专利名称：：多点电动支撑平台的自动调平系统的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种多点支撑的调平系统，尤其是应用于有特殊要求的高精度、大负荷、多轴平台、车载设备的多点支撑平台调平系统。本发明描述中涉及的多点电动自动调平系统，是以车载设备为主的多个多点支撑的调平系统，但可以认为本发明描述中^^及的调平系统还可以适用于其它各种有调平要求的多支点其它平台的调平。如矿山挖掘机，车辆卫星电视接收机、桥梁架设设备、医用检测平台、导弹发射车等电动自动调平系统
背景技术：
：现有技术中许多可移动设备在设备使用时，通常都对设备的安装面有水平要求，该水平面将为设备提供一个检测基准。对于小设备一般可以依据三点确定一个平面的公理，通过调整安装面的三个支点获得一个水平基准面。这对于几何尺寸相对较小的平台来说，可以用四点调平罕统，来实现对平面的调整。但对于面积较大或载荷很重，支腿超过6条以上的多点支撑的大型平i台设备，特别是设备支撑面刚性不好的情况下，依靠一般的费时又费力的手动调平技术和以液压为动力源的调平系统，就很难通过上述方法获得水平基准面。特别是总是有一定坡度的地形、地质结构等因素影响,要求平台在任何倾角情况下,始终与水平面保持水平,必须通过多个支点来支撑庞大的设备和沉重的载荷情况下，通过观察水平仪，用人工去升降各支点使其水平，其调平的难度是显而易见的。以液压为动力源的调平系统，由于多轴调平系统中存在轴之间相互耦合、耦合平面虚腿多，通常都有平面调不平，水平稳定度差的问题。目前国内在机电式三点自适应调平技术已经成熟。电气接线复杂的多点支撑的平台机电调平系统，已有只言片语的报道。其中，中国专利申请号为200720032740.9公开了一种名称为"铁路起重机支腿自动调平控制系^T的实用新型专利。该系统通过CAN总线连接的油压泵、RC控制器、水平角度传感器、比例电磁阀、支腿油缸、支腿油缸位移传感器所组成。水平角度传感器将检测信号输出给RC控制器进行放大及方向判定，由驱动电路开通相应的比例电磁阀，让支腿液压缸动作，支腿油缸位移传感器将检测阀芯位置信号反馈至RC控制器输入端，实现支腿自动调平。上述液压调平系统专利不足之处在于1在国际上，由于液压系统的外泄漏和内泄漏至今还没解决情况下，该系统仍然存在长期稳定性差问题。2其所采用的液压系统维修时对环境要求较高，油液带来的污染容易导致电磁阀的堵塞，使系统无法正常工作。3该系统使用的RC控制器是一种非智能控制器,没有进行安全防护设计，这对一个机电液一体化系统来说是，有危及人员、设备安全的缺陷。4在多点调平时，该系统仅靠水平角度传感器将检测信号输出给RC控制器迸衧放大及方向判定，由驱动电路开通相应的比树电磁阀，在调平过程中，由于液压管路里各点的压力不一致，易发生虚腿现象。在车身结构受力变化不合理时，可造成设备车调平过程中缓慢移动，容易引发车身扭曲，损坏设备。
发明内容本发明的目的是针对上述现有技术存在的不足之处，提供一种举升重量大、便于维护、受力分布均匀可调控、支腿触地快速可靠、调平精度重复性好、精度高，安全而且方便、便于维护、系统信息可视、电气接线简单的多点电动自动调平系统。本发明的目的可以通过以下措施来得到。一种多点电动支撑平台的自动调平系统，主要包括，中央数字控制器、伺服驱动器、带位置和力矩传感器的电动执行机构、数字水平仪、智能操控盒和调平显控柜，其特征在于该系统设置有CAN总线网络控制调平的伺服电机，调平显控柜(1)通过中央数字控制器(3)设置的控制程序软件和硬件驱动程序软件，组成全系统工作状态、数据、系统故障代码的控制显示中心，中央数字控制器(3)与其相连的调平显控柜(1)和智能操控盒(2)—起，组成对系统调平平台支腿执行机构的触地控制、位置控制，以及倾斜度控制的闭环控制，中央数字控制器(3)根据数字水平仪(6)和电动执行机构(7)同体相连的位置和力矩传感器所反馈的信号，通过多点同步智能式调平算法运算，由调平系统控制程序给出对伺服驱动器(5)的控制信号，使交流伺服驱动器(5)按照中央数字控制器(3)发出的命令，对每个电动执行机构(7)的电机进行驱动。