CN104006707B - 发射平台大型双顶盖机构单边快速开关控制系统 - Google Patents

Abstract

一种发射平台大型双顶盖机构单边快速开关控制系统，包括前后顶盖以及驱动前、后顶盖运动的前、后顶盖液压油缸，与前、后顶盖液压油缸相连接的液压管道上设置有比例流量阀、比例溢流阀和电磁换向阀阀件微处理控制器与比例流量阀、比例溢流阀和电磁换向阀相连接，主控制器通过CAN总线与阀件微处理控制器和光电编码器相连接；光电编码器设置在前后顶盖机构上。本发明前后顶盖双回路单独控制，通过采用比例流量阀分别控制前顶盖回路和后顶盖回路流量；前后顶盖动作速度保持一致，前后顶盖机构相不干涉，防止前后顶盖机构的损坏，发射平台执行顶盖机构动作时采用双顶盖联动的方式实现顶盖的快速开关，缩短发射准备时间。

Description

发射平台大型双顶盖机构单边快速开关控制系统

技术领域

本发明涉及一种运动控制系统，具体的说，是涉及一种发射平台大型双顶盖机构单边快速开关控制系统。

背景技术

随着信息技术的不断发展，对发射平台的发射准备时间要求越来越高，发射准备时间短、环境适应能力强、智能化程度高已经成为发射平台未来的重要发展方向。

发射平台的双顶盖为大型机械结构，质量大，惯性大，在顶盖开关至截止角度时出现较为剧烈的晃动，影响对发射平台的正常工作。

现有的发射平台执行顶盖机构动作采用采用开环方式实现顶盖的开关，前后顶盖动作速度不一致，导致前后顶盖机构相互干涉，造成前后顶盖机构的损坏，顶盖的开关速度缓慢，延长了发射准备时间。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种的发射平台大型双顶盖机构单边快速开关控制方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种发射平台大型双顶盖机构单边快速开关控制系统，包括前顶盖和后顶盖以及驱动前顶盖、后顶盖运动的前顶盖液压油缸和后顶盖液压油缸，前顶盖液压油缸和后顶盖液压油缸分别通过液压管道与液压泵站相连接，分别在与前顶盖液压油缸和后顶盖液压油缸相连接的液压管道上设置有比例流量阀、比例溢流阀和电磁换向阀；阀件微处理控制器与比例流量阀、比例溢流阀和电磁换向阀相连接，主控制器通过CAN总线与阀件微处理控制器和光电编码器相连接；前后顶盖转轴上分别设置有光电编码器。

所述光电编码器分别测量前后顶盖开关角度，测量信号通过CAN总线发送至主控制器；主控制器通过角度滤波后得到前后顶盖的开关角度；通过差分计算得到前后顶盖的开关角速度；主控制器依据闭环控制策略计算闭环输出量，主控制器通过CAN总线通讯将控制信号发送至阀件控制器；阀件控制器采用PWM波控制比例流量阀输出。

所述比例流量阀包括：前顶盖比例流量阀和后顶盖比例流量阀，前顶盖比例流量阀和后顶盖比例流量阀分别控制前顶盖液压油缸回路和后顶盖液压油缸回路流量；比例溢流阀控制系统压力；电磁换向阀的通断控制顶盖的开关。

本发明相对现有技术的有益效果：

本发明发射平台大型双顶盖机构单边快速开关控制系统，

前后顶盖双回路单独控制，通过采用比例流量阀分别控制前顶盖回路和后顶盖回路流量；前后顶盖动作速度保持一致，前后顶盖机构相不干涉，防止前后顶盖机构的损坏，发射平台执行顶盖机构动作时采用双顶盖联动的方式实现顶盖的快速开关，缩短发射准备时间；前后顶盖开关都设置相应的减速角度，顶盖在到达减速角度时，控制系统减小比例阀的输出降低顶盖的速度，实现顶盖的平稳开关；实现了前后顶盖联动开关复合动作控制，确保开关过程中前后顶盖相对位置恒定。前后顶盖从0°开启至112°或从112°关闭至0°，整个控制流程时间≤22秒。

附图说明

图1是本发明的控制系统框图；

图2是本发明的顶盖联动开关控制框图；

图3是本发明的顶盖联动打开流程示意图；

图4是本发明的顶盖联动关闭流程示意图；

图5是本发明的液压油路控制示意图。

具体实施方式

以下参照附图及实施例对本发明进行详细的说明：

附图中将前顶盖简称前盖；后顶盖简称后盖。

附图1-5可知，一种发射平台大型双顶盖机构单边快速开关控制系统，包括前顶盖和后顶盖以及驱动前顶盖、后顶盖运动的前顶盖液压油缸和后顶盖液压油缸，前顶盖液压油缸和后顶盖液压油缸分别通过液压管道与液压泵站相连接，分别在与前顶盖液压油缸和后顶盖液压油缸相连接的液压管道上设置有比例流量阀、比例溢流阀和电磁换向阀；阀件微处理控制器与比例流量阀、比例溢流阀和电磁换向阀相连接，主控制器通过CAN总线与阀件微处理控制器和光电编码器相连接；前后顶盖转轴上分别设置有光电编码器。

