基于機(jī)電式四點(diǎn)自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模

【摘要】車載雷達(dá)座車的調(diào)平采用了自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)，大大縮短了調(diào)平的時(shí)間，提高了調(diào)平的精度。本文在分析調(diào)平系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了一個(gè)機(jī)電式四點(diǎn)自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)的模型。

【關(guān)鍵詞】自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)；調(diào)平方法；車載雷達(dá)

1.引言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，信的對(duì)抗已經(jīng)成為決定戰(zhàn)爭(zhēng)勝負(fù)的極為關(guān)鍵的影響因素之一。雷達(dá)作為作戰(zhàn)雙方信息系統(tǒng)中的主要傳感器，在進(jìn)攻和防守系統(tǒng)中都發(fā)揮著“千里眼”的作用，如何最大限度的發(fā)揮其作戰(zhàn)效能成為交戰(zhàn)雙方十分關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題之一。車載雷達(dá)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)成為軍事偵察過(guò)程中的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)。近年來(lái)，車載雷達(dá)座車的調(diào)平采用了自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)，其中主要有機(jī)電調(diào)平系統(tǒng)和電液調(diào)平系統(tǒng)，大大縮短了調(diào)平的時(shí)間，提高了調(diào)平的精度，只需要啟動(dòng)電源即可完成全部架設(shè)與調(diào)平。本文首先對(duì)調(diào)平系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)模型。

2.調(diào)平系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析

自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)由檢測(cè)系統(tǒng)、調(diào)平執(zhí)行系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個(gè)子系統(tǒng)所構(gòu)成，主要包括雙軸水平傳感器、閥控液壓缸和可編程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）等控制部件。自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)的三個(gè)子系統(tǒng)，相互獨(dú)立的具有各自的功能和特點(diǎn)，又相互關(guān)聯(lián)組成了調(diào)平系統(tǒng)，通過(guò)分析三個(gè)子系統(tǒng)的功能從而選擇合適的調(diào)平方案。

1.檢測(cè)系統(tǒng)（Detection System）的主要裝置是角度檢測(cè)器，角度檢測(cè)器主要是用來(lái)檢測(cè)雷達(dá)座車的左右和前后四個(gè)方向的不平度。角度檢測(cè)器檢測(cè)值的大小是調(diào)平系統(tǒng)判斷雷達(dá)座車是否需要進(jìn)行調(diào)平的標(biāo)準(zhǔn)，角度檢測(cè)器檢測(cè)精度的大小可以決定調(diào)平系統(tǒng)的最終調(diào)平精度，對(duì)調(diào)平系統(tǒng)起著極為關(guān)鍵的作用。

2.調(diào)平執(zhí)行系統(tǒng)（Execution System）主要采用四個(gè)帶有自鎖功能的液壓支腿，將液壓支腿對(duì)稱放置在雷達(dá)座車的兩側(cè)，液壓支腿由四個(gè)相應(yīng)的電液伺服閥進(jìn)行控制，調(diào)平執(zhí)行系統(tǒng)通過(guò)四個(gè)支腿的上升和下降的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)座車的調(diào)平。由于模擬電壓速度控制具有定位速度快，精準(zhǔn)度高等優(yōu)勢(shì)，因此本文構(gòu)建的調(diào)平系統(tǒng)四條撐腿的驅(qū)動(dòng)采用全數(shù)字交流伺服電機(jī)。

3.控制系統(tǒng)（Control System）是自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)的核心組成部分，控制系統(tǒng)常見的控制方式主要有計(jì)算機(jī)控制和可編程控制PLC兩種方式。然而因?yàn)槔走_(dá)的載車上放置計(jì)算機(jī)難度較大，不易實(shí)現(xiàn)，而對(duì)于可編程控制器PLC控制方式而言，PLC具有高可靠性和接口簡(jiǎn)易性的特征，因此本文模型中利用PLC作為自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)的控制器，通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC控制器的調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)控制執(zhí)行系統(tǒng)的各種動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)車載系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)平。

