基于单片机的液压调平系统研究

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1、《装备制造技术））：ｚｏｏｓ年第５期基于单片机的液压调平系统研究刘克福１。李晓虹２（１西华大学机械工程与自动化学院，四川成都６１００３９；２西华大学能源与环境学院，四川成都６１００３９）摘要：针对火炮野外作业时各种位置状态和不同俯仰角度较复杂的特点，以单片机ＡＴ８９Ｃ５１为主控制器、液压缸为执行机构、双轴倾角传感嚣为倾角的反馈元件。采用向中点看齐的调平策略，设计了一种火炮性能测试液压调乎平台，该平台能自动调平和按要求自动倾斜，实现了野外作业时各种位置状态的实验室模拟。关键词：性能测试；单片机；液压平台；调平策略中图分类号：ＴＰ２７２文献标识码：Ａ文章编号：１６７２—５４５Ｘ（２

2、００６）０５－００１５－０３对火炮进行性能测试时，要求能模拟野外作业时的各种位置状态和工况。为此，笔者设计了一种基于单片机ＡＴ８９Ｃ５１为控制中心的自动液压调平平台。该实验台能快速精确调平，并能按照设定要求进行工、ｙ方向的倾斜，倾斜角度范围，误差范围小于，可实现火炮野外作业时各种位置状态和俯仰角度的实验室模拟，用于火炮出厂前各种工况的性能测试。１．２倾角传感器的布置在本设计中，倾角传感器作为系统的重要组成部分，有着举足轻重的地位。它将液压平台ｘ、ｙ方向的倾斜角度ａ弗反馈给单片机，因此倾角传感器的好坏和布置方式直接影响到系统的调平时间和调平精度。在本系统中，采用ＮＳ－４５／Ｐ２数字

3、输出双轴倾角传感器，直接与单片机相连。布置时，其双轴分别沿平台的ｚ、ｙ方向布置。１支撑方案设计２调平算法研究１．１支撑点数分析与确定目前，调平系统支撑方式主要有三点支撑、四点支撑和六点支撑三种情况【１气三点支撑较易实施，调平相对容易，缺点是抗倾覆能力差，调平后的水平误差较大。若三点式平台的倾角传感器按等边三角形布置，即两传感器的夹角为６０。，沿两传感器的Ｘ方向和ｙ方向的控制精度都为±６，则水平误差为０＝－２刚。六点调平支撑可靠，抗倾覆能力强，但存在静不定问题，容易产生“虚腿”。静不定次数越高，系统越复杂。六条腿支撑一个平台，按照三点决定一个平面的原则，支撑腿可构成２０个稳定平面。当

4、平台水平度不满足要求时，理论上存在２０种调平策略可使平台调平。多组调平策略的选择给整个控制系统带来了巨大的计算负担，在一定程度上影响了控制的实时性。结合系统应用的实际情况，综合考虑平台稳定性、调平精度、系统成本等因素，本实验平台采用液压缸四点支撑调平法，两传感器夹角为９００，水平误差为皓、／Ｆ艿叫，较三点支撑小。其支撑结构如图ｌ所示。调平过程有单向调节和多点调节两种方案。多点调节时各点同时运动，由于工作平台是－－Ｎ性结构，其平衡处于静不定状态，多点调节时因每个支撑腿的位移、速度不同，四个支撑腿的运动相互制约，具体控制算法难以实现，而且由于每个支撑腿的受力不一致而容易发生过载或虚腿

5、。因此本系统采用单向调节的方案，即先将Ｘ轴方向调平，再将ｙ轴方向调平［Ｓｌ。虽调节时间稍长，但协调性好。在单向调节中，大多数的调平策略是向高点看齐法。考虑到向高点看齐时每个支腿的移动时间长，本设计采用向中点看齐的方法，即通过倾角传感器输出Ｘ、ｙ方向的倾角信号ａ和口，以图１所示中的点Ａ为原点，计算出各点高度ｋ、ｈ、ｋ、ｈ。，找出低点、高点和中间点，中间点取与低点和高点平均值最接近的点，并以中间点为基准，将低点调高、高点调低。调平后，对两个轴方向进行锁定。当要进行Ｘ轴方向的倾斜时，锁定ｙ轴方向水平，由单片机给出控制脉冲控制ｘ轴方向的数字阀Ａ、Ｄ或Ｂ、ｃ，使液压缸Ａ、Ｄ或Ｂ、Ｃ共同缓慢上

6、升或下降。倾角传感器不断地将ｘ轴的倾角信号口反馈给单片机，由此判断平台的倾斜程度。当倾角传感器的反馈信号与倾角输入值的差在误差范围内时，则石方向倾斜完成。同理可对ｙ轴方向进行倾斜。程序流程如图２所示。图１液压平台支撑结构示意图收稿日期：２００８－０２—１８作者简介：刘克福（１９７ｌ一），男，四川成都人，讲师，硕士，主要从事机、电、液一体化自动控制方面的教学与研究。万方数据ＥｑｕｉｐｍｅｎｔＭａｎｕｆａｃｔｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＮｏ．５，２００８４控制系统总体方案设计图４为控制系统结构原理图。主控制器选用ＡＴ８９Ｃ５１单片机，主要用于信号的采集，数据处理、控制信号的输出等，

7、它是整个控制设备的核心。倾角传感器、压力变送器直接与单片机相连。数字方向流量阀和单片机之间通过环分驱动器相连。调平时，倾角传感器将平台水平状态信息位和１３传给单片机，经单片机处理后，输出相应脉冲信号，控制数字阀中步进电机的转角和转向，进而调节进入液压缸油液的流量和方向，直到平台调平。调平后，单片机使数字阀回到中位，液压锁可靠锁紧液压缸。平台调平后需要倾斜时，由键盘输入倾斜的方向和角度，单片机计算数字阀的脉冲数并向相应的数字阀输出控制信号，使平台倾斜。平台在倾斜过程中，