优选的，所述光电编码器分别测量前后顶盖开关角度，测量信号通过CAN总线发送至主控制器；主控制器通过角度滤波后得到前后顶盖的开关角度；通过差分计算得到前后顶盖的开关角速度；主控制器依据闭环控制策略计算闭环输出量，主控制器通过CAN总线通讯将控制信号发送至阀件控制器；阀件控制器采用PWM波控制比例流量阀输出。

优选的，所述比例流量阀包括：前顶盖比例流量阀和后顶盖比例流量阀，前顶盖比例流量阀和后顶盖比例流量阀分别控制前顶盖液压油缸回路和后顶盖液压油缸回路流量；比例溢流阀控制系统压力；电磁换向阀的通断控制顶盖的开关。

如图1系统控制框图所示，顶盖联动开关控制系统由两台基于英飞凌XC2287M-104F微处理器的嵌入式控制器、两台光电编码器(型号8.5858.3222.2112)、2个比例流量阀(型号2FRE16-4X100LBK4M)、1个比例溢流阀(型号DBEM20-5X/315YG24K4M)、4个电磁换向阀(型号4WE10R31B/CG24N9K4)组成。控制系统采用双编码器分别测量前后顶盖开关角度，通过CAN总线发送至主控制器；主控制器通过角度滤波后得到前后顶盖的开关角度，再通过差分计算得到前后顶盖的开关角速度，并依据闭环控制策略计算闭环输出量，通过CAN总线通讯发送至阀件控制器；阀件控制器通过控制相关阀件控制顶盖动作。

前后顶盖动作采用液压油缸驱动，控制系统采用PWM波控制方式调节比例阀输出，通过2路比例流量阀分别控制前顶盖回路和后顶盖回路流量，1路比例溢流阀控制系统压力，通过电磁换向阀的通断控制顶盖的开关。

顶盖联动PI闭环控制策略中闭环控制量u_t(t)为：

$u_t\left(t\right)=u_0+K_0\×\underset{0}{\overset{t}{\∫}}[u_p\left(t\right)+u_i\left(t\right)]\mathrm{dt}$

其中：

u_p(t)＝(Δθ_d(t)-K*Δω(t))×k_p

$u_i=\underset{0}{\overset{t}{\∫}}[(\mathrm{\Δ}{\mathrm{\θ}}_d\left(t\right)-K*\mathrm{\Δ\ω}\left(t\right))\×k_i]\mathrm{dt}$

Δθ_d(t)＝Δθ_dt(t)-Δθ_dm(t)

Δθ_dt(t)＝θ_h(t)-θ_q(t)

顶盖联动关：

Δω(t)＝ω_h(t)-ω_q(t)

顶盖联动开：

Δω(t)＝ω_q(t)-ω_h(t)

离散化后：

u_t(n)＝u_t(n-1)+K₀×[u_p(n)+u_i(n)]×T，u_t(0)＝u₀

u_p(n)＝(Δθ_d(n)-K*Δω(n))×k_p，u_p(0)＝0

u_i(n)＝u_i(n-1)+(Δθ_d(t)-K*Δω(t))×k_i×T，u_i(0)＝0

Δθ_d(n)＝Δθ_dt(n)-Δθ_dm(n)，Δθ_d(0)＝0

Δθ_dt(n)＝θ_h(n)-θ_q(n)

