度的搖擺幅度設(shè)定單元、用于設(shè)定搖擺模式的搖擺模式設(shè)定單元及搖擺狀態(tài)顯示單元；所述搖擺狀態(tài)顯示單元連接數(shù)據(jù)采集與處理模塊；所述搖擺周期設(shè)定單元、搖擺幅度設(shè)定單元、搖擺模式設(shè)定單元分別連接任意搖擺控制模塊；所述歸位位置設(shè)定單元連接任意歸位控制模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種船舶三軸搖擺試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)控系統(tǒng)，其特征在于:所述任意搖擺控制模塊用于實(shí)現(xiàn)三軸搖擺臺(tái)的搖擺控制，包括信號(hào)發(fā)生器、第二比較器及第一 PI控制器；所述第二比較器的輸入端連接信號(hào)發(fā)生器，輸出端連接第一 PI控制器，結(jié)構(gòu)信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)，并將信號(hào)處理后輸送給第一 PI控制器；所述第一 PI控制器與電機(jī)執(zhí)行系統(tǒng)連接；所述信號(hào)發(fā)生器分別與搖擺周期設(shè)定單元、搖擺幅度設(shè)定單元、搖擺模式設(shè)定單元相連接，接收搖擺周期設(shè)定單元、搖擺幅度設(shè)定單元、搖擺模式設(shè)定單元所設(shè)定的參數(shù)；所述第二比較器還連接數(shù)據(jù)采集與處理模塊，接收數(shù)據(jù)采集與處理模塊的反饋信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種船舶三軸搖擺試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)控系統(tǒng)，其特征在于:所述任意歸位控制模塊用于實(shí)現(xiàn)三軸搖擺臺(tái)的歸位控制，包括第三比較器、第二 PI控制器、邏輯誤差判斷器、第二加法器；所述第三比較器的輸入端與搖擺狀態(tài)顯示與參數(shù)設(shè)定模塊中的歸位位置設(shè)定單元、數(shù)據(jù)采集與處理模塊相連接，輸出端分別與第二 PI控制器、邏輯誤差判斷器連接，接收歸位位置設(shè)定單元及數(shù)據(jù)采集與處理模塊的數(shù)據(jù)信號(hào)，并將該信號(hào)分別輸送給第二 PI控制器、邏輯誤差判斷器；所述第二 PI控制器與第二加法器連接，第二 PI控制器接收第三比較器發(fā)送的信號(hào)后，進(jìn)行信號(hào)的處理，得到電壓控制信號(hào)，并將該信號(hào)發(fā)送給第二加法器；第二加法器與電機(jī)執(zhí)行系統(tǒng)電連接；所述邏輯誤差判斷器與控制電機(jī)執(zhí)行系統(tǒng)通斷電的電源開關(guān)相連接，并經(jīng)過數(shù)據(jù)分析，控制電源開關(guān)的通斷。
7.利用權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)進(jìn)行三軸搖擺試驗(yàn)臺(tái)測(cè)控的方法，其特征在于:包括如下操作: 步驟一、啟動(dòng)總電源，在三軸搖擺試驗(yàn)臺(tái)的觸摸屏上輸入數(shù)據(jù)，進(jìn)行三軸搖擺實(shí)驗(yàn)的參數(shù)；依次開啟三軸實(shí)驗(yàn)臺(tái)搖擺分電源開關(guān),使三軸搖擺試驗(yàn)臺(tái)上的電機(jī)執(zhí)行系統(tǒng)啟動(dòng),并執(zhí)行相應(yīng)的搖擺動(dòng)作，產(chǎn)生角速度ω信號(hào)及加速度α信號(hào)； 步驟二、數(shù)據(jù)采集與處理模塊通過內(nèi)部的三軸角速度傳感器及三軸加速度傳感器接收步驟一中產(chǎn)生的角速度ω信號(hào)及加速度α信號(hào)，并分別將該信號(hào)傳輸給內(nèi)部的信息融合單元，信息融合單元對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行分析、處理，得到橫搖、縱搖、艏搖三軸搖擺方向的搖擺角Θ信號(hào)，并將該搖擺角Θ信號(hào)分別輸送給搖擺狀態(tài)顯示與參數(shù)設(shè)定模塊、任意搖擺控制模塊、任意歸位控制模塊； 步驟三、搖擺狀態(tài)顯示與參數(shù)設(shè)定模塊將數(shù)據(jù)采集與處理模塊輸送過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次分析后，得出搖擺狀態(tài)信 號(hào)；并將該信號(hào)輸送到LCD顯示屏上顯示出來，進(jìn)行搖擺數(shù)據(jù)及搖擺狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控； 如果需要觀測(cè)隨意狀態(tài)的搖擺情況，此時(shí)需要通過搖擺周期設(shè)定單元、搖擺幅度設(shè)定單元、搖擺模式設(shè)定單元所設(shè)定隨意搖擺的參數(shù)，并將給參數(shù)輸送給任意搖擺控制模塊的信號(hào)發(fā)生器； 步驟四、任意搖擺控制模塊接收步驟二的反饋信號(hào)后，經(jīng)過內(nèi)部的第二比較器進(jìn)行數(shù)據(jù)比較處理得到誤差信號(hào)，并將該信號(hào)輸送至內(nèi)部的第一PI控制器，信號(hào)經(jīng)第一PI控制器處理后，輸出電壓控制信號(hào)，并將該信號(hào)輸送給三軸搖擺平臺(tái)的電機(jī)執(zhí)行系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)搖擺信號(hào)的反饋及給定的閉環(huán)控制； 