本发明相比于现有技术具有如下有益效果。本发明基于载车(平台)电动执行机构在工作过程中，能够自动保持水平的多点电动自动调平系统，以交流伺服控制系统为核心，通过力矩检测以及位置传感器和核心控制器结合来完成系f^运动异常运动保护。系统驱动采用的交流伺服方式，具有完备的速度同步，与同步智能式调平算法结合可获得平滑的调平过程及精确的调平结果。用高级语言编制调平系统^制程序和硬件驱动程序，实现了控制器与伺服驱动器机构的数字化接入。多点同步智能式调平算法，在调平算法上将X靴轴双向的水平倾斜度作为一个整体对象来考虑，同时调整，同时收敛。解决了传统的调平算法中"顾此失彼"的弊端。使得车身(平台)调平的速度大大加快，尤其适用多轴之间存在相互耦合的调平要求。该种调平算法，使车身的结构受力变化趋于合理，不会引起车身(平台)位置在调平过程中的缓慢移动和设备损坏。中央数字控制器与多信息数字显控屏通过软件设置组成全系统的工作状态、数据、系统故障代码的显示中心；同时可以通过触摸屏界面的操作，完成用户对工作参数的设置。工作状态。调平系统中对于载车或平台的触地控制、位置控制以及倾斜度控制均采用了基于PID控制思想的闭环控制方法，它对不同的传感器和执行单元的模型参数具有相对较大的不敏感性。并以最小的数学运算和调试代价实现了目标量偏差的快速收敛控制、力矩检测以及位置传感异常保护功能。由PCC或PLC控制器、电动执行机构与驱动器、数字水平仪、人机界面触摸液晶显控屏构成了运动信息的全面监控装置。可实时显示每个电动执行机构的升降运动状态、限位状态、触地状态及错误告警状态、受力状况的实时数字显示。还可以通过软件设置，完成系统工作状态和数据、系统故障代码的显示。通过对显控屏的操作，完成用户对工作参数的设置。使用智能操控盒完成对多点电动自动调平系统有线操控。采用CAN总线网络控制整个系统的信号传递和调平伺服电机的运动，传感器的数据传递，摆脱了传统的信号线连接方式，大大地简化了电气接线，.提高了系统的可靠性和可维修性。中央信号控制装置可以高速，高精度地对电动^^行机构运动进行控制，并对何服驱动器单元实时状态信息监控更加具体全面，并可以高速、高精度地对电动执行机构运动进行控制、系统信息实时状态监控，完成多点自动电动调平。在多支点的调平系统中，各电动执行机构的受力均匀的调控，电动执行机构触地快速可靠，且在调平后，可在保证水平度的前提下，可以重复多次进行调平。调平高度具有极好的可重复性。通过软件计算出的行程对电动执行机构极限行程保护、电动执行机构极限负载保护，伺服驱动器报警保护，使其具有较强的过载能力。当电动执行机构运动至最大限位时，短时间的电机过载堵转，仍不会引起结构损坏。8交流数字伺服驱动器具有完备的速度同步，力矩检测以及异常保护功能，可以充分实现本系统对电动支撑的驱动检测技术要求。高传动精度的电动执行机构为^个系统的承载、平稳地调整使系统完美得以实现高精度水平面。本发明采用CAN总线网络控制和数据传递、系统安装和维护、并以高速、高精度地对电机运动进行控制、对系统信息实时进行状态监控。克服了传统手动式多点调平方式费时又费力和液压为动力源的调平系统水平稳定度差的缺点。解决了多轴、多点电动调平系统轴之间相互耦合、平面调不平、虚腿、架设时间过长等问题。保证了大型装备在调平时的安全性。能够满足载车设备对多点电动自动调平系统的使用要求。