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1、车载雷达机电式自动调平系统的方案现代战争对雷达机动性能的要求越来越高，特别是机动陆面载体如车载雷达天线、发射架等设备，到达预定位置后，要求快速架设精确的水平基准。车载平台的人工手动调平已很难满足军方对雷达快速架设、快速撤收，以及平台高精度调平的要求。机电式自动调平与人工调平相比具有调平时间短、调平精度高、可靠性高等特点。本设计是以单片机和CPLD为控制核心，伺服控制器和伺服电机为执行单元的机电式四点支撑自动调平随动控制系统，能够实现机电式车载平台自动调平的全自动化、全闭环控制。其优点在于调平时间短(少于3分钟)、调平精度高(小于3)、可靠性高、可在恶劣环境下工作等方面。 系统组成调平原理调平方
2、式通常有3点式或4点式，特殊的还有多点式如6腿或更多腿平台。本系统根据实际的应用情况，采用4点式调平方式。四点支撑的工作平台X 轴、Y 轴是根据水平传感器的安装位置确定工作平台面上互相垂直的两个轴向，调平原理如图1所示。在工作平台的支撑腿着地后, 控制系统开始进行调平。通过水平传感器的检测信号，可以找出工作平台的最高点。将水平传感器按如图1 所示方向安置于工作平台上，传感器输出含有X 和Y 轴信号，它们是与水平误差(角度) 成线性关系的数字信号。当X0，Y0时，撑腿A为最高点;X0，Y0时，撑腿B为最高点;X0时，撑腿C为最高点;X0，Y 0 时，撑腿D为最高点。假设撑腿着地后撑腿A为最高点(
3、其他撑腿为最高点的情况相似)，根据水平传感器的信号，可以分别进行X轴和Y轴方向的调节。如先进行X轴调节，其过程如下：撑腿A和D不动，撑腿B和C同时上升一定位移，即工作平台绕撑腿A和D为轴线旋转，撑腿B和C同时上升，上升的数值由控制系统根据水平传感器的X轴反馈值决定，直至X轴呈水平状态。Y轴调节与X轴类似。若工作台的X轴和Y轴调节成水平状态，则可认为工作台已处于水平状态。4点调平的水平误差为q2=q12+q22，q1和q2分别为水平传感器的角度精度。若两个传感器的控制精度都为时，则水平误差。4点及多点调平设计面临的一个主要问题是虚腿现象，即有一个腿受力很小或者悬空，这在调平过程中是不能允许的。当
4、平台的负载均匀时，4个支撑点的受力应该均匀。本系统设计的处理办法是把平台支撑起来后，先进行一次粗调平(设定一个粗精度)，目的是使4个支撑点的受力比较接近。然后，再按照系统设定的调平精度进行调平。这样，调节的过程就中不会出现一腿受力过小(虚腿)，从而有效的预防虚腿现象的出现。 硬件组成该自动调平系统硬件组成如图2所示。系统主要由控制部分、水平传感器、压力传感器、伺服控制器、伺服电机及伺服电动缸等组成。水平传感器(X、Y两个方向)测量车载平台的倾斜度，通过RS232串行口向控制部分发送X方向和Y方向的倾角数据，波特率采用9600bit/s。本系统采用的水平传感器其测量精度(零位)为020，分辨率4
5、，完全满足平台倾角测量和调平的要求。压力传感器用于测量4个支撑脚承受的压力，测量范围09000kg，通过RS232串行口向控制部分发送压力数据，波特率采用9600bit/s。控制部分主要由控制板、伺服驱动器和驱动接口单元组成。控制板是控制部分的核心，主要由单片机、CPLD、多路DAC、多串口扩展电路、RS232电平转换电路、看门狗电路等组成。当操作人员通过按键将控制指令发送到控制板，CPU读取水平传感器、压力传感器送来的数据进行判断并形成控制策略，产生控制信号由DAC送达伺服控制器，再控制驱动接口电路驱动某一路伺服电机运转，直至调平。为了操作安全起见，整个调平运行过程通过声、光进行指示。控制部