如果步驟三中有設(shè)定隨意搖擺參數(shù)，該參數(shù)經(jīng)過任意搖擺控制模塊中的信號(hào)發(fā)生器處理后得到搖擺啟動(dòng)信號(hào)，并輸送給內(nèi)部的第二比較器，該信號(hào)與步驟二中的反饋信號(hào)一起經(jīng)過第二比較器的比較處理后得到誤差信號(hào)，并將該信號(hào)輸送至內(nèi)部的第一 PI控制器，信號(hào)經(jīng)第一 PI控制器處理后，輸出電壓控制信號(hào)，并將該信號(hào)輸送給三軸搖擺平臺(tái)的電機(jī)執(zhí)行系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)搖擺信號(hào)的反饋及給定的閉環(huán)控制； 步驟五、歸位控制，在某一方向，需要停止搖擺歸位時(shí)，停擺歸位操作根據(jù)如下步驟進(jìn)行操作: Α、關(guān)閉該方向上的任意搖擺控制信號(hào)； B、在搖擺狀態(tài)顯示于參數(shù)設(shè)定模塊的歸位位置設(shè)定單元中輸入所需停機(jī)的歸位角度；并將該信號(hào)輸送給任意歸位控制模塊；C、任意歸位控制模塊將從歸位位置設(shè)定單元接收的角度信號(hào)與從數(shù)據(jù)采集與處理模塊得到的反饋信號(hào)，經(jīng)過第三比較器進(jìn)行比較得到誤差信號(hào)，并將該誤差信號(hào)一方面輸送給第二 PI控制器，經(jīng)第二 PI控制器處理后得到控制信號(hào)輸送給三軸搖擺平臺(tái)的電機(jī)執(zhí)行系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)反饋信號(hào)與給定歸位信號(hào)的閉環(huán)控制；另一方面將誤差信號(hào)輸送到邏輯誤差判斷器，經(jīng)過邏輯誤差判斷器進(jìn)行誤差邏輯判斷，直至該誤差信號(hào)為零時(shí)，邏輯誤差判斷器發(fā)出該搖擺方向上的停機(jī)指令，關(guān)閉該搖擺方向上的分電源，實(shí)現(xiàn)歸位控制； 步驟六、試驗(yàn)結(jié)束后，將三軸搖擺試驗(yàn)臺(tái)歸位水平位置，減少三軸搖擺臺(tái)上電機(jī)執(zhí)行系統(tǒng)的負(fù)重，此時(shí)將歸位給定參數(shù)通過歸位位置單元設(shè)定為零，重復(fù)步驟五，即可完成試驗(yàn)臺(tái)臺(tái)面的歸位，停機(jī)歸位后，關(guān)閉總電源即可完成整個(gè)操作過程。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的三軸搖擺試驗(yàn)臺(tái)測(cè)控的方法，其特征在于:在步驟一、步驟二中，三軸加速度傳感器采集的三軸加速度，三軸加速度表示為: a = (ax,ay,a2} 公式(I) 三軸加速度經(jīng)三角關(guān)系變換器處理后所獲得的角度信號(hào)，角度表示為:
公式(2) 三軸角速工傳感器采集的三軸角速度，三軸角速度表示為:
(O = (w,, OJ1., (O ) 公式(3) 角度信號(hào)與三軸角速度經(jīng)過加法器融合后，一起輸送給積分運(yùn)算器，經(jīng)積分運(yùn)算器進(jìn)行積分后得到角度，角度表示為: 9 = (0x,er,0)公式⑷ 并將該信號(hào)輸送給第一比較器進(jìn)行數(shù)據(jù)比較，得到的誤差值經(jīng)比例放大器后與角速度值經(jīng)加法器相加得到修正后的角速度信息重新積分，實(shí)現(xiàn)搖擺角度的精確測(cè)量，有效解決了二者的缺陷；最后得到的橫搖、縱搖、艏搖三軸搖擺方向的搖擺角，一方面作為任意搖擺控制模塊和任意歸位控制模塊的反饋控制信號(hào)，任意搖擺控制模塊的反饋信號(hào)表示方式如下:
a = {cx^.,ar,a )' 公式(5) 任意歸位控制模塊的反饋信號(hào)表示方式如下: θ = φχ,θν,θζ)τ 公式(6) 另一方面作為實(shí)時(shí)搖擺信息顯示在搖擺狀態(tài)顯示與參數(shù)設(shè)定模塊的LCD觸摸屏上。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的三軸搖擺試驗(yàn)臺(tái)測(cè)控的方法，其特征在于:步驟四中，任意搖擺控制模塊通過對(duì)給定參數(shù)及反饋信號(hào)經(jīng)比較后進(jìn)行閉環(huán)控制，對(duì)任意給定的搖擺模式進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，達(dá)到實(shí)現(xiàn)三軸搖擺試驗(yàn)臺(tái)保證試驗(yàn)可靠性的目的；搖擺的方式，通常有橫搖、縱搖、艏搖，通過搖擺周期設(shè)定單元給定搖擺周期、搖擺幅度設(shè)定單元給定搖擺幅度、搖擺模式設(shè)定單元設(shè)定搖擺模式的參數(shù)設(shè)定； 其中:
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的三軸搖擺試驗(yàn)臺(tái)測(cè)控的方法，其特征在于:步驟五中，在測(cè)控系統(tǒng)中，任意歸位控制也是通過對(duì)歸位參數(shù)的給定進(jìn)行閉環(huán)控制，達(dá)到對(duì)搖擺范圍內(nèi)給定的任一位置停擺歸位。首先分別將橫搖、縱搖、艏搖三軸搖擺歸位設(shè)定的參數(shù)，該參數(shù)的表示公式為:
【文檔編號(hào)】G05D3/12GK103955234SQ201410205708
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年5月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月15日
【發(fā)明者】張江明, 褚建新, 張兵 申請(qǐng)人:上海海事大學(xué)