縱橫搖三軸穩(wěn)定平臺使用說明書2.2版

1、三 軸 穩(wěn) 定 平 臺使用說明書(VERSION 2.2)上 海 英 碩自 動 化 科 技 有 限 公 司目錄一概述2二基本硬件設(shè)計3三控制策略設(shè)計5四伺服控制器軟件設(shè)計7五操作流程8六常規(guī)故障判斷及處理12七緊急情況處理步驟13一概述本系統(tǒng)采用“自主式”穩(wěn)定平臺的設(shè)計思路，采用動態(tài)傾角測量儀對俯仰橫滾軸進行慣性穩(wěn)定控制，使平臺穩(wěn)定地保持在俯仰和橫滾的雙軸水平位置。本系統(tǒng)采用交流伺服電機驅(qū)動平臺負載，高效率，高可靠性，無刷伺服電機免維護運行。系統(tǒng)有伺服控制箱面板可實現(xiàn)兩種功能：1） 隨動穩(wěn)定控制功能；2） 手動點動雙向運動控制，并可實現(xiàn)安全鎖定；二基本硬件設(shè)計本系統(tǒng)在穩(wěn)定平臺的內(nèi)框架上，沿俯仰

2、和橫滾軸向布置一套動態(tài)傾角測量設(shè)備，實時測量外界波浪擾動信號對俯仰和橫滾軸向產(chǎn)生的水平角度擾動，交由PCC伺服控制器，經(jīng)過控制解算，通過2套對應(yīng)的伺服電機，實時矯正俯仰、橫滾的運動角度，依靠傾角偏差，可通過伺服電機對平臺俯仰橫滾角度進行修正，最終獲得平臺內(nèi)框雙軸向的水平穩(wěn)定。以下是系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖：以下是系統(tǒng)的主要技術(shù)指標：l 俯仰最大范圍：+/-15°l 橫滾最大范圍：+/-15°l 擾動周期：5-8 sl 測量精度：0.1°l 控制精度：1°l 工作溫度：-40-70平臺的俯仰、橫滾和方位控制驅(qū)動，擬采用交流伺服電機方案，這主要基于如下考慮：1）無刷

3、交流伺服技術(shù)成熟可靠；2）采用無刷電機，利于實現(xiàn)電機的長壽命，免維護設(shè)計；3）良好的頻矩特性，保障低速出力均勻。伺服系統(tǒng)的運動控制主要指標：A） 額定扭矩：約1Nm以上，配合i=64的行星減速機，出力接近100Nm；B） 運動速度：減速電機不低于10rpm轉(zhuǎn)速（參考+/-15°，最大1Hz的擾動頻率考慮）。三個電機選配安全制動器，當系統(tǒng)失電時，或是在鎖定控制命令時，電機制動器合上，從高速端抱死電機軸，以實現(xiàn)該方向運動的機械鎖定。該系統(tǒng)伺服控制器選用我公司的一套可編程計算機PCC控制器實現(xiàn)，該控制器具有下列顯著優(yōu)點，利于實現(xiàn)平臺系統(tǒng)優(yōu)異的控制性能：1） 所有硬件均采用模塊化結(jié)構(gòu)，便于靈

4、活接入平臺系統(tǒng)的各式模擬信號及數(shù)字式信號；2） 軟件上基于嵌入式實時操作系統(tǒng)之上設(shè)計，采用模塊化多任務(wù)結(jié)構(gòu)，設(shè)計靈活高效，調(diào)試便捷；3） 采用高級語言編程（C，BASIC），在線式調(diào)試開發(fā)，效率很高；4） 體積緊湊功能強，對外可實現(xiàn)毫秒級的數(shù)據(jù)采集與實時控制，保證平臺隨動穩(wěn)定控制的品質(zhì)。三控制策略設(shè)計本平臺俯仰橫滾軸向的穩(wěn)定伺服控制采用速度及位置雙環(huán)路控制策略：1） 內(nèi)環(huán)基于動態(tài)傾角傳感器位置反饋信號，對驅(qū)動俯仰、橫滾軸向運動的伺服電機進行速度P控制，以對消有害的擾動作用，維持平臺在慣性空間的穩(wěn)定。2） 外環(huán)基于傾角位置反饋信號，對驅(qū)動俯仰、橫滾軸向運動的伺服電機進行速度的PI控制，使平臺穩(wěn)定

