一種數(shù)字式6-DOF運(yùn)動(dòng)平臺(tái)控制系統(tǒng)技術(shù)方案

一種數(shù)字式6-DOF運(yùn)動(dòng)平臺(tái)控制系統(tǒng)，采用基于PCI總線的高性能六軸伺服/步進(jìn)控制卡，和主控計(jì)算機(jī)構(gòu)成了雙CPU系統(tǒng)。該模擬器的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)完全是一種“數(shù)字開環(huán)控制”，具有抗干擾能力強(qiáng)、對(duì)油液的精度要求低、調(diào)試維護(hù)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，通過(guò)優(yōu)化的多任務(wù)調(diào)度軟件實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)的正常運(yùn)行和故障保護(hù)，達(dá)到了控制系統(tǒng)的可靠性要求。

A digital 6-DOF motion platform control system

A digital 6-DOF motion platform control system adopts a high-performance six axis servo / stepping control card based on PCI bus, and a dual CPU system is composed of the main control computer. The motion platform of the simulator is a completely digital open-loop control, has strong anti-interference ability, on the oil's precision is low, simple debugging and maintenance, through multi task scheduling optimization software to realize the normal operation and fault protection platform, meets the requirements of the reliability of the control system.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種數(shù)字式6-DOF運(yùn)動(dòng)平臺(tái)控制系統(tǒng)所屬
本專利技術(shù)涉及一種數(shù)字式6-DOF運(yùn)動(dòng)平臺(tái)控制系統(tǒng)，適用于機(jī)械領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
六自由度Stewart平臺(tái)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)有著極為廣闊的應(yīng)用前景，它可以應(yīng)用于飛機(jī)、船舶、坦克等各種仿真訓(xùn)練的運(yùn)動(dòng)模擬器，以及地震模擬臺(tái)、動(dòng)感電影等，也可用到宇宙飛船、潛艇救生、空中加油機(jī)的對(duì)接裝置中，還可作為并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床、醫(yī)用機(jī)器人、精確定位機(jī)構(gòu)等。大型并聯(lián)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)一般要承載較大慣量的負(fù)載，由于電動(dòng)、氣動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力相對(duì)較小，故絕大部分采用的是電液伺服控制系統(tǒng)，雖然液壓驅(qū)動(dòng)具有響應(yīng)速度快和控制精度高等優(yōu)點(diǎn)，但也普遍存在一些缺點(diǎn)，特別是對(duì)油液質(zhì)量要求嚴(yán)格，精度等級(jí)高達(dá)14/11(IS04406)，系統(tǒng)調(diào)試周期長(zhǎng)，維護(hù)比較困難。而且采用模擬信號(hào)的電液伺服系統(tǒng)，必須采用許多D/A,A/D接口元件，以及光電隔離、濾波等防比干擾的手段，這樣使控制系統(tǒng)變得復(fù)雜。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)提出了一種數(shù)字式6-DOF運(yùn)動(dòng)平臺(tái)控制系統(tǒng)，該模擬器的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)完全是一種“數(shù)字開環(huán)控制”，具有抗干擾能力強(qiáng)、對(duì)油液的精度要求低、調(diào)試維護(hù)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，通過(guò)優(yōu)化的多任務(wù)調(diào)度軟件實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)的正常運(yùn)行和故障保護(hù)，達(dá)到了控制系統(tǒng)的可靠性要求。