经该项目多台(站)试验测定，该系统重复性好、工作稳定、调平精度高，安全保护措施完善、架设撤收方便可靠，能够满足载车(平台)设备对多点电动自动调平系统的使用要求。试验测定结果如表l所示。表l载车电动自动调平系统测试记录<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>由于本发明与同类机电式和液压式调平系统无大于六点以上的系统可比，本发明仅与现有的调平系统进行比较，其比较结果如表2所示。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>附圉说明下面结合附图和实施例进一步说明本发明。附图l是本发明多点自动电动调平系统组成结构示意图。附图2是本发明调平系统控制程序软件原理框图。附图3是本发明系统的信号线缆连接示意茵。图l中l调平显控柜，2智能操控盒，3中央数字控制器，5伺服驱动器，6数字水平仪，7电动执行机构，8工作平台。具体实施拭参阅图l，点电动支撑平台的自动调平系统主要包括，根据车或平台的其它干涉物的位置任意呈几何分布在工作平台8平面下部的点阵电动执行机构7;位于工作平台8平面上，用以实时检测调平并监控工作平台8或车身变形情况的数字水平仪6;由可编程计算机PCC控制器或PLC控制程序和硬件驱动程序软件组成的中央数字控制器3;能够实时监控系统信息状态和完成用户对工作参数的设置，并显示工作状态、水平度、支撑腿伸出高度、支撑腿承载、系统故障代码等信息，且具有触摸屏界面操作的调平显控柜；对执行机构发出某种运动信号的智能操控盒2。驱动。根据中央数字控制器3发出的运动信号,驱动执行机构进行运动的伺服驱动器5。中央数字控制器3采用PCC控制器为主控制器，调平显控柜l可以采用PowerPanel为核心显控单元，伺服驱动器5可以采用伦茨公司的ECS交流数字伺服驱动器。调平显控柜1通过中央数字控制器3设置的软件组成全系统工作状态、数据、系统故障代码的显示中心。中央数字控制器3与相连的调平显控柜1和智能操控盒2—起，对系统连接平台的支腿执行机构触地控制。中央数字控制器3的操控命令可以通过智能操控盒2下达，完成对多点电动自动调平系统有线操控。通过伺服驱动器5连接中央数字控制器3的电动执行机构7担负着整个车体或平台的升降、调平运动。智能操控盒2为操作人员下达操控命令的装置。调平显控柜l是人机对话的平台，为用户提供了系统工作状态和数据、故障信息；同时可以通过触摸屏界面的操作，完成用户对工作参数的设置。调平显控柜l通过软件设置，完成系统工作状态和数据、系统故障代码的显示。与中央数字控制器3相连的数字水平仪6是为系统提供高精度的水平数据装置。中央数字控制器3根据数字水平仪5和电动执行机构7同体相连的位置和力矩传感器检测所反馈的信号，通过多点同步智熊式调平算法运算。调平系统控制程序给出对交流数字伺服驱动器5的控制信号。交流伺服驱动器5根据中央数字控制器3的命令，对高传动精度电动执行机构7的电机进行驱动。调平显控柜1的核心显控单元通过中央数字控制器3设置的软件组成全系统工作状态、数据、系统故障代码的显示中心，实时监控系统的信息状态。同时可以通过触摸屏界面的操作，完成用户对工作参数的设置。工作状态、数据显示内赛^^水平度、电动执行机构伸出高度、电动执行机构承载、系统故障代码等；工作参数的设置内容有电动执行机构7的伸縮速度设定，电动执行机构7触地负荷的标定等等。中央数字控制器3由可编程计算机控制器PCC和控制程序软件和硬件驱动程序软件组成，并通过CAN总线网络控制调平电动执行机构7的伺服电机，高速、高精度地对电机运动进行控制。中央数字控制器3配置标准的串行接口和专用的局域网接口连接智能操控盒2和调平显控柜1。