6、分实时地将倾角、压力数据进行显示，方便操作人员监控。本车载雷达平台调平过程具体分两个阶段完成。第一阶段为架设阶段，即车载雷达到达阵地后，先控制四个支撑腿着地，进行落地检测。系统通电后，操作人员只需按操作面板上的“架设”键，控制系统驱动伺服电机升支撑腿，同时检测各支撑腿是否着地，当某一支撑腿着地后停止该腿的升动作。当四个支撑腿全部着地后，落地检测结束。第二阶段为调平阶段。操作人员按操作面板上的“调平”键，单片机读取水平传感器送来当前车载平台的倾斜度数据以及压力传感器送来的各支撑腿的受力数据，根据倾角数据和压力数据，按照控制策略驱动相应电机上升相应支撑腿，直至座车倾斜度达到雷达系统的要求。 系统程
7、序工作流程本系统的工作流程框图如图3所示。结语 雷达自动调平系统是车载雷达的一个重要的组成部分，对提高雷达的测量性能，如目标角度的测量精度以及整机架设、撤收的速度等，起着决定性的作用。本系统采用单片机和CPLD控制，应用交流伺服控制，大大提高了雷达天线架设时平台的水平精度和调整的时间，而且具有高可靠性和维护性好的特点。PLC在自动调平系统系统中的应用收藏此信息 打印该信息 添加：用户发布 来源：未知引言 为保证平台稳定，被调平台有五条支腿，分别用5个执行元件控制其高度，以调整平台的水平度;用2个水平敏感元件检测其水平度，2个水平敏感元件垂直安装，分别用于检测平台前后方向的水平度和检测平台左右方
8、向的水平度。图1是被调平台与支腿和水平传感器安装示意图(图中未标出平台上的设备)。图1 被调平台与支腿和水平传感器安装示意图5个调平支腿高度及2个水平敏感元件的输出，构成了五输入二输出的多输入输出系统，每一调平支腿高度变动，都有可能影响平台的水平度，因此它是一个强耦合的系统。2 完全解耦的控制方法 系统虽有5个输入，2个输出，但我们知道，三点决定平面，所以在调平控制量中有二个输入量是冗余量，只需选择平台重心在三支点构成的三角形内，控制这个三角形的三个支腿高度，即可实现调平;在调平结束后，再控制其余二个支腿着地即可。所以实际系统应是三输入二输出系统，经过分析可以得到水平敏感元件的输出与是三个调平
9、支腿高A、B与C的函数: =f1(A，B，C) =f2(A，B，C)平台调平后，应得到，。是一个允许的很小倾角。A、B、C与、之间是强耦合的。应用理论和实验方法都可得出其传递函数，设平台输入与输出关系表示如下:式中GNM是、对于A、B、C的传函;GNM中下标N=1、2代表水平敏感元件的输出与，M=1、2、3代表三支腿高A、B与C。设有一个预补偿矩阵Kp(s)使(2)式成立。 式中KPQ中下标Q=1、2代表预补偿函数的二个输入与，P=1、2、3代表补偿传函的三个输出A、B与C。若 则可实现完全解耦。为使完全解耦，必需求出k(S)，并且按(4)式实时计算A、B和C，然后实施控制。由(3)式解出k(
10、S)，代入(4)式并离散化(4)式，用计算机实时地计算出控制量A、B、C，就构成了快速自动调平系统。然而k(S)不容易显式解得，(4)式的实时计算量大;以及当用伺服系统控制调平支腿的高度时，最少要有测量3个支腿高度的传感器和两个测量平台水平度的传感器，硬件电路相对复杂，开发时间长;这些因素都限制了完全解耦控制方法的使用。|3 剔除冗余量的解耦控制方法某些平台上的设备运行中不需实时调平，只要求开始工作前进行一次调平，对调平过程速度要求也不高。这种平台的调平方法，可用剔除冗余量的解耦控制方法;将调平过程分两步进行，首先调平某个倾角使之达到水平要求之后，将其锁定，然后再去调另外一个倾角。在第一步时，
11、剔除了一个倾角及两个支腿的高，使控制系统变成了单入单出控制系统。第二步剔除已调平了的倾角及相应的已完成调平任务的两个支腿。这样第二步调平也变成了单入单出控制系统。这种做法是一种剔除冗余量的解耦控制方法。 具体调平过程叙述如下:首先选择平台重心所在三支腿构成的三角形中的三个支腿;在平台未调平前，三个支腿连结成的三角形中，必有一条边的倾角最大，这条边是由最高与最低两支点的连线，与它平行的(或夹角最小的)水平敏感元件的输出最大，也即由此水平传感器测出的倾角最大，以此水平敏感元件的输出作被控量，以高度最低支腿的高为控制量，构成单入单出的闭环控制系统。这时，虽然调整最低位置支腿高时，会同时影响两个倾角，