本專利技術(shù)所采用的技術(shù)方案是：所述數(shù)字式運(yùn)動(dòng)平臺(tái)由六自由度運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、平臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、油源及其控制系統(tǒng)構(gòu)成。六自由度運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)有上下平臺(tái)、數(shù)字液壓缸、鉸鏈連接裝置等幾部分，它是復(fù)現(xiàn)模擬器動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。平臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是整個(gè)并聯(lián)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)系統(tǒng)的中樞，它由主控計(jì)算機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制卡、數(shù)據(jù)采集卡、細(xì)分驅(qū)動(dòng)器、操作控制而板等構(gòu)成;為方便操作與管理，將這套控制系統(tǒng)集成為一個(gè)工作站，在工作站的控制而板上有運(yùn)行模式的選擇旋鈕、平臺(tái)起停按鈕、急停按鈕、以及單自由度調(diào)試按鈕和單缸調(diào)試按鈕，并且油源的可視觸摸屏也安裝在左下方，可實(shí)現(xiàn)油源的遠(yuǎn)程監(jiān)控。油源及其控制系統(tǒng)由油泵、水泵、加熱器、溢流閥、油源控制PLC、油源控制箱、可視觸摸屏等構(gòu)成，它可實(shí)現(xiàn)油壓、油溫的自動(dòng)控制與調(diào)節(jié)。所述主控計(jì)算機(jī)是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，它通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊接收上位機(jī)的信息生成運(yùn)動(dòng)平臺(tái)六自由度姿態(tài)信息(包括位移、速度、加速度)，經(jīng)過(guò)洗出濾波算法，轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)位移，并經(jīng)過(guò)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)反解得到每個(gè)液壓缸的缸長(zhǎng)，后通過(guò)PCI總線傳送到運(yùn)動(dòng)控制卡上，運(yùn)動(dòng)控制卡經(jīng)過(guò)位置、速度的插補(bǔ)運(yùn)算后，發(fā)送脈沖指令到細(xì)分驅(qū)動(dòng)器上，由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)閥芯移動(dòng)，最后通過(guò)液壓作用變成液壓缸所需的缸長(zhǎng)，從而實(shí)時(shí)產(chǎn)生模擬仿真的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)。同時(shí)主控計(jì)算機(jī)通過(guò)串口(RS485)和油源PLC通訊，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)油源的油壓、油溫、油位、過(guò)濾器是否堵塞等油源情況，并視情產(chǎn)生相應(yīng)動(dòng)作，如在油泵沒(méi)有起動(dòng)的條件下，平臺(tái)運(yùn)行初始化條件不滿足，當(dāng)按下平臺(tái)起動(dòng)按鈕時(shí)液壓缸不會(huì)動(dòng)作，相反會(huì)提示操作者存在的問(wèn)題。所述采用基于PCI總線的高性能六軸伺服/步進(jìn)控制卡，實(shí)際上和主控計(jì)算機(jī)構(gòu)成了雙CPU系統(tǒng)，接收主控計(jì)算機(jī)的指令后，它能迅速進(jìn)行位移、速度的插補(bǔ)計(jì)算，并發(fā)送脈沖值和脈沖頻率去驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)，保證在相同的時(shí)間內(nèi)使6個(gè)液壓缸平滑地伸長(zhǎng)或縮短不同的距離。而該控制卡具有位置可變環(huán)形，可在運(yùn)動(dòng)中隨時(shí)改變速度，可使用連續(xù)插補(bǔ)等先進(jìn)功能也使運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的控制更加準(zhǔn)確方便。所述運(yùn)動(dòng)控制卡的位置管理采用兩個(gè)加/減速計(jì)數(shù)器，一個(gè)是內(nèi)部管理驅(qū)動(dòng)脈沖輸出的邏輯位置計(jì)數(shù)器，一個(gè)用于接收外部脈沖的反饋輸入。在實(shí)際使用時(shí)，通過(guò)控制卡的自帶指令，可實(shí)時(shí)返回邏輯位置計(jì)數(shù)器值，也即液壓缸的理想位置。而液壓缸的內(nèi)部反饋機(jī)構(gòu)可以附帶一個(gè)高精度的碼盤編碼器，可通過(guò)控制卡實(shí)時(shí)返回液壓缸的實(shí)際位置，這可以有效監(jiān)視液壓缸的運(yùn)動(dòng)。