縱橫搖三軸穩(wěn)定平臺(tái)使用說明書2.2版

1、三 軸 穩(wěn) 定 平 臺(tái)使用說明書(VERSION 2.2)上 海 英 碩自 動(dòng) 化 科 技 有 限 公 司目錄一概述2二基本硬件設(shè)計(jì)3三控制策略設(shè)計(jì)5四伺服控制器軟件設(shè)計(jì)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(tái)的設(shè)計(jì)思路，采用動(dòng)態(tài)傾角測量儀對(duì)俯仰橫滾軸進(jìn)行慣性穩(wěn)定控制，使平臺(tái)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(jī)驅(qū)動(dòng)平臺(tái)負(fù)載，高效率，高可靠性，無刷伺服電機(jī)免維護(hù)運(yùn)行。系統(tǒng)有伺服控制箱面板可實(shí)現(xiàn)兩種功能：1） 隨動(dòng)穩(wěn)定控制功能；2） 手動(dòng)點(diǎn)動(dòng)雙向運(yùn)動(dòng)控制，并可實(shí)現(xiàn)安全鎖定；二基本硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)在穩(wěn)定平臺(tái)的內(nèi)框架上，沿俯仰

2、和橫滾軸向布置一套動(dòng)態(tài)傾角測量設(shè)備，實(shí)時(shí)測量外界波浪擾動(dòng)信號(hào)對(duì)俯仰和橫滾軸向產(chǎn)生的水平角度擾動(dòng)，交由PCC伺服控制器，經(jīng)過控制解算，通過2套對(duì)應(yīng)的伺服電機(jī)，實(shí)時(shí)矯正俯仰、橫滾的運(yùn)動(dòng)角度，依靠傾角偏差，可通過伺服電機(jī)對(duì)平臺(tái)俯仰橫滾角度進(jìn)行修正，最終獲得平臺(tái)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(biāo)：l 俯仰最大范圍：+/-15°l 橫滾最大范圍：+/-15°l 擾動(dòng)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(tái)的俯仰、橫滾和方位控制驅(qū)動(dòng)，擬采用交流伺服電機(jī)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(jī)，利于實(shí)現(xiàn)電機(jī)的長壽命，免維護(hù)設(shè)計(jì)；3）良好的頻矩特性，保障低速出力均勻。伺服系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制主要指標(biāo)：A） 額定扭矩：約1Nm以上，配合i=64的行星減速機(jī)，出力接近100Nm；B） 運(yùn)動(dòng)速度：減速電機(jī)不低于10rpm轉(zhuǎn)速（參考+/-15°，最大1Hz的擾動(dòng)頻率考慮）。三個(gè)電機(jī)選配安全制動(dòng)器，當(dāng)系統(tǒng)失電時(shí)，或是在鎖定控制命令時(shí)，電機(jī)制動(dòng)器合上，從高速端抱死電機(jī)軸，以實(shí)現(xiàn)該方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)械鎖定。該系統(tǒng)伺服控制器選用我公司的一套可編程計(jì)算機(jī)PCC控制器實(shí)現(xiàn)，該控制器具有下列顯著優(yōu)點(diǎn)，利于實(shí)現(xiàn)平臺(tái)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(tái)系統(tǒng)的各式模擬信號(hào)及數(shù)字式信號(hào)；2） 軟件上基于嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)之上設(shè)計(jì)，采用模塊化多任務(wù)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)靈活高效，調(diào)試便捷；3） 采用高級(jí)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(qiáng)，對(duì)外可實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)的數(shù)據(jù)采集與實(shí)時(shí)控制，保證平臺(tái)隨動(dòng)穩(wěn)定控制的品質(zhì)。三控制策略設(shè)計(jì)本平臺(tái)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(dòng)態(tài)傾角傳感器位置反饋信號(hào)，對(duì)驅(qū)動(dòng)俯仰、橫滾軸向運(yùn)動(dòng)的伺服電機(jī)進(jìn)行速度P控制，以對(duì)消有害的擾動(dòng)作用，維持平臺(tái)在慣性空間的穩(wěn)定。2） 外環(huán)基于傾角位置反饋信號(hào)，對(duì)驅(qū)動(dòng)俯仰、橫滾軸向運(yùn)動(dòng)的伺服電機(jī)進(jìn)行速度的PI控制，使平臺(tái)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(tái)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(duì)方位電子羅盤反饋的方位信息，對(duì)方位電機(jī)直接做做PI控制即可實(shí)現(xiàn)方位角度的定位控制。四伺服控制器軟件設(shè)計(jì)本伺服系統(tǒng)的控制器采用可編程計(jì)算機(jī)控制器PCC搭建，借助于其實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)的支持，可將整個(gè)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(duì)外的數(shù)據(jù)采集，內(nèi)部運(yùn)算及對(duì)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(tái)的連線是否正確，所有航插按照標(biāo)識(shí)都一一對(duì)應(yīng)準(zhǔn)確插入。包括三個(gè)方向電機(jī)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(qǐng)勿將不同方向電機(jī)插頭交換插，錯(cuò)誤操作將導(dǎo)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(jī)后會(huì)出現(xiàn)俯仰、橫滾、方位無動(dòng)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(qǐng)勿在正常工作中按下，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)工作鎖定，導(dǎo)致電機(jī)損壞。需要緊急鎖定請(qǐng)使用面板白色撥動(dòng)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(dòng)開關(guān)給控制箱加載電源。當(dāng)控制箱通電正常后，面板上24V工作指示燈點(diǎn)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(zhǔn)備工作都操作無誤后，撥動(dòng)白色開關(guān)使之處于向上的位置，此狀態(tài)表示電機(jī)抱閘解鎖，可觀察到控制箱右側(cè)的三個(gè)指示燈點(diǎn)亮。當(dāng)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(duì)應(yīng)。3. 正常工作（本控模式）1） 進(jìn)入本控模式將本控按鈕按下，本控綠色指示燈點(diǎn)亮，進(jìn)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(tái)向俯仰方向沿逆時(shí)針傾斜，當(dāng)傾斜到一定程度后發(fā)現(xiàn)不再動(dòng)作，并且此時(shí)俯仰上限位按鈕指示燈常亮，該位置就是實(shí)際運(yùn)動(dòng)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(tái)向俯仰方向沿順時(shí)針傾斜，當(dāng)傾斜到一定程度后發(fā)

