D控制，利用吊索的角度偏移量对伺服电机进行控制，从而保证吊索始终保持铅垂。吊索的期望角度为零，在系统运行过程中，通过角度传感器采集的数据计算出吊索的伸缩量和在X轴、Y轴方向的倾角，从而计算出水平二维滑台各轴的位移量，从而完成对辅助吊点二维滑台精确的位置控制，控制吊点跟随巡视器车轮的运动，保证每个吊索始终保持铅垂。
[0035]系统控制策略:
[0036]系统实时采集角度传感器、位置传感器、力传感器及相关辅助传感器的信息，计算月面巡视器各吊点的运动姿态，通过角度传感器信息控制二维跟踪平台的伺服电机运动，保证吊索铅垂。当吊点在跟踪平台上移动行程达到阈值时，天车运动，保证吊点小于阈值。当月面巡视器做偏航运动时，根据各吊点的姿态信息，计算月面巡视器的转角，通过转盘控制单元控制水平跟随平台作相应的转向，保证水平跟随平台的各吊挂点始终处于工作行程范围内。
[0037]系统可分为两层控制:第一层，实时控制。根据角度传感器的反馈信息，实时控制二维跟踪平台的伺服电机动作，调整吊索倾角，保证吊索处于铅垂方向。根据力传感器的反馈信息，恒张力控制杆和卷扬机动作，保证吊索张力满足控制要求。对于吊索角度和张力控制，要求实时性高，响应快。所以该层控制策略上处于最高级。第二层，分时控制。根据吊点信息，计算出吊点位置信息是否达到阈值，如果达到，天车运动，保证吊点运动在合适范围内；如果月面巡视器运动方向发生变化，通过转盘控制单元控制转盘作相应的转向，保证水平跟随平台的坐标系与巡视器坐标系平行。
[0038]系统中控制伺服电机轴数多达为30个，采集传感器信息包括角度编码器21个、位置传感器2个，力传感器7个，是一个典型的多变量、强耦合控制系统，为保证系统运行稳定可靠，可采用分布式控制的思想，将系统划分为上位机和下位机，对下位机30轴的伺服分为三部分控制，第一部分将天车、转盘和巡视器上两个主吊点采用一台工控机内嵌16轴运动控制卡，控制14个伺服轴和4个角度传感器和2个位移传感器，主要控制天车、转盘和巡视器的运动；第二部分将其余四个辅助吊点采用一台工控机内嵌8轴运动控制卡，控制8个伺服轴和8个角度传感器，完成四个吊点二维跟随平台控制；第三部分将四个辅助吊点张力控制用一台工控机内嵌8轴运动控制卡，控制8个伺服轴，实现系统的恒张力控制。下位机各部分之间及与上位机采用以太网通讯，保证数据可靠传输，满足系统实时和分时控制需求。
【主权项】
1.一种l/6g低重力平衡吊挂装置的控制系统，其特征在于，包括上位机和下位机， 所述上位机为工业计算机，负责采集、显示试验台运行状态信息，根据反馈的数据，适时调整控制策略；同时记录试验数据，生成相应试验报告； 所述下位机由PMAC运动控制卡附以工控机构成，内置多轴运动控制模块和接口模块，用于根据上位机的控制指令控制各执行部件，实现对吊索的恒张力控制。
2.根据权利要求1所述的一种l/6g低重力平衡吊挂装置的控制系统，其特征在于，所述试验台运行状态信息包括位置、速度/加速度、主/被动约束力、静刚度分布、工作行程、动力平衡、碰撞及干涉检查信息。
3.根据权利要求1所述的一种l/6g低重力平衡吊挂装置的控制系统，其特征在于，所述试验报告包括试验报告、设备运行记录报告、设备维护记录报告。
4.根据权利要求1所述的一种l/6g低重力平衡吊挂装置的控制系统，其特征在于，所述上位机和下位机之间通过工业以太网进行通讯。
5.根据权利要求1所述的一种l/6g低重力平衡吊挂装置的控制系统，其特征在于，所述下位机与各执行部件通过现场总线进行命令和数据的发送。
