引言
為了提高火炮的機(jī)動(dòng)性，我們研究開發(fā)了plc控制的自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)，這種系統(tǒng)調(diào)平時(shí)間短，調(diào)平精度高，操作簡(jiǎn)單可靠，對(duì)提高火炮的機(jī)動(dòng)性能具有重大意義。平臺(tái)控制的關(guān)鍵技術(shù)是調(diào)平算法的選擇和自動(dòng)調(diào)平技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。我們使用了2個(gè)水平傳感器，分別檢測(cè)前后和左右的傾斜度，而每個(gè)支腿的升高都可能引起它們的變化，因此從控制系統(tǒng)來(lái)看，這是一個(gè)多輸入多輸出的強(qiáng)耦合的動(dòng)態(tài)過程。
1 簡(jiǎn)介
某火炮發(fā)射車為了提高命中率，在發(fā)射火炮前，必須先進(jìn)行承載平臺(tái)的調(diào)平。承載平臺(tái)由四條支腿和四個(gè)輪胎支撐，為了保證調(diào)平后水平度的穩(wěn)定，調(diào)平時(shí)首先讓輪胎離地，只讓四條支腿支撐平臺(tái)，以克服輪胎變形引起的平面變化。要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)平，就必須使電氣控制系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)的控制下，成為一個(gè)有機(jī)的整體，協(xié)調(diào)、高效、準(zhǔn)確地運(yùn)行。平臺(tái)控制的關(guān)鍵技術(shù)是調(diào)平算法的選擇和自動(dòng)調(diào)平技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。我們使用了2個(gè)水平傳感器，分別檢測(cè)前后和左右的傾斜度，而每個(gè)支腿的升高都可能引起它們的變化，因此從控制系統(tǒng)來(lái)看，這是一個(gè)多輸入多輸出的強(qiáng)耦合的動(dòng)態(tài)過程［1］。
火炮發(fā)射平臺(tái)應(yīng)該滿足以下要求：
（1） 調(diào)平后，平臺(tái)由四條支腿支撐并與車體脫離;
?。?） 調(diào)平過程應(yīng)在短時(shí)間內(nèi)完成，并滿足精度指標(biāo)的要求;
?。?） 平臺(tái)調(diào)平后，應(yīng)進(jìn)行鎖定以保證平臺(tái)的狀態(tài)至少24小時(shí)不變。
為了提高火炮的機(jī)動(dòng)性，我們研究開發(fā)了plc控制的自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)，這種系統(tǒng)調(diào)平時(shí)間短，調(diào)平精度高，操作簡(jiǎn)單可靠，對(duì)提高火炮的機(jī)動(dòng)性能具有重大意義。
2 四點(diǎn)式平臺(tái)的調(diào)平方法
圖1是四點(diǎn)式承載平臺(tái)示意圖。按照對(duì)稱矩形方式，采用4個(gè)垂直油缸來(lái)支撐平臺(tái)。這種支撐形式具有穩(wěn)定性好、抗傾覆能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛用于機(jī)動(dòng)火炮的發(fā)射過程［2］。
調(diào)平系統(tǒng)中水平傳感器安裝如圖2所示，水平傳感器與平臺(tái)的一條對(duì)角支點(diǎn)連線平行安裝。平臺(tái)有4個(gè)支點(diǎn)，平臺(tái)重心不在兩水平傳感器交叉點(diǎn)上。如圖2所示，2個(gè)方向傾角為α和β，傳感器夾角為γ，則平臺(tái)的傾斜度θ可以由α和β合成為：
如果2個(gè)方向的控制精度為±δ，則調(diào)平后平臺(tái)的水平誤差為：
從（2）式可以得到，控制度δ一定，當(dāng)γ=90°時(shí)，平臺(tái)的水平誤差θ取最小值，因此在大多數(shù)的調(diào)平系統(tǒng)中，兩個(gè)傳感器都互相垂直安裝。此時(shí)也就是說(shuō)，兩邊的水平控制度應(yīng)為整個(gè)平臺(tái)水平控制度的，比如要求整個(gè)平臺(tái)的傾斜度為2′，則控制時(shí)2個(gè)方向的控制度應(yīng)該為。
根據(jù)水平傳感器測(cè)出的水平傾角可以判斷出4個(gè)支承點(diǎn)的高低，找出最高點(diǎn)，按照“只升不降”的原則，采用升調(diào)平技術(shù)，把其他3個(gè)支點(diǎn)升高至與最高點(diǎn)處于同一水平面后，調(diào)平過程結(jié)束。其技術(shù)關(guān)鍵是如何根據(jù)2個(gè)水平傾角決定各支點(diǎn)應(yīng)該升高的高度，以及采用哪種方法去精確控制各支點(diǎn)升高的高度。
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3 調(diào)平的plc實(shí)現(xiàn)及系統(tǒng)構(gòu)成