中央数字控制器3与相连的调平显控柜1核心显控单元和智能操控盒一起，组成对系统实时多任务管理，跨CPU移植、软件调试跟踪和对连接平台的电动执行机构触地控制、位置控帝!l以及倾斜度控制的闭环控制。智能操控盒2和中央数字控制器3之间以电缆4连接。操控命令也可通过智能操控盒2下达，完成对多点电动自动调平系统有线操控。l至n个电动执行机构7通过法兰安装面连接平台或载车底盘大梁，并分别与之相连的传感器、驱动器连接中央数字控制器3。与中央数字控制器3连接好的电动执行机构7担负着^^h车体或平台的升降、调平运动。中央数字控制器3和数字水平仪6连接组成水平信号反馈通道，并将反馈回来的平面水平信号通过中央数字控制器l软件程序进行多点同步智能式调平算法，对不同的传感器和电动执行机构单元的模型参数进行数学运算，来实现目标量偏差的快速收敛控制。中央数字控制器3和智能操控盒2组成命令操控通道。智能操控盒2发出操控指令中央数字控制器3根据其命令启动其内部的相应的软件模块，对执行机构发出某种运动信号。本实施例所称的智能操控装置为智能操控盒。中央数字控制器3和交流数字伺服驱动器5组成了运动驱动通道，中央数字控制器3根据其它通道的实际情况对各驱动器发出相应的运动信号，数字驱动器根据此信号驱动电动执行机构7进行相应的运动。中央数字控制器3与各电动执行机构7的传感器组成位置、力反馈通道。中央数字控制器3根据该信号决定该电动执行机构7的运动取向。且每一点高传动精度电动执行机构7的安装位置，可根据车或平台的其它干涉物的位置任意呈几何分布。多点电动执行机构7在所需调整的平面内任意布置。各电动执行机构7在所需调整的平面内，均布或不均布。电动执行机构法兰安装面与载车或平台用螺栓连接，并有调平控制柜l驱动电缆、信号电缆、传感器电缆与其连接。系统根据具体情况更改函数块即可完成多点电动自动调平。当某个伺服驱动器5因某种原因触发报警跳闸时，该电动4执行机构7是无法按指令速度运动的，为避免在这种情况下工作平台8姿态的意外变化，本系统对i^意外情况下做出了停止所有电机的运动的安全性保护措施，避免平台和设备的损坏。参阅图2。本发明通过结构化、模块化设计思想设计的多点自动电动调平系统控制程序和硬件驱动程序应用软件，包括单电动执行机构升、降运动控制程序，执行机构运动状态显示程序，系^参数存取/设置程序，电动执行机构齐升、降运动控制程序，执行机构运动驱动程序，自动调平运动控制程序，水平度显示程序，水平仪数据采集程序，故障显示程序，故障检测程序多个相对独立的任务模块。各个任务模块之间按照严格定义的接口规范，相互传递,息。可&有效地保证在系统器件或操作要求变动时，对控制软件的影响都将是局部的、集中而单一的。各程序模块的任务分别是键盘指令传送模块:该模块的任务用于处理手控盒的按键控制命令和LED的点亮/熄灭/闪烁指示。系统参数存取/设置程序模块该模块预存该系统的工作参数，并为适应系统工作的不同要求，在目标软件不作改动的前提下，对系统工作参数进行配置，该系统工作参数可在调试时通过AutomationStudio在线修改，CAN口的终端设备及软件来修改设置。电动执行机构齐升、降运动控制程序模块、单电动执行机构升、降运动控制程序模块这两个模块根据系统参数存取/设置程序模块送来的信息，将不同的调用信息传给执行机构驱动程序模块，并可监视电动执行机构部分的工作状态。自动调平运动控制程序模块该模块的主要任务是根据水平数据采集程序模块送来的水平仪数据，根据同步智能式调平算法运算，作出对各支撑腿运动指挥控制命令。水平仪数据采集程序模块该模块控制底层通信驱动程序通过RS-422总线，获取某个地址号的数字水平仪的X和Y轴倾角数据。水平度显示程序模块该模块将水平仪数据采集程序模块的数据，通过该模块的转换实时地在信息数据显控屏上进行水平度显示。故障检测程序模块故障检测程序模块对全系统的运行情况进行监测。