自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)的調(diào)平過(guò)程本質(zhì)上是對(duì)四只液壓支腿的高度進(jìn)行調(diào)節(jié)，為了避免虛腿的產(chǎn)生，為了提高自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精準(zhǔn)度，調(diào)平系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過(guò)程利用向最高點(diǎn)看齊的方法。將雷達(dá)座車調(diào)節(jié)到水平狀態(tài)的調(diào)節(jié)過(guò)程主要有兩個(gè)調(diào)節(jié)方式：?jiǎn)蜗蛘{(diào)節(jié)和多點(diǎn)調(diào)節(jié)。多點(diǎn)調(diào)節(jié)的方式是指各點(diǎn)都在同一時(shí)間進(jìn)行活動(dòng)，將雷達(dá)座車調(diào)整到一個(gè)理想的水平面上，其調(diào)節(jié)速度比較快，但是多點(diǎn)調(diào)節(jié)的方式會(huì)出現(xiàn)相互干涉耦合現(xiàn)象，同時(shí)多點(diǎn)調(diào)節(jié)的方式算法復(fù)雜度較高。因此，本文所購(gòu)建的模型采用單向調(diào)節(jié)的方式，單向調(diào)節(jié)的方式首相將一個(gè)方向的高度調(diào)平，然后再將另一個(gè)方向的高度調(diào)平，雖然單向調(diào)節(jié)的方式調(diào)節(jié)時(shí)間較多點(diǎn)調(diào)節(jié)時(shí)間稍長(zhǎng)，但是單向調(diào)節(jié)的方式協(xié)調(diào)性較好。

3.控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本文構(gòu)建的自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)的控制系統(tǒng)軟件主要使用西門子公司（SIEMENS）開發(fā)設(shè)計(jì)的STEP72Micro/Win32軟件包進(jìn)行編程，根據(jù)調(diào)平系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)分析，該系統(tǒng)軟件主要由系統(tǒng)總控部分、初始化部分、信號(hào)采集與標(biāo)度變換部分、撐腿保護(hù)部分、撐腿位置閉環(huán)控制部分、操作員面板部分及遠(yuǎn)程控制接口部分組成。

系統(tǒng)總控部分的主要功能是根據(jù)外部輸入信號(hào)進(jìn)行調(diào)用其他系統(tǒng)功能從而實(shí)現(xiàn)調(diào)平系統(tǒng)的自動(dòng)控制；系統(tǒng)的初始化部分主要功能是完成系統(tǒng)自檢和系統(tǒng)各種功能的初始化設(shè)置，信號(hào)采集及標(biāo)度變換主要是對(duì)四只支撐腿的高低、力矩以及系統(tǒng)的水平信號(hào)等多個(gè)信息進(jìn)行采集并對(duì)所采集的信號(hào)進(jìn)行一些必要的信號(hào)變換，使得系統(tǒng)可以直接調(diào)用該信號(hào)；撐腿保護(hù)主要是對(duì)包括撐腿的位置、力矩和極限位置進(jìn)行保護(hù)，防止對(duì)它們出現(xiàn)較大的波動(dòng)；伺服電機(jī)閉環(huán)控制部分可以依據(jù)所給的定量以及所收集的反饋信號(hào)進(jìn)行撐腿的位置閉環(huán)控制；操作員面板主要實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作的功能，其中包括相關(guān)控制命令的輸入以及接收信號(hào)的反饋和顯示；遠(yuǎn)程控制接口部分實(shí)現(xiàn)調(diào)平系統(tǒng)與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的對(duì)接和通信，主要是負(fù)責(zé)與上位機(jī)進(jìn)行通信的協(xié)議編程。系統(tǒng)運(yùn)行的主要流程如下：

Step1.系統(tǒng)進(jìn)行自檢，并初始化設(shè)置；Step2.在系統(tǒng)外部輸入調(diào)平命令；Step3.系統(tǒng)首先讀取水平傳感器的相關(guān)測(cè)量值，計(jì)算和判斷出最高點(diǎn)；Step4.根據(jù)X值進(jìn)行水平調(diào)節(jié)同時(shí)保證Y方向的值不變，然后依據(jù)Y值對(duì)Y方向進(jìn)行水平調(diào)節(jié)，同時(shí)保障Y值不變。

4.結(jié)束語(yǔ)

本文所設(shè)計(jì)的機(jī)電式自動(dòng)調(diào)平控制系統(tǒng)的調(diào)平方法和相關(guān)的調(diào)平過(guò)程都可以應(yīng)用在液壓式自動(dòng)調(diào)平控制系統(tǒng)之上，同時(shí)所設(shè)計(jì)的相關(guān)控制系統(tǒng)的軟件也可以進(jìn)行相應(yīng)的移植，整體來(lái)說(shuō)本文所購(gòu)建的模型和設(shè)計(jì)的軟件具有較大的工程應(yīng)用水平。

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