8、現(xiàn)不再動(dòng)作，并且此時(shí)俯仰下限位按鈕指示燈常亮，該位置就是實(shí)際運(yùn)動(dòng)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(tái)向橫滾方向沿逆時(shí)針傾斜，當(dāng)傾斜到一定程度后發(fā)現(xiàn)不再動(dòng)作，并且此時(shí)橫滾上限位按鈕指示燈常亮，該位置就是實(shí)際運(yùn)動(dòng)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(tái)向橫滾方向沿順時(shí)針傾斜，當(dāng)傾斜到一定程度后發(fā)現(xiàn)不再動(dòng)作，并且此時(shí)橫滾下限位按鈕指示燈常亮，該位置就是實(shí)際運(yùn)動(dòng)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(shí)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(shí)針旋

9、轉(zhuǎn)。4. 正常工作（自動(dòng)模式）1）進(jìn)入自動(dòng)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(jìn)入自動(dòng)穩(wěn)定運(yùn)行模式。如圖-3中所示：按下圖-32）自動(dòng)穩(wěn)定平臺(tái)根據(jù)檢測數(shù)據(jù)自動(dòng)穩(wěn)定及定位。當(dāng)穩(wěn)定平臺(tái)自動(dòng)調(diào)平穩(wěn)定時(shí)，對(duì)應(yīng)運(yùn)動(dòng)的俯仰、橫滾、方位指示燈會(huì)閃爍，表示向該方向運(yùn)動(dòng)中。當(dāng)需要緊急停止時(shí)，可使用面板白色開關(guān)向下?lián)軇?dòng)鎖定。需要恢復(fù)自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，將面板白色開關(guān)向上撥動(dòng)解鎖，并依次按下俯仰、橫滾、方位上限位按鈕啟動(dòng)對(duì)應(yīng)方向自動(dòng)穩(wěn)定。當(dāng)發(fā)現(xiàn)某一方向上沒有運(yùn)動(dòng)，可執(zhí)行自動(dòng)模式2）中的步驟恢復(fù)。若沒有解決該問題，請(qǐng)重新上電后執(zhí)行自動(dòng)模式2）步驟恢復(fù)。仍然沒有解決，請(qǐng)

10、打開控制箱蓋，觀察伺服是否有報(bào)警，并根據(jù)報(bào)警內(nèi)容查找相關(guān)手冊(cè)，根據(jù)手冊(cè)解決。（三）遙控控制說明圖-41.連接線纜，將上位機(jī)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(dòng)”或者“停止”按鈕使用遙控方式控制穩(wěn)定平臺(tái)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(tái)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(dòng)”模式下，可設(shè)置本次需要的方位值。4.觀察各個(gè)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(shí)時(shí)記錄功能。用戶無需操作，軟件自動(dòng)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(gè)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(bào)錯(cuò)。文件完整路徑“D：數(shù)據(jù)記錄（此處是文件開始記錄的時(shí)間）”六常規(guī)故障判斷及處理1. 橫滾、俯仰或者方位軸不動(dòng)作現(xiàn)象反應(yīng)：橫滾、俯仰或者方位軸某一個(gè)軸不動(dòng)作，多出現(xiàn)于設(shè)備劇烈抖動(dòng)后。出現(xiàn)原因：伺服驅(qū)動(dòng)器檢測發(fā)現(xiàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)與設(shè)定數(shù)據(jù)偏差過大，則自動(dòng)報(bào)警停機(jī)。處理方法如下：a) 當(dāng)發(fā)現(xiàn)該現(xiàn)象后，先使用前面板上的撥動(dòng)開關(guān)，關(guān)閉所有電機(jī)的動(dòng)作。b) 使用后面的撥動(dòng)開關(guān)關(guān)閉電源，等待5-10秒重新上電。c) 當(dāng)所有設(shè)備正常啟動(dòng)后，使穩(wěn)定平臺(tái)繼續(xù)工作。d) 若仍然不能工作，則需要打開機(jī)箱觀察伺服驅(qū)動(dòng)器報(bào)警狀態(tài)，根據(jù)伺服驅(qū)動(dòng)器報(bào)警故障檢測處理（伺服使用手冊(cè)237-248）。2. 上電后操作無反應(yīng)現(xiàn)象反應(yīng)：指示燈點(diǎn)亮，但穩(wěn)定平臺(tái)不工作。出現(xiàn)原因：上電后等待時(shí)間過短，設(shè)備沒有正常啟動(dòng)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(diǎn)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(diǎn)亮后則表示已解鎖，可正常執(zhí)行下面的操作