5、收斂于俯仰、橫滾軸向的水平位置?？刂撇呗钥驁D如下：平臺內(nèi)框架的方位控制部分未在上圖中描述出來，其控制方式較為簡單，根據(jù)對方位電子羅盤反饋的方位信息，對方位電機直接做做PI控制即可實現(xiàn)方位角度的定位控制。四伺服控制器軟件設(shè)計本伺服系統(tǒng)的控制器采用可編程計算機控制器PCC搭建，借助于其實時多任務(wù)操作系統(tǒng)的支持，可將整個伺服系統(tǒng)的控制軟件劃分為如下多任務(wù)模塊，交由操作系統(tǒng)并行調(diào)度，共同完成對外的數(shù)據(jù)采集，內(nèi)部運算及對外控制功能：五操作流程（一）通電使用前操作。1. 檢測所有穩(wěn)定平臺的連線是否正確，所有航插按照標識都一一對應(yīng)準確插入。包括三個方向電機的航插，集線盒兩側(cè)的航插以及控制箱背后的航插等。圖-

6、1備注：請勿將不同方向電機插頭交換插，錯誤操作將導致設(shè)備損壞。2. 檢查面板白色開關(guān)是否處于向下的位置（所有方位鎖定），檢查黃色鎖定按鈕是否處于彈起的狀態(tài)。備注：白色開關(guān)向上狀態(tài)表示解鎖，在此狀態(tài)開機后會出現(xiàn)俯仰、橫滾、方位無動作的情況出現(xiàn)，重新?lián)艿较蛳碌奈恢面i定再解鎖，可以正常工作。黃色鎖定按鈕彈起表示解鎖，按下表示鎖定。請勿在正常工作中按下，會導致電機工作鎖定，導致電機損壞。需要緊急鎖定請使用面板白色撥動開關(guān)。（二）工作使用及相關(guān)故障現(xiàn)象說明1. 加載電源，正常通電使用后面板的白色撥動開關(guān)給控制箱加載電源。當控制箱通電正常后，面板上24V工作指示燈點亮。如圖-2所示：圖-22. 打開抱閘（

7、解鎖）在正常通電后10秒且一切準備工作都操作無誤后，撥動白色開關(guān)使之處于向上的位置，此狀態(tài)表示電機抱閘解鎖，可觀察到控制箱右側(cè)的三個指示燈點亮。當根據(jù)面板上的文字，可以將按鈕與指示燈的關(guān)系一一對應(yīng)。3. 正常工作（本控模式）1） 進入本控模式將本控按鈕按下，本控綠色指示燈點亮，進行本控操作，該模式由人工調(diào)節(jié)觀測。2） 俯仰方向控制按下俯仰上限位按鈕，相應(yīng)的綠色指示燈閃爍，平臺向俯仰方向沿逆時針傾斜，當傾斜到一定程度后發(fā)現(xiàn)不再動作，并且此時俯仰上限位按鈕指示燈常亮，該位置就是實際運動中俯仰上限位的極限位置。按下俯仰下限位按鈕，相應(yīng)的綠色指示燈閃爍，平臺向俯仰方向沿順時針傾斜，當傾斜到一定程度后發(fā)

8、現(xiàn)不再動作，并且此時俯仰下限位按鈕指示燈常亮，該位置就是實際運動中俯仰下限位的極限位置。3） 橫滾方向控制按下橫滾上限位按鈕，相應(yīng)的綠色指示燈閃爍，平臺向橫滾方向沿逆時針傾斜，當傾斜到一定程度后發(fā)現(xiàn)不再動作，并且此時橫滾上限位按鈕指示燈常亮，該位置就是實際運動中橫滾上限位的極限位置。按下橫滾下限位按鈕，相應(yīng)的綠色指示燈閃爍，平臺向橫滾方向沿順時針傾斜，當傾斜到一定程度后發(fā)現(xiàn)不再動作，并且此時橫滾下限位按鈕指示燈常亮，該位置就是實際運動中橫滾下限位的極限位置。4） 方位控制按下方位上限位按鈕，相應(yīng)的綠色指示燈閃爍，方位方向沿逆時針旋轉(zhuǎn)。按下方位下限位按鈕，相應(yīng)的綠色指示燈閃爍，方位方向沿順時針旋