故障显示程序模块该模块将故障检测程序模块的信息，通过该模块的转换实时地在信息数据显控屏上进行故障显示。该系统软件的编制是结合系统工作进行的，其信息流程如下当键盘指令传送模块接收到智能操控盒的控制余令后，处理智能操控盒2的按键控制命令将其送给自动调平运动控制程序模块，并根据命令发出LED的点亮/熄灭/闪烁指示。自动调平运动控制程序模块收到键盘指令传送模块传送的信息后，根据不同的信息经过运算后，根据不同的结果査取系统参数存取/设置程序模块储存的信应的参数，送电动执行机构齐升、降运动控制程序模块、单电动执行机构升、降运动控制程序模块。电动执行机构齐升、降运动控制程序模块、单腿升、降运动控制程序模块将不同的调用信息传给执行机构驱动程序，并监视电动执行机构的工作状态。电动执行机构运动驱动程序模块接收到信息后就对电动执行机构发出相应的指令驱动信号。同时它还将电动执行机构运动驱动程序模块所收到的机构运动反馈信号，送电动执行机构运动驱动状态显示程序模块，该运动信息通过该模块处理后将故障在信息数据显控屏显示。故障检测程序模块对全系统的运行情况进行监测，实时地将故障信息送故障显示程序模块，通过该模块的转换实时地在信息数据显控屏上进行故障显示。参阅图3。本系统实施例的信号电缆设计以PCC控制器作为主控单元，通过四个通讯口连接遥控计算机、数字水平仪6、核心显控单元、伺服驱动器5来完成系统的各种信号传递功能。PCC控制器各接口的信号传递任务如下PCC控制器各接口分别通过RS232总线相联于遥控计算机，接受遥控计算机的控制指令和参数设定并上报指定参数;相联于调平显控柜l中的核心显控单元，接受PCC控制器的控制指令和参数设定，信息显示等功能；通过RS422总线与数字水平仪相联，以问答的方式读取主辅水平传感器水平信息。通过高速CAN总线与各伺服控制器相联，实时操控各电动执行机构7各种运动，读取电动执行机构7传感器数据和运动状态数据。权利要求1.一种多点电动支撑平台的自动调平系统，主要包括，中央数字控制器、伺服驱动器、带位置和力矩传感器的电动执行机构、数字水平仪、智能操控盒和调平显控柜，其特征在于该系统设置有CAN总线网络控制调平的伺服电机，调平显控柜(1)通过中央数字控制器(3)设置的控制程序软件和硬件驱动程序软件，组成全系统工作状态、数据、系统故障代码的控制显示中心，中央数字控制器(3)与其相连的调平显控柜(1)和智能操控盒(2)一起，组成对系统调平平台支腿执行机构的触地控制、位置控制，以及倾斜度控制的闭环控制，中央数字控制器(3)根据数字水平仪(6)和电动执行机构(7)同体相连的位置和力矩传感器所反馈的信号，通过多点同步智能式调平运算，由调平系统控制程序给出对伺服驱动器(5)的控制信号，使交流伺服驱动器(5)按照中央数字控制器(3)发出的命令，对每个电动执行机构(7)的电机进行驱动。2.如权利要求1所述的多点电动支撑平台的自动调平系统，其特征在于，中央数字控制器(3)和数字水平仪(5)连接组成水平信号反馈通道，并将反馈回来的平面水平信号通过中央数字控制器(3)含有的控制程序软件程序进行多点同步智能式调平运算，对不同的传感器和执行机构单元的模型参数进行数学运算来实现目标量偏差的快速收敛控制。3.如权利要求1所述的多点电动支撑平台的自动调平系统，^特征在于，中央数字控制器(3)和智能操控盒(2)连接组成命令操控通道，智能操控盒(2)发出操控指令，中央数字控制器(3)根据其命令启动其内部的相应的软件模块,对通过相应伺服驱动器(5)连接的电动执行机构a)发出相关运动信号。4.如权利要求I所述的多点电动支撑平台的自动调平系统，^特征在于，中央数字控制器(3)和伺服驱动器(5)连接组成运动驱动通道，中央数字控制器根据其它通道的实际情况对各伺服驱动器(5)发出相应的运动信号，驱动器根据此信号驱动电动执行机构(7)进行相应的运动。