6.根据权利要求1或5所述的一种l/6g低重力平衡吊挂装置的控制系统，其特征在于，所述各执行部件包括伺服电机、力矩电机、编码器、转盘、力传感器、角度传感器。
7.根据权利要求1所述的一种l/6g低重力平衡吊挂装置的控制系统，其特征在于，所述下位机按功能分为三部分:辅助吊点张力控制单元、辅助吊点跟随控制单元和主调点、行车和转盘控制单元； 辅助吊点张力控制单元，包括收绳电机、角度传感器、力传感器、电动缸和弹簧，负责辅助吊点和备用吊点共5套吊挂装置中吊索的恒张力控制； 辅助吊点跟随控制单元，包括水平二维滑台和角度传感器，通过角度传感器采集的数据计算出吊索的伸缩量和在X、Y轴的倾角，计算出二维滑台各轴的位移量，从而完成对辅助吊点二维滑台的位置控制，控制吊点跟随巡视器车轮的运动，保证每个吊索始终保持铅垂； 主调点、行车和转盘控制单元，包括行车、转盘、力传感器、角度传感器，通过采集力传感器、角度传感器信息，分析巡视器的运动轨迹，确定巡视器横向和纵向运动的偏移量和转角，控制跟随平台作相应的横向和纵向运动，保证各吊点始终处于工作行程范围内并且保证格调点张力恒定。
8.根据权利要求7所述的一种l/6g低重力平衡吊挂装置的控制系统，其特征在于，所述辅助吊点张力控制单元根据上位机的指令，在垂直方向工作行程范围内实现恒定的吊索张力；通过力传感器的反馈信息计算吊索的张力变化值，从而控制电动缸的伸缩来改变弹簧的变形量，使吊索张力为恒张力；当电动缸位移达到设定值时，收绳电机动作来收放吊索，从而保证吊索张力恒定。
9.根据权利要求7所述的一种l/6g低重力平衡吊挂装置的控制系统，其特征在于，所述恒张力控制采用弹簧缓冲装置实现，根据恒张力控制杆的偏移信号，对吊索进行PID控制，保证恒张力控制杆在正常的工作范围内，具体为: 在系统运行过程中，当张力传感器测量值减少时，伺服电动缸伸出，推动动滑轮，张紧吊挂绳索，使吊挂绳索的张力满足张力要求；当伺服电动缸的伸出量达到Smax时，系统启动卷扬电机，缓慢收缩吊挂绳索，伺服电动缸根据张力传感器的张力变化收缩；当收缩至伺服电动缸行程为Smid时，卷扬伺服电机停止工作，电机制动抱闸抱紧。
10.根据权利要求7所述的一种l/6g低重力平衡吊挂装置的控制系统，其特征在于，所述辅助吊点跟随控制单元采用经典的PID控制原理，通过控制伺服电机的运动，保证吊索始终保持铅垂。
【专利摘要】本发明提供一种1/6g低重力平衡吊挂装置的控制系统。本发明通过对六根吊索的张力和角度控制，实现吊索的恒张力，并且对吊索的状态进行监控。整个控制系统，由上位机和下位机组成，上位机与下位机直接通过工业以太网总线进行指令、数据的通信。下位机各单元由底层控制部分和中央控制芯片组成，底层控制部分包括底层控制器、张力传感器、电机驱动控制器、角度传感器和加速度传感器。底层控制部分进行各吊索的底层控制、传感器信号采集，为中央控制芯片提供控制接口与反馈信号。本发明对月球车能够有效、安全的控制，保证了1/6g低重力环境的模拟。
【IPC分类】B64G7-00
【公开号】CN104743145
【申请号】CN201310751504
【发明人】贺云, 徐志刚, 边真真, 刘勇, 景宽, 肖杰, 罗小桃, 姬明
【申请人】中国科学院沈阳自动化研究所
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2013年12月31日