纵横摇三轴稳定平台使用说明书2.2版

1、三 轴 稳 定 平 台使用说明书(VERSION 2.2)上 海 英 硕自 动 化 科 技 有 限 公 司目录一概述2二基本硬件设计3三控制策略设计5四伺服控制器软件设计7五操作流程8六常规故障判断及处理12七紧急情况处理步骤13一概述本系统采用“自主式”稳定平台的设计思路，采用动态倾角测量仪对俯仰横滚轴进行惯性稳定控制，使平台稳定地保持在俯仰和横滚的双轴水平位置。本系统采用交流伺服电机驱动平台负载，高效率，高可靠性，无刷伺服电机免维护运行。系统有伺服控制箱面板可实现两种功能：1） 随动稳定控制功能；2） 手动点动双向运动控制，并可实现安全锁定；二基本硬件设计本系统在稳定平台的内框架上，沿俯仰

2、和横滚轴向布置一套动态倾角测量设备，实时测量外界波浪扰动信号对俯仰和横滚轴向产生的水平角度扰动，交由PCC伺服控制器，经过控制解算，通过2套对应的伺服电机，实时矫正俯仰、横滚的运动角度，依靠倾角偏差，可通过伺服电机对平台俯仰横滚角度进行修正，最终获得平台内框双轴向的水平稳定。以下是系统的结构示意图：以下是系统的主要技术指标：l 俯仰最大范围：+/-15°l 横滚最大范围：+/-15°l 扰动周期：5-8 sl 测量精度：0.1°l 控制精度：1°l 工作温度：-40-70平台的俯仰、横滚和方位控制驱动，拟采用交流伺服电机方案，这主要基于如下考虑：1）无刷

3、交流伺服技术成熟可靠；2）采用无刷电机，利于实现电机的长寿命，免维护设计；3）良好的频矩特性，保障低速出力均匀。伺服系统的运动控制主要指标：A） 额定扭矩：约1Nm以上，配合i=64的行星减速机，出力接近100Nm；B） 运动速度：减速电机不低于10rpm转速（参考+/-15°，最大1Hz的扰动频率考虑）。三个电机选配安全制动器，当系统失电时，或是在锁定控制命令时，电机制动器合上，从高速端抱死电机轴，以实现该方向运动的机械锁定。该系统伺服控制器选用我公司的一套可编程计算机PCC控制器实现，该控制器具有下列显著优点，利于实现平台系统优异的控制性能：1） 所有硬件均采用模块化结构，便于灵

4、活接入平台系统的各式模拟信号及数字式信号；2） 软件上基于嵌入式实时操作系统之上设计，采用模块化多任务结构，设计灵活高效，调试便捷；3） 采用高级语言编程（C，BASIC），在线式调试开发，效率很高；4） 体积紧凑功能强，对外可实现毫秒级的数据采集与实时控制，保证平台随动稳定控制的品质。三控制策略设计本平台俯仰横滚轴向的稳定伺服控制采用速度及位置双环路控制策略：1） 内环基于动态倾角传感器位置反馈信号，对驱动俯仰、横滚轴向运动的伺服电机进行速度P控制，以对消有害的扰动作用，维持平台在惯性空间的稳定。2） 外环基于倾角位置反馈信号，对驱动俯仰、横滚轴向运动的伺服电机进行速度的PI控制，使平台稳定

5、收敛于俯仰、横滚轴向的水平位置。控制策略框图如下：平台内框架的方位控制部分未在上图中描述出来，其控制方式较为简单，根据对方位电子罗盘反馈的方位信息，对方位电机直接做做PI控制即可实现方位角度的定位控制。四伺服控制器软件设计本伺服系统的控制器采用可编程计算机控制器PCC搭建，借助于其实时多任务操作系统的支持，可将整个伺服系统的控制软件划分为如下多任务模块，交由操作系统并行调度，共同完成对外的数据采集，内部运算及对外控制功能：五操作流程（一）通电使用前操作。1. 检测所有稳定平台的连线是否正确，所有航插按照标识都一一对应准确插入。包括三个方向电机的航插，集线盒两侧的航插以及控制箱背后的航插等。图-

6、1备注：请勿将不同方向电机插头交换插，错误操作将导致设备损坏。2. 检查面板白色开关是否处于向下的位置（所有方位锁定），检查黄色锁定按钮是否处于弹起的状态。备注：白色开关向上状态表示解锁，在此状态开机后会出现俯仰、横滚、方位无动作的情况出现，重新拨到向下的位置锁定再解锁，可以正常工作。黄色锁定按钮弹起表示解锁，按下表示锁定。请勿在正常工作中按下，会导致电机工作锁定，导致电机损坏。需要紧急锁定请使用面板白色拨动开关。（二）工作使用及相关故障现象说明1. 加载电源，正常通电使用后面板的白色拨动开关给控制箱加载电源。当控制箱通电正常后，面板上24V工作指示灯点亮。如图-2所示：图-22. 打开抱闸（

