基于NI实时控制器的六自由度平台测控系统设计与实现
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
收 稿 日 期 ：２０１８ ０９ １６； 修 回 日 期 ：２０１８ １０ ３０。 作 者 简 介 ：王 效 亮（１９８３ ），男 ，山 东 省 寿 光 市 人 ，高 级 工 程 师 ， 主要从事航天飞行器的伺服系统电气集成和软件设计方向的研究。
图１ 六 自 由 度 平 台 示 意 图
仪器设备的试验。 本文主要依托 ＮＩ的虚拟仪器 研究 了六 自 由 度航天器空间运动姿态的模拟 器，在其行程范围内可以模拟任意空间运动。六自由度是 平台具有六个自由运动的维度，即纵向、升降、横向、俯 仰、横滚、偏航 。 ［１］ 通过对６个液压作动器的精确控制和解 藕算法，实现 对 平 台 的 ６ 个 自 由 度 的 位 姿 控 制。其 系 统 示 意图如图１所示。
（ＢｅｉｊｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｒｅｃｉｓｅ ＭｅｃｈａｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００７６，Ｃｈｉｎａ） 犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｔｈｅｓｉｘ－ｄｅｇｒｅｅｐｌａｔｆｏｒｍｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｉｓｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｃｏｎｔｒｏｌｐａｒｔｏｆｔｈｅｓｉｘ－ｄｅｇｒｅｅｐｌａｔｆｏｒｍ．Ｉｔｒｅａｌｉｚｅｓｔｈｅｐｏｓｉ ｔｉｏｎａｎｄａｔｔｉｔｕｄｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｅｐｌａｔｆｏｒｍｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｒｅａｌ－ｔｉｍｅｃｌｏｓｅｄ－ｌｏｏｐｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｅｓｉｘ－ｗａｙｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｙｌｉｎｄｅｒ．Ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍｕｓｅｓＮＩｃｏｍｐｕｔｅｒａｎｄｃｏｎｆｉｇｕｒｅｓｖａｒｉｏｕｓｔｙｐｅｓｏｆＰＸＩｂｏａｒｄ，ｒｅａｌｉｚｅｓｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｖｏｌｔａｇｅ，ｃｕｒｒｅｎｔ，ｄｉｇｉｔａｌＩＯ，ＣＡＮｂｕｓａｎｄ ｏｔｈｅｒｉｎｔｅｒｆａｃｅｔｙｐｅｓｏｆｔｈｅｐｌａｔｆｏｒｍ，ｍｅｅｔｓｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．Ｔｙｐｉｃａｌｕｐｐｅｒａｎｄｌｏｗｅｒｃｏｍｐｕｔｅｒｃｏｎｔｒｏｌｉｓａｄｏｐｔｅｄｔｏｃａｒｒｙ ｏｕｔｒｅａｌ－ｔｉｍｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｎｄｔａｓｋ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｗｈｉｃｈｓｏｌｖｅｓｔｈｅｒｅａｌ－ｔｉｍｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．Ｌａｂｖｉｅｗｉｓｕｓｅｄｔｏｄｅｖｅｌｏｐ ｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｓｏｆｔｗａｒｅ，ｗｈｉｃｈｃｏｍｐｌｅｔｅｓｔｈｅｆｏｒｗａｒｄａｎｄｒｅｖｅｒｓｅｍｏｄｕｌｅｏｆｔｈｅｒｅａｌ－ｔｉｍｅｃｏｍｐｕｔｉｎｇｐｌａｔｆｏｒｍａｎｄｔｈｅ ｃｌｏｓｅｄ－ｌｏｏｐｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｅａｃｔｕａｔｏｒ，ｓｏａｓｔｏｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎａｎｄｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ．Ａｔｐｒｅｓｅｎｔ，ｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｓｏｆｔ ｗａｒｅｏｆｔｈｅｓｉｘ－ｄｅｇｒｅｅｐｌａｔｆｏｒｍ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ ｈａｖｅｐａｓｓｅｄｔｈｅｄｅｂｕｇｇｉｎｇ．Ｔｈｅｓｉｎｕｓｏｉｄａｌｍｏｔｉｏｎａｎｄｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｈａｖｅｂｅｅｎｔｅｓｔｅｄ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｒｕｎｓｆａｓｔａｎｄｍｅｅｔｓｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｒｅｑｕｉｒｅ ｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅｐｌａｔｆｏｒｍ． 犓犲狔狑狅狉犱狊：ｓｉｘ－ｄｅｇｒｅｅｐｌａｔｆｏｒｍ；ｓｏｆｔｗａｒｅ；ＳＩＴｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ
六自由度运动平台可以实现对既定的轨迹的跟踪，作 为运动仿真平台有着广泛的应用：
１） 可 以 作 为 航 空 飞 行 模 拟 器 ； ２） 可 以 作 为 机 器 人 的 模 拟 运 动 机 构 ； ３） 在 娱 乐 界 可 以 作 为 体 感 模 拟 娱 乐 机 ； ４）用作飞机、船 舶、潜 艇、航 天 器 等 运 动 载 体 中 相 关
基于 犖犐实时控制器的六自由度平台 测控系统设计与实现
王效亮，张 芳，曾宪科，栾 婷，陈成峰
（北 京 精 密 机 电 控 制 设 备 研 究 所 ， 北 京 １０００８１）
摘要：六自由度平台测控系统是六自由度平台的电气控制部分，它通过对六路液压缸的实时闭环控制，实现对平台位姿的控 制 ；该 测 控 系 统 采 用 ＮＩ的 计 算 机 ，配 置 多 种 类 型 的 ＰＸＩ板 卡 ， 实 现 了 对 平 台 的 电 压 、 电 流 、 数 字ＩＯ、ＣＡＮ 总 线 等 多 种 接 口 类 型的测量和控制，满足了可靠性需求；采用了典型的上下位机控制，分别进行实时计算与任务管理，解决了实时性的控制需求； 采 用 ＮＩ的 虚 拟 仪 器 Ｌａｂｖｉｅｗ 开 发 测 控 软 件 ，完 成 实 时 计 算 平 台 的 正 解 与 反 解 模 块 ， 作 动 器 闭 环 控 制 等 功 能 ， 增 强 系 统 的 功 能 和 灵活性；目前六自由度平台测控系统的硬件部分和软件部分都已经通过了调试，对系统进行了正弦运动和暂态特性测试，实验结 果表明，运行速度快，满足了平台的控制要求。
· ２４ ·
计算 机 测 量 与 控 制 ．２０１８．２７（２） 犆狅犿狆狌狋犲狉 犕犲犪狊狌狉犲犿犲狀狋 牔 犆狅狀狋狉狅犾
测试与故障诊断
文章编号：１６７１ ４５９８（２０１９）０２ ００２４ ０５ ＤＯＩ：１０．１６５２６／ｊ．ｃｎｋｉ．１１－４７６２／ｔｐ．２０１９．０２．００６ 中图分类号：ＴＰ２７３＋．５ 文献标识码：Ｂ
关 键 词 ：六 自 由 度 平 台 ；软 件 ；ＳＩＴ 仿 真 模 型
犇犲狊犻犵狀犪狀犱犐犿狆犾犲犿犲狀狋犪狋犻狅狀狅犳犪犛犻狓－犱犲犵狉犲犲犘犾犪狋犳狅狉犿 犆狅狀狋狉狅犾 犛狔狊狋犲犿 犅犪狊犲犱狅狀犖犐犚犲犪犾犜犻犿犲犆狅狀狋狉狅犾犾犲狉
ＷａｎｇＸｉａｏｌｉａｎｇ，ＺｈａｎｇＦａｎｇ，ＺｅｎｇＸｉａｎｋｅ，ＬｕａｎＴｉｎｇ，ＣｈｅｎＣｈｅｎｇｆｅｎｇ
图１ 六 自 由 度 平 台 示 意 图
仪器设备的试验。 本文主要依托 ＮＩ的虚拟仪器 研究 了六 自 由 度航天器空间运动姿态的模拟 器，在其行程范围内可以模拟任意空间运动。六自由度是 平台具有六个自由运动的维度，即纵向、升降、横向、俯 仰、横滚、偏航 。 ［１］ 通过对６个液压作动器的精确控制和解 藕算法，实现 对 平 台 的 ６ 个 自 由 度 的 位 姿 控 制。其 系 统 示 意图如图１所示。
（ＢｅｉｊｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｒｅｃｉｓｅ ＭｅｃｈａｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００７６，Ｃｈｉｎａ） 犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｔｈｅｓｉｘ－ｄｅｇｒｅｅｐｌａｔｆｏｒｍｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｉｓｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｃｏｎｔｒｏｌｐａｒｔｏｆｔｈｅｓｉｘ－ｄｅｇｒｅｅｐｌａｔｆｏｒｍ．Ｉｔｒｅａｌｉｚｅｓｔｈｅｐｏｓｉ ｔｉｏｎａｎｄａｔｔｉｔｕｄｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｅｐｌａｔｆｏｒｍｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｒｅａｌ－ｔｉｍｅｃｌｏｓｅｄ－ｌｏｏｐｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｅｓｉｘ－ｗａｙｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｙｌｉｎｄｅｒ．Ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍｕｓｅｓＮＩｃｏｍｐｕｔｅｒａｎｄｃｏｎｆｉｇｕｒｅｓｖａｒｉｏｕｓｔｙｐｅｓｏｆＰＸＩｂｏａｒｄ，ｒｅａｌｉｚｅｓｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｖｏｌｔａｇｅ，ｃｕｒｒｅｎｔ，ｄｉｇｉｔａｌＩＯ，ＣＡＮｂｕｓａｎｄ ｏｔｈｅｒｉｎｔｅｒｆａｃｅｔｙｐｅｓｏｆｔｈｅｐｌａｔｆｏｒｍ，ｍｅｅｔｓｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．