顶盖联动关：

Δω(n)＝ω_h(n)-ω_q(n)，Δω(0)＝0

顶盖联动开：

Δω(n)＝ω_q(n)-ω_h(n)，Δω(0)＝0

上式中：

u_p：比例项；

u_i：积分项；

ω_h：后顶盖角速度；

ω_q：前顶盖角速度；

Δω：前后顶盖角速度差；

θ_h：后顶盖角度；

θ_q：前顶盖角度；

Δθ_dt：前后角度差；

Δθ_dm：前后角度差目标值；

Δθ_d：前后角度差与目标值之间的差值；

K₀、K、k_p、k_i：常数。

在图3和图4、图5中，BLA3代表：中泵比例溢流阀；BLA2代表：前顶盖比例流量阀；BYA3代表：后顶盖比例流量阀。

本发明发射平台大型双顶盖机构单边快速开关控制系统，顶盖联动动作过程如下：

如图3顶盖联动打开流程示意图所示，发射平台执行顶盖联动打开动作如下：

发射平台后顶盖先开，前顶盖跟随后顶盖动作。后顶盖按照恒定流量开启，后顶盖开启角度≥10°时，前顶盖比例流量阀依照闭环控制策略输出。后顶盖在开启到98°后，后顶盖比例流量阀降低流量，在开启到112°后，后顶盖动作换向阀关闭。后顶盖动作换向阀关闭后，前顶盖比例流量阀按照恒定流量输出。前顶盖在开启到95°后，前顶盖比例流量阀降低流量，前顶盖到达105°后，前顶盖动作换向阀关闭，流程结束。

如图3顶盖联动打开流程示意图。

该流程开始于步骤s301。

然后步骤s302，开启中泵比例溢流阀；中泵比例溢流阀输出为24％。

在步骤s303，开启中泵、后顶盖开换向阀开启。

在步骤s304，后顶盖比例流量阀每间隔200ms增加流量1％，直至流量达到38％。

在步骤s305，如果检测的后顶盖角度未达到大于等于10度，继续检测；后顶盖角度大于等于10度执行步骤s306。

在步骤s306，前顶盖开换向阀开启。

在步骤s307，前顶盖比例流量阀每间隔270ms增加流量1％，直至流量达到38％。

在步骤s308，闭环计算相关变量清零。

在步骤s309，保存当前时刻，启动500ms定时器。

在步骤s310，计算前顶盖角度和前顶盖角速度。

在步骤s311，计算后顶盖角度和后顶盖角速度。

在步骤s312，计算前后顶盖角度差，计算前后顶盖角速度差。

在步骤s313，计算目标角度差与实际角度差之间的差值。

在步骤s314，计算目标角度差与实际角度差之间的差值和前后顶盖角速度差的差值，计算比例、积分项得到闭环控制量。

在步骤s315，前顶盖比例流量阀按照闭环控制量输出。

在步骤s316，如果检测的后顶盖角度大于等于98度，执行步骤s317。如果检测的后顶盖角度未达到大于等于98度，执行步骤s318。

在步骤s317，后顶盖比例流量阀每间隔100ms减少流量1％，直至流量达到22％。

在步骤s318，如果检测的后顶盖角度未达到大于等于112度，返回步骤s310，重新计算前顶盖角度和前顶盖角速度。如果检测的后顶盖角度大于等于112度，执行步骤s319。

在步骤s319，后顶盖比例流量阀每间隔30ms减少流量1％，直至流量达到10％。

在步骤s320，后顶盖开换向阀关闭。

在步骤s321，前顶盖比例流量阀输出流量38％。

在步骤s322，如果检测的前顶盖角度未达到大于等于95度，继续检测。如果检测的前顶盖角度大于等于95度，执行步骤s323。

在步骤s323，前顶盖比例流量阀每间隔100ms减少流量1％，直至流量达到22％。

在步骤s324，如果检测的前顶盖角度未达到大于等于105度，继续检测。如果检测的前顶盖角度大于等于105度，执行步骤s325。

在步骤s325，前顶盖比例流量阀每间隔30ms减少流量1％，直至流量达到10％。

在步骤s326，前顶盖开换向阀关闭。

流程结束于步骤s327。

如图4顶盖联动关闭流程示意图所示，发射平台执行顶盖联动关闭动作如下：

发射平台前顶盖先关闭，后顶盖跟随前顶盖动作。前顶盖按照恒定流量关闭，前顶盖角度≤100°时，后顶盖比例流量阀依照闭环控制策略输出。前顶盖角度≤18°后，前顶盖比例流量阀降低流量，在关闭到0.5°后，延时500ms前顶盖动作换向阀关闭。前顶盖动作换向阀关闭后，后顶盖比例流量阀按照恒定流量输出。后顶盖角度≤18°后，后顶盖比例流量阀降低流量，后顶盖到达0.5°后，延时500ms后顶盖动作换向阀关闭，流程结束。