但事實(shí)上，由于液壓缸的合理設(shè)計(jì)，其位置跟蹤能力非常強(qiáng)，所以這種外部脈沖反饋輸入是完全可以去掉的，即對(duì)控制者而言完全是一種“數(shù)字開環(huán)控制，省去了位移傳感器、力傳感器、壓力傳感器和加速度傳感器等眾多傳感器，以及由此帶來(lái)的D/A,A/D轉(zhuǎn)換和復(fù)雜的控制器參數(shù)調(diào)節(jié)裝置。而且在細(xì)分驅(qū)動(dòng)器上電的情況下，步進(jìn)電機(jī)處于自鎖狀態(tài)，即除非有驅(qū)動(dòng)脈沖的作用，在一般的干擾信號(hào)作用下它是不會(huì)動(dòng)作的，所以系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗干擾能力。所述油源PLC主要實(shí)現(xiàn)油源系統(tǒng)的邏輯控制和監(jiān)視。平臺(tái)運(yùn)行準(zhǔn)備階段，可利用控制臺(tái)上的可視觸摸屏起動(dòng)油泵，同時(shí)PLC根據(jù)油溫的高低，決定是否起動(dòng)冷卻水泵還是起動(dòng)加熱器，即油溫過(guò)高時(shí)水泵運(yùn)行，油溫過(guò)低時(shí)起動(dòng)加熱器進(jìn)行加熱。在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，將油壓、油溫、油位、過(guò)濾器是否堵塞等油源情況，實(shí)時(shí)傳送給可視觸摸屏和主控計(jì)算機(jī)，這樣在觸摸屏和顯示器上都可顯示油源信息，即使在主控計(jì)算機(jī)死機(jī)的情況下，操作者在控制臺(tái)也能清楚的查看油源運(yùn)行情況。所述邏輯控制和保護(hù)功能主要是通過(guò)數(shù)字I/0采集卡和運(yùn)動(dòng)控制卡上的I/0口，管理運(yùn)動(dòng)控制及其附屬設(shè)備之間的所有I/0操作，通過(guò)I/0接口采集系統(tǒng)所有模擬轉(zhuǎn)換和開關(guān)狀態(tài)，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，并進(jìn)行故障分析和處理，通過(guò)安全保護(hù)模塊對(duì)平臺(tái)實(shí)施相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作。安全保護(hù)模塊共設(shè)置了近30種故障，根據(jù)故障的種類和可能造成的危險(xiǎn)，分為3個(gè)處理級(jí)別，分別是:報(bào)警、回復(fù)中性位置(6個(gè)液壓缸均伸長(zhǎng)行程的一半)、緊急退出。“報(bào)警”是系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到一種非正常的但暫時(shí)不會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成太大影響的狀態(tài)，此時(shí)通過(guò)控制軟件發(fā)出聲光報(bào)警，提示操作者采取相應(yīng)措施消除之；“回復(fù)中性位置”是系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到非致命的故障，則安全保護(hù)模塊關(guān)閉正常的運(yùn)動(dòng)請(qǐng)求，直接控制平臺(tái)回復(fù)到中性位置，并待機(jī)，直到故障消除；而“緊急退出”是系統(tǒng)遇到停電、失壓、油泵急停、大泄漏等危險(xiǎn)情況時(shí)，安全保護(hù)模塊使平臺(tái)在任何位姿都能緊急回復(fù)初始零位。本專利技術(shù)的有益效果是：該模擬器的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)完全是一種“數(shù)字開環(huán)控制”，具有抗干擾能力強(qiáng)、對(duì)油液的精度要求低、調(diào)試維護(hù)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，通過(guò)優(yōu)化的多任務(wù)調(diào)度軟件實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)的正常運(yùn)行和故障保護(hù)，達(dá)到了控制系統(tǒng)的可靠性要求。附圖說(shuō)明下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)進(jìn)一步說(shuō)明。圖1是本專利技術(shù)的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)控制系統(tǒng)框圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1，數(shù)字式運(yùn)動(dòng)平臺(tái)由六自由度運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、平臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、油源及其控制系統(tǒng)構(gòu)成。六自由度運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)有上下平臺(tái)、數(shù)字液壓缸、鉸鏈連接裝置等幾部分，它是復(fù)現(xiàn)模擬器動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。平臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是整個(gè)并聯(lián)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)系統(tǒng)的中樞，它由主控計(jì)算機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制卡、數(shù)據(jù)采集卡、細(xì)分驅(qū)動(dòng)器、操作控制而板等構(gòu)成;為方便操作與管理，將這套控制系統(tǒng)集成為一個(gè)工作站，在工作站的控制而板上有運(yùn)行模式的選擇旋鈕、平臺(tái)起停按鈕、急停按鈕、以及單自由度調(diào)試按鈕和單缸調(diào)試按鈕，并且油源的可視觸摸屏也安裝在左下方，可實(shí)現(xiàn)油源的遠(yuǎn)程監(jiān)控。油源及其控制系統(tǒng)由油泵、水泵、加熱器、溢流閥、油源控制PLC、油源控制箱、可視觸摸屏等構(gòu)成，它可實(shí)現(xiàn)油壓、油溫的自動(dòng)控制與調(diào)節(jié)。主控計(jì)算機(jī)是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，它通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊接收上位機(jī)的信息生成運(yùn)動(dòng)平臺(tái)六自由度姿態(tài)信息(包括位移、速度、加速度)，經(jīng)過(guò)洗出濾波算法，轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)位移，并經(jīng)過(guò)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)反解得到每個(gè)液壓缸的缸長(zhǎng)，后通過(guò)PCI總線傳送到運(yùn)動(dòng)控制卡上，運(yùn)動(dòng)控制卡經(jīng)過(guò)位置、速度的插補(bǔ)運(yùn)算后，發(fā)送脈沖指令到細(xì)分驅(qū)動(dòng)器上，由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)閥芯移動(dòng)，最后通過(guò)液壓作用變成液壓缸所需的缸長(zhǎng)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種數(shù)字式6?DOF運(yùn)動(dòng)平臺(tái)控制系統(tǒng)，其特征是：所述數(shù)字式運(yùn)動(dòng)平臺(tái)由六自由度運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、平臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、油源及其控制系統(tǒng)構(gòu)成。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種數(shù)字式6-DOF運(yùn)動(dòng)平臺(tái)控制系統(tǒng)，其特征是：所述數(shù)字式運(yùn)動(dòng)平臺(tái)由六自由度運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、平臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、油源及其控制系統(tǒng)構(gòu)成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字式6-DOF運(yùn)動(dòng)平臺(tái)控制系統(tǒng)，其特征是：所述主控計(jì)算機(jī)是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，它通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊接收上位機(jī)的信息生成運(yùn)動(dòng)平臺(tái)六自由度姿態(tài)信息(包括位移、速度、加速度)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字式6-DOF運(yùn)動(dòng)平臺(tái)控制系統(tǒng)，其特征是：所述采用基于PCI總線的高性能六軸伺服/步進(jìn)控制卡，實(shí)際上和主控計(jì)算機(jī)構(gòu)成了雙CPU系統(tǒng)，接收主控計(jì)算機(jī)的指令后，它能迅速進(jìn)行位移、速度的插補(bǔ)計(jì)算，并發(fā)送脈沖值和脈沖頻率去驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)，保證在相同的時(shí)間內(nèi)使6個(gè)液壓缸平滑地伸長(zhǎng)或縮短不同的距離。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字式6-DOF運(yùn)動(dòng)平臺(tái)控制系統(tǒng)，其特征是：所述運(yùn)動(dòng)控...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：韓會(huì)義，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：韓會(huì)義，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：遼寧,21