PLC控制的四点自动调平系统

　　引言

　　为了提高火炮的机动性，我们研究开发了plc控制的自动调平系统，这种系统调平时间短，调平精度高，操作简单可靠，对提高火炮的机动性能具有重大意义。平台控制的关键技术是调平算法的选择和自动调平技术的实现。我们使用了2个水平传感器，分别检测前后和左右的倾斜度，而每个支腿的升高都可能引起它们的变化，因此从控制系统来看，这是一个多输入多输出的强耦合的动态过程。

　　1 简介

　　某火炮发射车为了提高命中率，在发射火炮前，必须先进行承载平台的调平。承载平台由四条支腿和四个轮胎支撑，为了保证调平后水平度的稳定，调平时首先让轮胎离地，只让四条支腿支撑平台，以克服轮胎变形引起的平面变化。要实现自动调平，就必须使电气控制系统和液压系统在计算机的控制下，成为一个有机的整体，协调、高效、准确地运行。平台控制的关键技术是调平算法的选择和自动调平
技术的实现。我们使用了2个水平传感器，分别检测前后和左右的倾斜度，而每个支腿的升高都可能引起它们的变化，因此从控制系统来看，这是一个多输入多输出的强耦合的动态过程［1］。

　　火炮发射平台应该满足以下要求：
　　
　　（1） 调平后，平台由四条支腿支撑并与车体脱离;

　　（2） 调平过程应在短时间内完成，并满足精度指标的要求;

　　（3） 平台调平后，应进行锁定以保证平台的状态至少24小时不变。

　　为了提高火炮的机动性，我们研究开发了plc控制的自动调平系统，这种系统调平时间短，调平精度高，操作简单可靠，对提高火炮的机动性能具有重大意义。

　　2 四点式平台的调平方法

　　图1是四点式承载平台示意图。按照对称矩形方式，采用4个垂直油缸来支撑平台。这种支撑形式具有稳定性好、抗倾覆能力强等优点，因此被广泛用于机动火炮的发射过程［2］。

　　调平系统中水平传感器安装如图2所示，水平传感器与平台的一条对角支点连线平行安装。平台有4个支点，平台重心不在两水平传感器交叉点上。如图2所示，2个方向倾角为α和β，传感器夹角为γ，则平台的倾斜度θ可以由α和β合成为：

　　如果2个方向的控制精度为±δ，则调平后平台的水平误差为：

　　从（2）式可以得到，控制度δ一定，当γ=90°时，平台的水平误差θ取最小值，因此在大多数的调平系统中，两个传感器都互相垂直安装。此时也就是说，两边的水平控制度应为整个平台水平控制度的，比如要求整个平台的倾斜度为2′，则控制时2个方向的控制度应该为。

　　根据水平传感器测出的水平倾角可以判断出4个支承点的高低，找出最高点，按照“只升不降”的原则，采用升调平技术，把其他3个支点升高至与最高点处于同一水平面后，调平过程结束。其技术关键是如何根据2个水平倾角决定各支点应该升高的高度，以及采用哪种方法去精确控制各支点升高的高度。

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　　3 调平的plc实现及系统构成

　　由于plc的高可靠性和接口的简易性，使用plc实现自动调平是一种很好的方法。假定最高支点高度为a，某一支点高度为b，按照升调平方法，则b点需要升高的垂直高度为ab，我们可以用下面的公式计算出该支腿升高ab时所需要的脉冲数n，从而控制该支腿升高的高度，达到调平目的。

　　式中δp是产生1mm位移的固定脉冲，可以用实验方法精确测出支点升高1mm所需的时间，编程控制加于液压开关的脉冲个数就可实现要求的位移。

　　本系统选用德国siemens公司的simatic s7-300系列的plc作为主控元件，其结构框图如图3所示。该plc系统包含电源模块、cpu模块、模拟量输入（ai）模块、数字量输入（di）模块和数字量输出（do）模块［3］。通过2个水平传感器检测平台的左右倾角和前后倾角是否满足精度。检测出的倾角信号经相敏整流电路后送给模拟
量输入模块。模拟量输入模块用来输入水平检测信号，自动完成a/d转换，然后送给cpu模块，与给定水平度进行比较。cpu模块作为控制器，可以发送各种控制命令，接收并处理各种数据，对整个系统进行协调控制。cpu模块输出的控制量通过数字量输出模块，控制各支腿继电器动作，从而可以控制各支腿的升降，达到调平目的。液电压力开关可以检测各个支腿是否着地，避免虚腿调平。支腿着地时，对应的液电压力开关就会闭合，数字量输入模块对应的输入信号就为高电平;反之，支腿悬空时，对应的输入信号就为低电平。cpu模块根据读入的数字量做出相应的处理。

　　4 系统的工作过程　　

　　本系统的工作过程与系统的软件流程相对应，分为四大模块，分别是：差动着地模块、手动调平模块、自动调平模块、自动撤收模块。根据平台的倾斜度，整个调平过程分为粗调和精调，倾斜度大于5°时，系统粗调，各支腿的动作速度较快;倾斜度小于5°时，系统精调，各支腿的动作速度较慢。其工作过程为：

　　（1） 启动电机，送启动信号给plc;

　　（2） plc接收到启动信号，执行程序;

　　（3） 差动放腿40s，保证所有调平支腿着地;

　　（4） 根据操作指令，执行调平过程：

　　·按下“手动调平”键，则根据发出的各支腿升降指令进行调平;

　　·按下“自动展开”键，系统自动读入水平传感器的倾角，判断倾斜度，自动进行调平。采用升调平技术，根据读入倾角值，判断最高点，计算各支点需要升高的高度，用（4）式计算出所需脉冲数，然后把它对应加到各支腿，控制它们的高度，达到调平目的;

　　（5） 调平过程结束，发射车可以发射火炮。需要撤收时，按下自动撤收键，系统自动撤收所有调平支腿。

　　5 技术要求与试验结果

　　本调平系统的技术参数要求是：

　　（1） 调平精度≤2′

　　（2） 调平时间≤3min

　　（3） 保持稳定状态24h不变

　　试验证明，该系统达到了指标要求，调平时间小于1min，调平精度在2′以内，稳定性满足要求。本调平系统已调试完成，经过多次打靶实验，命中率比较高，取得了令人满意的效果。

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