9、轉(zhuǎn)。4. 正常工作（自動模式）1）進入自動模式在正常通電后，本控按鈕彈起，本控指示燈不亮，在控制箱上依次按下俯仰、橫滾、方位上限位按鈕，進入自動穩(wěn)定運行模式。如圖-3中所示：按下圖-32）自動穩(wěn)定平臺根據(jù)檢測數(shù)據(jù)自動穩(wěn)定及定位。當穩(wěn)定平臺自動調(diào)平穩(wěn)定時，對應(yīng)運動的俯仰、橫滾、方位指示燈會閃爍，表示向該方向運動中。當需要緊急停止時，可使用面板白色開關(guān)向下?lián)軇渔i定。需要恢復(fù)自動運行時，將面板白色開關(guān)向上撥動解鎖，并依次按下俯仰、橫滾、方位上限位按鈕啟動對應(yīng)方向自動穩(wěn)定。當發(fā)現(xiàn)某一方向上沒有運動，可執(zhí)行自動模式2）中的步驟恢復(fù)。若沒有解決該問題，請重新上電后執(zhí)行自動模式2）步驟恢復(fù)。仍然沒有解決，請

10、打開控制箱蓋，觀察伺服是否有報警，并根據(jù)報警內(nèi)容查找相關(guān)手冊，根據(jù)手冊解決。（三）遙控控制說明圖-41.連接線纜，將上位機串口或USB轉(zhuǎn)串口設(shè)備與控制箱外設(shè)線纜連接。（注：串口端口為COM2）2.控制箱本控按鈕彈起，在遙控界面上使用“啟動”或者“停止”按鈕使用遙控方式控制穩(wěn)定平臺是否工作。3.設(shè)置方位角度以及偏移角度修正穩(wěn)定平臺的偏差。在“停止”模式下可觀測方位角度和偏移角度上次使用設(shè)定值，在“啟動”模式下，可設(shè)置本次需要的方位值。4.觀察各個部件的工作數(shù)據(jù)。羅盤角度、俯仰角度、橫滾角度。5.數(shù)據(jù)實時記錄功能。用戶無需操作，軟件自動根據(jù)1秒一次的速率記錄在TXT文檔中。備注：第一次使用該軟件，

11、需要在D盤中建立一個名為“數(shù)據(jù)記錄”的文件夾。若D盤中沒有該文件夾，數(shù)據(jù)記錄TXT文檔找不到位置，軟件報錯。文件完整路徑“D：數(shù)據(jù)記錄（此處是文件開始記錄的時間）”六常規(guī)故障判斷及處理1. 橫滾、俯仰或者方位軸不動作現(xiàn)象反應(yīng)：橫滾、俯仰或者方位軸某一個軸不動作，多出現(xiàn)于設(shè)備劇烈抖動后。出現(xiàn)原因：伺服驅(qū)動器檢測發(fā)現(xiàn)運行數(shù)據(jù)與設(shè)定數(shù)據(jù)偏差過大，則自動報警停機。處理方法如下：a) 當發(fā)現(xiàn)該現(xiàn)象后，先使用前面板上的撥動開關(guān)，關(guān)閉所有電機的動作。b) 使用后面的撥動開關(guān)關(guān)閉電源，等待5-10秒重新上電。c) 當所有設(shè)備正常啟動后，使穩(wěn)定平臺繼續(xù)工作。d) 若仍然不能工作，則需要打開機箱觀察伺服驅(qū)動器報警狀態(tài)，根據(jù)伺服驅(qū)動器報警故障檢測處理（伺服使用手冊237-248）。2. 上電后操作無反應(yīng)現(xiàn)象反應(yīng)：指示燈點亮，但穩(wěn)定平臺不工作。出現(xiàn)原因：上電后等待時間過短，設(shè)備沒有正常啟動成功，通訊沒有成功連接。處理方法：將設(shè)備重新斷電后，重啟設(shè)備。3. 抱閘（解鎖）打開后，某一或者全部黃色指示燈沒有點亮需檢查該黃色按鈕是否是處于彈起的狀態(tài)。處于按下狀態(tài)則只需再次按下使之彈起，指示燈點亮后則表示已解鎖，可正常執(zhí)行下面的操作