由于plc的高可靠性和接口的簡(jiǎn)易性，使用plc實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)平是一種很好的方法。假定最高支點(diǎn)高度為a，某一支點(diǎn)高度為b，按照升調(diào)平方法，則b點(diǎn)需要升高的垂直高度為ab，我們可以用下面的公式計(jì)算出該支腿升高ab時(shí)所需要的脈沖數(shù)n，從而控制該支腿升高的高度，達(dá)到調(diào)平目的。
式中δp是產(chǎn)生1mm位移的固定脈沖，可以用實(shí)驗(yàn)方法精確測(cè)出支點(diǎn)升高1mm所需的時(shí)間，編程控制加于液壓開關(guān)的脈沖個(gè)數(shù)就可實(shí)現(xiàn)要求的位移。
本系統(tǒng)選用德國(guó)siemens公司的simatic s7-300系列的plc作為主控元件，其結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。該plc系統(tǒng)包含電源模塊、cpu模塊、模擬量輸入（ai）模塊、數(shù)字量輸入（di）模塊和數(shù)字量輸出（do）模塊［3］。通過2個(gè)水平傳感器檢測(cè)平臺(tái)的左右傾角和前后傾角是否滿足精度。檢測(cè)出的傾角信號(hào)經(jīng)相敏整流電路后送給模擬量輸入模塊。模擬量輸入模塊用來(lái)輸入水平檢測(cè)信號(hào)，自動(dòng)完成a/d轉(zhuǎn)換，然后送給cpu模塊，與給定水平度進(jìn)行比較。cpu模塊作為控制器，可以發(fā)送各種控制命令，接收并處理各種數(shù)據(jù)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。cpu模塊輸出的控制量通過數(shù)字量輸出模塊，控制各支腿繼電器動(dòng)作，從而可以控制各支腿的升降，達(dá)到調(diào)平目的。液電壓力開關(guān)可以檢測(cè)各個(gè)支腿是否著地，避免虛腿調(diào)平。支腿著地時(shí)，對(duì)應(yīng)的液電壓力開關(guān)就會(huì)閉合，數(shù)字量輸入模塊對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)就為高電平;反之，支腿懸空時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)就為低電平。cpu模塊根據(jù)讀入的數(shù)字量做出相應(yīng)的處理。
4 系統(tǒng)的工作過程
本系統(tǒng)的工作過程與系統(tǒng)的軟件流程相對(duì)應(yīng)，分為四大模塊，分別是：差動(dòng)著地模塊、手動(dòng)調(diào)平模塊、自動(dòng)調(diào)平模塊、自動(dòng)撤收模塊。根據(jù)平臺(tái)的傾斜度，整個(gè)調(diào)平過程分為粗調(diào)和精調(diào)，傾斜度大于5°時(shí)，系統(tǒng)粗調(diào)，各支腿的動(dòng)作速度較快;傾斜度小于5°時(shí)，系統(tǒng)精調(diào)，各支腿的動(dòng)作速度較慢。其工作過程為：
?。?） 啟動(dòng)電機(jī)，送啟動(dòng)信號(hào)給plc;
（2） plc接收到啟動(dòng)信號(hào)，執(zhí)行程序;
?。?） 差動(dòng)放腿40s，保證所有調(diào)平支腿著地;
?。?） 根據(jù)操作指令，執(zhí)行調(diào)平過程：
·按下“手動(dòng)調(diào)平”鍵，則根據(jù)發(fā)出的各支腿升降指令進(jìn)行調(diào)平;
·按下“自動(dòng)展開”鍵，系統(tǒng)自動(dòng)讀入水平傳感器的傾角，判斷傾斜度，自動(dòng)進(jìn)行調(diào)平。采用升調(diào)平技術(shù)，根據(jù)讀入傾角值，判斷最高點(diǎn)，計(jì)算各支點(diǎn)需要升高的高度，用（4）式計(jì)算出所需脈沖數(shù)，然后把它對(duì)應(yīng)加到各支腿，控制它們的高度，達(dá)到調(diào)平目的;
（5） 調(diào)平過程結(jié)束，發(fā)射車可以發(fā)射火炮。需要撤收時(shí)，按下自動(dòng)撤收鍵，系統(tǒng)自動(dòng)撤收所有調(diào)平支腿。
5 技術(shù)要求與試驗(yàn)結(jié)果
本調(diào)平系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)要求是：
?。?） 調(diào)平精度≤2′
（2） 調(diào)平時(shí)間≤3min
?。?） 保持穩(wěn)定狀態(tài)24h不變
試驗(yàn)證明，該系統(tǒng)達(dá)到了指標(biāo)要求，調(diào)平時(shí)間小于1min，調(diào)平精度在2′以內(nèi)，穩(wěn)定性滿足要求。本調(diào)平系統(tǒng)已調(diào)試完成，經(jīng)過多次打靶實(shí)驗(yàn)，命中率比較高，取得了令人滿意的效果。
（轉(zhuǎn)載）
