[發明專利]一種船舶三軸搖擺試驗臺的測控系統及測控方法

有效

• 申請號: 201410205708.0
• 申請日: 2014-05-15
• 公開（公告）號: CN103955234A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 張江明;褚建新;張兵
• 申請（專利權）人: 上海海事大學
• 主分類號: G05D3/12
• 分類號: G05D3/12;G05B13/04
• 代理公司: 上海衡方知識產權代理有限公司 31234
• 代理人: 曹琪

技術領域

本發明涉及一種測控系統及其測控方法，尤其涉及一種專用于船舶三軸搖擺試驗臺的測控系統及其測控方法。

背景技術

船舶三軸搖擺試驗臺是對船載儀器與電子設備進行可靠性測試的關鍵設備，可用于模擬船舶在海上復雜海況條件下，橫搖、縱搖、艏搖三種搖擺姿態的復現；海上船舶的三軸自由度搖擺，其搖擺幅度、搖擺周期均受風浪流海況的不同而不同，如線性搖擺、正弦搖擺、隨機搖擺等；目前的搖擺試驗技術主要集中在簡單搖擺方式控制及復現功能的實現上，而缺乏便捷的任意搖擺歸位精確控制能力和多功能的測控智能實現；

中國專利201120523785.2公開了一種六自由度搖擺臺高精度姿態控制系統，采用液壓系統作為執行機構，在每個液壓伸縮機構上均裝有傳感器與控制器連接，每個傳感器檢測到的液壓桿伸縮信息進行變送處理后送控制器進而實現六自由度搖擺臺的搖擺姿態控制；這種測控方法的主要缺點是檢測信息數據多處理量大，搖擺控制難度復雜，在每個自由度上停擺歸位能力受限；

中國專利200910046270.5公開了一種三軸搖擺模擬試驗裝置，該裝置采用曲柄搖桿機構實現搖擺的復現，整體控制系統采用開環控制，通過手動控制變頻電機系統的方式改變搖擺周期，擺幅顯示裝置采用機械刻度加指針的方式；這種搖擺裝置的主要缺點是搖擺模式受限只能復現正弦搖擺，且單軸停擺或停車后通過觀察指針位置判斷搖擺角度偏差采用手動方式轉動手搖裝置歸位，智能化水平低。

發明內容

本發明為了提高船舶三軸搖擺試驗臺的檢測與控制能力，提供一種結構簡單三軸搖擺試驗臺測控系統及測控方法；該裝置能夠在三軸搖擺試驗臺進行搖擺測試時，實時獲得搖擺信息，并經過分析可進行搖擺模式控制和任意歸位的控制，同時，及時將搖擺姿態信息實時存儲并顯示反饋給操作者；

為實現上述目的，本發明采取的技術方案是：

一種船舶三軸搖擺試驗臺的測控系統，包括數據采集與處理模塊、任意搖擺控制模塊、任意歸位控制模塊、搖擺狀態顯示與參數設定模塊；所述數據采集與處理模塊的輸入端與三軸搖擺試驗臺相連接，輸出端分別與搖擺狀態顯示與參數設定模塊的輸入端、任意搖擺控制模塊的輸入端、任意歸位控制模塊的輸入端相連接，將采集到角速度和加速度分析處理后分別傳輸到搖擺狀態顯示與參數設定模塊、任意搖擺控制模塊、任意歸位控制模塊；任意搖擺控制模塊的輸出端與三軸搖擺試驗臺上的電機執行系統相連接，任意搖擺控制模塊的輸入端還連接搖擺狀態顯示與參數設定模塊的輸出端，分別接收數采集與處理模塊、搖擺狀態顯示與參數設定模塊的信息，控制電機執行系統的搖擺；任意歸位控制模塊的輸入端連接搖擺狀態顯示與參數設定模塊的輸出端，輸出端連接電機執行系統，接收擺狀態顯示與參數設定模塊、數據采集與處理模塊的信息，并控制電機執行系統的歸位；

進一步的，所述數據采集與處理模塊包括用于采集三軸加速度的三軸加速度傳感器、用于采集三軸角速度的三軸角速度傳感器及信息融合單元；所述信息融合單元，用于將加速度、角速度分析、處理，融合成角度信息，并將該信息分別輸送給搖擺狀態顯示與參數設定模塊、任意搖擺控制模塊、任意歸位控制模塊；

進一步的，所述信息融合單元包括三角關系變換器、加法器、比例放大器、積分運算器及第一比較器；所述三角關系變換器的輸入端連接三軸加速度傳感器，輸出端連接第一比較器，接收三軸加速度傳感器的加速度信號，并將該信號轉換成角度誤差信號傳送給第一比較器；比例放大器的輸入算與第一比較器連接，輸出端與加法器連接，接收第一比較器傳送的角度誤差信號，并將該角度誤差信號進行一定比例的放大后傳送給加法器；加法器的輸入端與三軸角速度傳感器連接，輸出端與積分運算器連接，接收三軸角速度傳感器的角速度信號，并將該信號與比例放大器的信號融合后發送給積分運算器；積分運算器將接收的信號經過積分計算后得到融合修正后的角度信號，并將該角度信號一方面重新輸送給第一比較器，另一方面輸送給搖擺狀態顯示與參數設定模塊、任意搖擺控制模塊、任意歸位控制模塊；

進一步的，所述搖擺狀態顯示與參數設定模塊設有用于設定歸位位置的歸位位置設定單元、用于設定搖擺周期的搖擺周期設定單元、用于設定搖擺幅度的搖擺幅度設定單元、用于設定搖擺模式的搖擺模式設定單元及搖擺狀態顯示單元；所述搖擺狀態顯示單元連接數據采集與處理模塊；所述搖擺周期設定單元、搖擺幅度設定單元、搖擺模式設定單元分別連接任意搖擺控制模塊；所述歸位位置設定單元連接任意歸位控制模塊；