5.如权利要求1所述的多点电动支撑平台的自动调平系统，其特征在于，中央数字控制器(3)与连接各电动执行机构(7)相连的传感器组成位置、力矩反馈通道，中央数字控制器(3)根据来自信号伺服驱动器(5)的运动信号决定电动执行机构(7)的运动取向。6.如权利要求1所述的多点电动支撑平台的自动调平系统，其特征在于，中央数字控制器(3)根据相连的数字水平仪(6)的反馈信号，应用同步智能式调平运算，给出每一个执行机构所需的运动量。7.如权利要求1所述的多点电动支撑平台的自动调平系统，^特征在于，智能操控盒有线操控每一个电动执行机构(7)调整。8.如权利要求1所述的多点电动支撑平台的自动调平系统，其特征在于，控制程序软件和硬件驱动程序软件，包括，系统参数存取/设置程序模块，应用于对系统工作参数进行配置，在调试时通过AutomationStudio在线修改；电动执行机构升、降运动控制程序模块，单电动执行机构升、降运动控制程序模块，上述两个模块根据系统参数存取/设置程序模块送来的信息，将不同的调用信息传给执行机构驱动程序模块，并监视电动执行机构部分的工作状态；.自动调平运动控制程序模块，该模块的主要任务是根据水平数据采集程序模块送来的水平仪数据，根据同步智能式调平算法运算，作出对各支撑腿运动指挥控制命令水平仪数据采集程序模块，该模块控制底层通信驱动程序，通过RS-422总线，获取某个地址号的数字水平仪的X和Y轴倾角数据；水平度显示程序模块，该模块将水平仪数据采集程序模块的数据，通过该模块的转换实时地在信息数据显控屏上进行水平度显示；故障检测程序模块，用于对全系统的运行情况进行监测；故障显示程序模块，该模块将故障检测程序模块的信息，通过该模块的转换实时地在信息数据显控屏上进行故障显示；上述各个任务模块之间按照严格定义的接口规范，相互传递信息。9.如权利要求l所述的多点电动支撑平台的自动调平系统，其特征在于，PCC控制器各接口分别通过RS232总线相联于遥控计算机，接受遥控计算机的控制指令和参数设定，上报指定参数。10.如权利要求1所述的多点电动支撑平台的自动调平系统，其特征在于，所述的中央数字控制器(3),由可编程计算机PCC控制器或PLC控制程序和硬件驱动程序软件组成。11.如权利要求l所述的多点电动支撑平台的自动调平系统，其特征在于，相联于调平显控柜(I)的核心显控单元，接受PCC控制器的控制指令和参数设定，信息显示等功能，通过RS422总线与数字水平仪相联，以问答的方式读取主辅水平传感器水平信息，并通过高速CAN总线与各伺服控制器相联，实时操控各电动执行机构(7)各种运动，读取电动执行机构(7)传感器数据和运动状态数据。全文摘要本发明涉及一种多点电动支撑平台的自动调平系统，旨在提供一种举升重量大、受力分布均匀可调控、电动支撑执行机构触地快速可靠、调平精度重复性好、精度高，安全而且方便、便于维护、系统信息可视、电气接线简单的多点电动自动调平系统。该系统设置有CAN总线网络控制调平伺服电机运动，调平显控柜通过中央数字控制器设置的控制程序软件和硬件驱动程序软件组成全系统工作状态、数据、系统故障代码的控制显示中心，中央数字控制器与其相连的调平显控柜和智能操控盒一起，组成对系统连接调平平台的支腿执行机构触地控制、位置控制，以及倾斜度控制的闭环控制。该系统重复性好、工作稳定、调平精度高，安全保护措施完善、架设撤收方便可靠。文档编号G05D3/12GK101551673SQ20091005874公开日2009年10月7日申请日期2009年3月30日优先权日2009年3月30日发明者兵孙,勇曹,杰朱,毅李,杨小松,王发明,斌胡,高建华申请人:零八一电子集团有限公司