如图4顶盖联动关闭流程示意图。

该流程开始于步骤s401。

然后步骤s402，开启中泵比例溢流阀；中泵比例溢流阀输出为24％。

在步骤s403，开启中泵、前顶盖关换向阀开启。

在步骤s404，前顶盖比例流量阀每间隔200ms增加流量1％，直至流量达到37％。

在步骤s405，如果检测的前顶盖角度未达到小于等于100度，继续检测；前顶盖角度未达到小于等于100度执行步骤s406。

在步骤s406，后顶盖关换向阀开启。

在步骤s407，后顶盖比例流量阀每间隔210ms增加流量1％，直至流量达到39％。

在步骤s408，闭环计算相关变量清零。

在步骤s409，保存当前时刻，启动500ms定时器。

在步骤s410，计算前顶盖角度和前顶盖角速度。

在步骤s411，计算后顶盖角度和后顶盖角速度。

在步骤s412，计算前后顶盖角度差，计算前后顶盖角速度差。

在步骤s413，计算目标角度差与实际角度差之间的差值。

在步骤s414，计算目标角度差与实际角度差之间的差值和前后顶盖角速度差的差值，计算比例、积分项得到闭环控制量。

在步骤s415，后顶盖比例流量阀按照闭环控制量输出。

在步骤s416，如果检测的前顶盖角度小于等于18度，执行步骤s417；如果检测的前顶盖角度未达到小于等于18度，执行步骤s418。

在步骤s417，前顶盖比例流量阀每间隔100ms减少流量1％，直至流量达到18％。

在步骤s418，如果检测的后顶盖角度未达到小于等于0.5度，返回计算前顶盖角度和前顶盖角速度；如果检测的后顶盖角度小于等于0.5度，执行步骤s419。

在步骤s419，延时500ms。

在步骤s420，前顶盖比例流量阀每间隔30ms减少流量1％，直至流量达到10％。

在步骤s421，前顶盖关换向阀关闭。

在步骤s422，后顶盖比例流量阀输出流量39％。

在步骤s423，如果检测的后顶盖角度未达到小于等于18度，继续检测；如果检测的后顶盖角度小于等于18度，执行步骤s424。

在步骤s424，后顶盖比例流量阀每间隔100ms减少流量1％，直至流量达到23％。

在步骤s425，如果检测的前顶盖角度未达到小于等于0度，继续检测；如果检测的前顶盖角度小于等于0度，执行步骤s426。

在步骤s426，延时500ms。

在步骤s427，后顶盖比例流量阀每间隔30ms减少流量1％，直至流量达到10％。

在步骤s428，后顶盖关换向阀关闭。

流程结束于步骤s429。

本发明发射平台大型双顶盖机构单边快速开关控制系统，

前后顶盖双回路单独控制，通过采用比例流量阀分别控制前顶盖回路和后顶盖回路流量；前后顶盖动作速度保持一致，前后顶盖机构相不干涉，防止前后顶盖机构的损坏，发射平台执行顶盖机构动作时采用双顶盖联动的方式实现顶盖的快速开关，缩短发射准备时间；前后顶盖开关都设置相应的减速角度，顶盖在到达减速角度时，控制系统减小比例阀的输出降低顶盖的速度，实现顶盖的平稳开关；实现了前后顶盖联动开关复合动作控制，确保开关过程中前后顶盖相对位置恒定。前后顶盖从0°开启至112°或从112°关闭至0°，整个控制流程时间≤22秒。

本发明发射平台大型双顶盖机构单边快速开关控制系统，针对双顶盖为大型机械结构，质量大，惯性大的特点，为避免在顶盖开关至截止角度时出现较为剧烈的晃动，对前后顶盖开关都设置相应的减速角度，顶盖在到达减速角度时，控制系统减小比例阀的输出降低顶盖的速度，实现顶盖的平稳开关。

Claims (2)

1.一种发射平台大型双顶盖机构单边快速开关控制系统，包括前顶盖和后顶盖以及驱动前顶盖、后顶盖运动的前顶盖液压油缸和后顶盖液压油缸，前顶盖液压油缸和后顶盖液压油缸分别通过液压管道与液压泵站相连接，其特征在于：分别在与前顶盖液压油缸和后顶盖液压油缸相连接的液压管道上设置有比例流量阀、比例溢流阀和电磁换向阀；阀件微处理控制器与比例流量阀、比例溢流阀和电磁换向阀相连接，主控制器通过CAN总线与阀件微处理控制器和光电编码器相连接；前后顶盖转轴上分别设置有光电编码器；所述光电编码器分别测量前后顶盖开关角度，测量信号通过CAN总线发送至主控制器；主控制器通过角度滤波后得到前后顶盖的开关角度；通过差分计算得到前后顶盖的开关角速度；主控制器依据闭环控制策略计算闭环输出量，主控制器通过CAN总线通讯将控制信号发送至阀件控制器；阀件控制器采用PWM波控制比例流量阀输出。

2.根据权利要求1所述发射平台大型双顶盖机构单边快速开关控制系统，其特征在于：所述比例流量阀包括：前顶盖比例流量阀和后顶盖比例流量阀，前顶盖比例流量阀和后顶盖比例流量阀分别控制前顶盖液压油缸回路和后顶盖液压油缸回路流量；比例溢流阀控制系统压力；电磁换向阀的通断控制顶盖的开关。