12、但未被选用的水平传感器的倾角变化可在第二步时再调平，因此在第一步调平过程中，最高和次高支腿高作为冗余量被暂时剔除了，较小的倾角的输出也作为冗余量被剔除了。第一步调平过程，直至此最大倾角被调平为止。当此倾角调平后，以此水平线为轴，平台便成了“跷跷板”，在平台重心作用下，原次高支腿变成了新的最低支腿。原倾角较小的传感器输出变成最大。 第二步，也以此时倾角最大的水平敏感元件的输出为被调量(另一水平敏感元件的输出已被调为零或一个允许的较小的倾角)，以此时的最低支腿高度为控制量，其余二个输入和一个输出作为冗余量被剔除，再次构成一个单入单出的单闭环系统;为防止第二步调平破坏第一步已调平得到的“跷跷板”的水
13、平轴线，在第二步调平时，首先要收起最低腿的对角支腿，使此支腿悬空;这样第二步调平过程就不会影响第一步调平的结果。当此时的最大倾角的水平敏感元件输出变为零时，就表明平台已完全被调平了。最后再将其余支腿放下着地使平台更稳定。上述剔除冗余量的解耦控制方法算法简单，即当水平传感器输出超过要求时，接通最低位置支腿的电磁阀，调此支腿的高，直至水平传感器输出满足要求止。控制算法中，确定电磁阀接通与否，只由水平传感器的输出决定，而不需要测出各调平支腿的高度，因此不需使用测量支腿高度的传感器。且控制算法中只有一些逻辑判断，无需处理大量的数椐，适合用PLC实现。4 用PLC控制自动调平系统 用剔除冗余量的解耦控制
14、方法的调平系统可用PLC实现。用PLC控制的自动调平控制系统主要包含:水平检测器与控制支腿高度的电磁阀与液压缸等组成。硬件框图如 图2 自动调平控制系统的硬件结构框图下: 图2中PLC输出经驱动电路控制电磁阀，电磁阀控制液压缸，液压缸控制支腿高度，液压缸上的液压继电器用于测量支腿是否着地;因为当支腿着地后液压缸压力升高，液压继电器接通。水平传感器输出的水平倾角是模拟量，因此PLC除了要有用于控制液压缸的开关量输出模块，和用于接收液压继电器的开关量输入模块外，还要有模拟量输入模块。某自动调平系统，自动调平工作过程如下:(1) 选择最大倾角(可能是“前后倾角”，也可能是“左右倾角”)方向首先调平。
15、(2) 判断最大倾角方向上支腿的高低，将低端的调平支腿升高;直至在此方向达到调平精度。(3) 进行另一方向的调节，升高较低一端的调平支腿，同时，收回此方向上较高一端的调平支腿;(4) 达到两个调平方向的调平精度后，使辅助支腿着地、放稳;(5) 调平工作结束。图3是自动调平控制程序框图。图中DT9、DT11、DT13、DT15分别是除辅助支腿外的4个调平支腿的液压缸的4个电磁阀，图中“调左右倾角标志”和“调前后倾角标志”是PLC内部辅助继电器，程序检查此标志，当有标志时，会一直调整某个倾角，直至此倾角被调平为图3 自动调平程序框图止，故这一标志是实现解耦的关键。编写程序时要注意到，PLC用户程序是周期执行的，因此PLC程序与计算机编程有很大不同。但本程序是用在S7-300 PLC中的，S7-300程序由“组织块”(OB1)和“功能”(FC1)等组成2，本程序是一个“功能”。在条件满足时，“功能”程序将被反复执行，与计算机程5 结束语本自动调平系统中，未使用高度传感器测各调平支腿的高度，系统成本低;所用的剔除冗余量的解耦控制方法，调平过程要分两步才能完成，速度比完全解耦的控制方法慢;但在某些设备中，对调平速度要求并不高，完全可以应用，是一个很好的控制方法。总之，一些控制问题似难以用PLC进行控制，但