Ｔｙｐｉｃａｌｕｐｐｅｒａｎｄｌｏｗｅｒｃｏｍｐｕｔｅｒｃｏｎｔｒｏｌｉｓａｄｏｐｔｅｄｔｏｃａｒｒｙ ｏｕｔｒｅａｌ－ｔｉｍｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｎｄｔａｓｋ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｗｈｉｃｈｓｏｌｖｅｓｔｈｅｒｅａｌ－ｔｉｍｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．Ｌａｂｖｉｅｗｉｓｕｓｅｄｔｏｄｅｖｅｌｏｐ ｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｓｏｆｔｗａｒｅ，ｗｈｉｃｈｃｏｍｐｌｅｔｅｓｔｈｅｆｏｒｗａｒｄａｎｄｒｅｖｅｒｓｅｍｏｄｕｌｅｏｆｔｈｅｒｅａｌ－ｔｉｍｅｃｏｍｐｕｔｉｎｇｐｌａｔｆｏｒｍａｎｄｔｈｅ ｃｌｏｓｅｄ－ｌｏｏｐｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｅａｃｔｕａｔｏｒ，ｓｏａｓｔｏｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎａｎｄｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ．Ａｔｐｒｅｓｅｎｔ，ｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｓｏｆｔ ｗａｒｅｏｆｔｈｅｓｉｘ－ｄｅｇｒｅｅｐｌａｔｆｏｒｍ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ ｈａｖｅｐａｓｓｅｄｔｈｅｄｅｂｕｇｇｉｎｇ．Ｔｈｅｓｉｎｕｓｏｉｄａｌｍｏｔｉｏｎａｎｄｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｈａｖｅｂｅｅｎｔｅｓｔｅｄ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｒｕｎｓｆａｓｔａｎｄｍｅｅｔｓｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｒｅｑｕｉｒｅ ｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅｐｌａｔｆｏｒｍ． 犓犲狔狑狅狉犱狊：ｓｉｘ－ｄｅｇｒｅｅｐｌａｔｆｏｒｍ；ｓｏｆｔｗａｒｅ；ＳＩＴｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ
六自由度运动平台可以实现对既定的轨迹的跟踪，作 为运动仿真平台有着广泛的应用：
１） 可 以 作 为 航 空 飞 行 模 拟 器 ； ２） 可 以 作 为 机 器 人 的 模 拟 运 动 机 构 ； ３） 在 娱 乐 界 可 以 作 为 体 感 模 拟 娱 乐 机 ； ４）用作飞机、船 舶、潜 艇、航 天 器 等 运 动 载 体 中 相 关
基于 犖犐实时控制器的六自由度平台 测控系统设计与实现
王效亮，张 芳，曾宪科，栾 婷，陈成峰
（北 京 精 密 机 电 控 制 设 备 研 究 所 ， 北 京 １０００８１）
摘要：六自由度平台测控系统是六自由度平台的电气控制部分，它通过对六路液压缸的实时闭环控制，实现对平台位姿的控 制 ；该 测 控 系 统 采 用 ＮＩ的 计 算 机 ，配 置 多 种 类 型 的 ＰＸＩ板 卡 ， 实 现 了 对 平 台 的 电 压 、 电 流 、 数 字ＩＯ、ＣＡＮ 总 线 等 多 种 接 口 类 型的测量和控制，满足了可靠性需求；采用了典型的上下位机控制，分别进行实时计算与任务管理，解决了实时性的控制需求； 采 用 ＮＩ的 虚 拟 仪 器 Ｌａｂｖｉｅｗ 开 发 测 控 软 件 ，完 成 实 时 计 算 平 台 的 正 解 与 反 解 模 块 ， 作 动 器 闭 环 控 制 等 功 能 ， 增 强 系 统 的 功 能 和 灵活性；目前六自由度平台测控系统的硬件部分和软件部分都已经通过了调试，对系统进行了正弦运动和暂态特性测试，实验结 果表明，运行速度快，满足了平台的控制要求。
· ２４ ·
计算 机 测 量 与 控 制 ．２０１８．２７（２） 犆狅犿狆狌狋犲狉 犕犲犪狊狌狉犲犿犲狀狋 牔 犆狅狀狋狉狅犾
测试与故障诊断
文章编号：１６７１ ４５９８（２０１９）０２ ００２４ ０５ ＤＯＩ：１０．１６５２６／ｊ．ｃｎｋｉ．１１－４７６２／ｔｐ．２０１９．０２．００６ 中图分类号：ＴＰ２７３＋．５ 文献标识码：Ｂ
关 键 词 ：六 自 由 度 平 台 ；软 件 ；ＳＩＴ 仿 真 模 型
犇犲狊犻犵狀犪狀犱犐犿狆犾犲犿犲狀狋犪狋犻狅狀狅犳犪犛犻狓－犱犲犵狉犲犲犘犾犪狋犳狅狉犿 犆狅狀狋狉狅犾 犛狔狊狋犲犿 犅犪狊犲犱狅狀犖犐犚犲犪犾犜犻犿犲犆狅狀狋狉狅犾犾犲狉
ＷａｎｇＸｉａｏｌｉａｎｇ，ＺｈａｎｇＦａｎｇ，ＺｅｎｇＸｉａｎｋｅ，ＬｕａｎＴｉｎｇ，ＣｈｅｎＣｈｅｎｇｆｅｎｇ