7、解锁）在正常通电后10秒且一切准备工作都操作无误后，拨动白色开关使之处于向上的位置，此状态表示电机抱闸解锁，可观察到控制箱右侧的三个指示灯点亮。当根据面板上的文字，可以将按钮与指示灯的关系一一对应。3. 正常工作（本控模式）1） 进入本控模式将本控按钮按下，本控绿色指示灯点亮，进行本控操作，该模式由人工调节观测。2） 俯仰方向控制按下俯仰上限位按钮，相应的绿色指示灯闪烁，平台向俯仰方向沿逆时针倾斜，当倾斜到一定程度后发现不再动作，并且此时俯仰上限位按钮指示灯常亮，该位置就是实际运动中俯仰上限位的极限位置。按下俯仰下限位按钮，相应的绿色指示灯闪烁，平台向俯仰方向沿顺时针倾斜，当倾斜到一定程度后发

8、现不再动作，并且此时俯仰下限位按钮指示灯常亮，该位置就是实际运动中俯仰下限位的极限位置。3） 横滚方向控制按下横滚上限位按钮，相应的绿色指示灯闪烁，平台向横滚方向沿逆时针倾斜，当倾斜到一定程度后发现不再动作，并且此时横滚上限位按钮指示灯常亮，该位置就是实际运动中横滚上限位的极限位置。按下横滚下限位按钮，相应的绿色指示灯闪烁，平台向横滚方向沿顺时针倾斜，当倾斜到一定程度后发现不再动作，并且此时横滚下限位按钮指示灯常亮，该位置就是实际运动中横滚下限位的极限位置。4） 方位控制按下方位上限位按钮，相应的绿色指示灯闪烁，方位方向沿逆时针旋转。按下方位下限位按钮，相应的绿色指示灯闪烁，方位方向沿顺时针旋

9、转。4. 正常工作（自动模式）1）进入自动模式在正常通电后，本控按钮弹起，本控指示灯不亮，在控制箱上依次按下俯仰、横滚、方位上限位按钮，进入自动稳定运行模式。如图-3中所示：按下图-32）自动稳定平台根据检测数据自动稳定及定位。当稳定平台自动调平稳定时，对应运动的俯仰、横滚、方位指示灯会闪烁，表示向该方向运动中。当需要紧急停止时，可使用面板白色开关向下拨动锁定。需要恢复自动运行时，将面板白色开关向上拨动解锁，并依次按下俯仰、横滚、方位上限位按钮启动对应方向自动稳定。当发现某一方向上没有运动，可执行自动模式2）中的步骤恢复。若没有解决该问题，请重新上电后执行自动模式2）步骤恢复。仍然没有解决，请

10、打开控制箱盖，观察伺服是否有报警，并根据报警内容查找相关手册，根据手册解决。（三）遥控控制说明图-41.连接线缆，将上位机串口或USB转串口设备与控制箱外设线缆连接。（注：串口端口为COM2）2.控制箱本控按钮弹起，在遥控界面上使用“启动”或者“停止”按钮使用遥控方式控制稳定平台是否工作。3.设置方位角度以及偏移角度修正稳定平台的偏差。在“停止”模式下可观测方位角度和偏移角度上次使用设定值，在“启动”模式下，可设置本次需要的方位值。4.观察各个部件的工作数据。罗盘角度、俯仰角度、横滚角度。5.数据实时记录功能。用户无需操作，软件自动根据1秒一次的速率记录在TXT文档中。备注：第一次使用该软件，

11、需要在D盘中建立一个名为“数据记录”的文件夹。若D盘中没有该文件夹，数据记录TXT文档找不到位置，软件报错。文件完整路径“D：数据记录（此处是文件开始记录的时间）”六常规故障判断及处理1. 横滚、俯仰或者方位轴不动作现象反应：横滚、俯仰或者方位轴某一个轴不动作，多出现于设备剧烈抖动后。出现原因：伺服驱动器检测发现运行数据与设定数据偏差过大，则自动报警停机。处理方法如下：a) 当发现该现象后，先使用前面板上的拨动开关，关闭所有电机的动作。b) 使用后面的拨动开关关闭电源，等待5-10秒重新上电。c) 当所有设备正常启动后，使稳定平台继续工作。d) 若仍然不能工作，则需要打开机箱观察伺服驱动器报警状态，根据伺服驱动器报警故障检测处理（伺服使用手册237-248）。2. 上电后操作无反应现象反应：指示灯点亮，但稳定平台不工作。出现原因：上电后等待时间过短，设备没有正常启动成功，通讯没有成功连接。处理方法：将设备重新断电后，重启设备。3. 抱闸（解锁）打开后，某一或者全部黄色指示灯没有点亮需检查该黄色按钮是否是处于弹起的状态。处于按下状态则只需再次按下使之弹起，指示灯点亮后则表示已解锁，可正常执行下面的操作