[發(fā)明專利]一種柔性六自由度繩牽引的船模水池試驗(yàn)控制方法和系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611066784.3
• 申請(qǐng)日: 2016-11-25
• 公開（公告）號(hào): CN106774362B
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳清林;林少芬;江小霞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 集美大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/08
• 分類號(hào): G05D1/08;B63B73/20;G01M10/00
• 代理公司: 35221 泉州市潭思專利代理事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 廖仲禧

1.一種柔性六自由度繩牽引的船模水池試驗(yàn)控制方法，其特征在于，船模由電動(dòng)拖車使用繩牽引并聯(lián)支撐機(jī)構(gòu)進(jìn)行牽引運(yùn)動(dòng)，所述船模水池試驗(yàn)控制方法包括：

副回路控制器通過(guò)所述船模內(nèi)配置的姿態(tài)角傳感器獲取到所述船模的初始姿態(tài)信號(hào)，所述初始姿態(tài)信號(hào)包括：采集所述船模的初始姿態(tài)得到的初始姿態(tài)角；

所述副回路控制器根據(jù)所述船模的初始姿態(tài)信號(hào)和預(yù)置的目標(biāo)姿態(tài)角計(jì)算所述船模在各個(gè)時(shí)刻的姿態(tài)角；

所述副回路控制器通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型將所述船模在各個(gè)時(shí)刻的姿態(tài)角轉(zhuǎn)換為在各個(gè)時(shí)刻所述船模分別連接的每個(gè)牽引繩的脈沖調(diào)整量，然后所述副回路控制器將轉(zhuǎn)換得到的每個(gè)牽引繩的脈沖調(diào)整量發(fā)送給各個(gè)牽引繩對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器，由所述驅(qū)動(dòng)器按照所述脈沖調(diào)整量控制對(duì)應(yīng)的伺服電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，從而通過(guò)伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)控制傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)距離，實(shí)現(xiàn)對(duì)牽引繩的繩長(zhǎng)變化控制，再通過(guò)牽引繩的繩長(zhǎng)變化調(diào)整所述船模的當(dāng)前姿態(tài)；

當(dāng)所述副回路控制器單獨(dú)控制所述船模的時(shí)間結(jié)束時(shí)，主回路控制器通過(guò)所述船模內(nèi)配置的姿態(tài)角傳感器獲取到所述船模的姿態(tài)反饋信號(hào)，所述姿態(tài)反饋信號(hào)包括：采集所述船模當(dāng)前姿態(tài)得到的姿態(tài)角；

所述主回路控制器根據(jù)預(yù)置的目標(biāo)姿態(tài)角和所述姿態(tài)反饋信號(hào)計(jì)算所述船模分別連接的各個(gè)牽引繩的繩長(zhǎng)調(diào)整量，并將計(jì)算出的每個(gè)牽引繩的繩長(zhǎng)調(diào)整量發(fā)送給副回路控制器；

所述副回路控制器從所述主回路控制器獲取到所述船模分別連接的每個(gè)牽引繩的繩長(zhǎng)調(diào)整量，以及通過(guò)所述每個(gè)牽引繩對(duì)應(yīng)的伺服電機(jī)分別獲取到脈沖反饋信號(hào)；

所述副回路控制器根據(jù)所述每個(gè)牽引繩的繩長(zhǎng)調(diào)整量和每個(gè)伺服電機(jī)的脈沖反饋信號(hào)計(jì)算出所述船模分別連接的各個(gè)牽引繩的脈沖調(diào)整量，然后所述副回路控制器將計(jì)算出的每個(gè)牽引繩的脈沖調(diào)整量發(fā)送給各個(gè)牽引繩對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器，由所述驅(qū)動(dòng)器按照所述脈沖調(diào)整量控制對(duì)應(yīng)的伺服電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，從而通過(guò)伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)控制傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)距離，實(shí)現(xiàn)對(duì)牽引繩的繩長(zhǎng)變化控制，再通過(guò)牽引繩的繩長(zhǎng)變化調(diào)整所述船模的當(dāng)前姿態(tài)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柔性六自由度繩牽引的船模水池試驗(yàn)控制方法，其特征在于，所述副回路控制器將計(jì)算出的每個(gè)牽引繩的脈沖調(diào)整量發(fā)送給各個(gè)牽引繩對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器之后，所述方法還包括：

所述主回路控制器通過(guò)所述姿態(tài)角傳感器獲取到所述船模由牽引繩牽引后的姿態(tài)反饋信號(hào)；

所述主回路控制器根據(jù)所述船模由牽引繩牽引后的姿態(tài)反饋信號(hào)判斷所述船模調(diào)整后的當(dāng)前姿態(tài)是否達(dá)到所述預(yù)置的目標(biāo)姿態(tài)；

若所述船模調(diào)整后的當(dāng)前姿態(tài)達(dá)到所述預(yù)置的目標(biāo)姿態(tài)，則所述主回路控制器結(jié)束對(duì)所述船模的姿態(tài)控制調(diào)整；

若所述船模調(diào)整后的當(dāng)前姿態(tài)沒(méi)有達(dá)到所述預(yù)置的目標(biāo)姿態(tài)，所述主回路控制器根據(jù)預(yù)置的目標(biāo)姿態(tài)角和所述船模由牽引繩牽引后的姿態(tài)反饋信號(hào)再次計(jì)算所述船模分別連接的各個(gè)牽引繩的繩長(zhǎng)調(diào)整量，并將計(jì)算出的每個(gè)牽引繩的繩長(zhǎng)調(diào)整量再次發(fā)送給副回路控制器。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種柔性六自由度繩牽引的船模水池試驗(yàn)控制方法，其特征在于，所述副回路控制器根據(jù)所述船模的初始姿態(tài)信號(hào)和預(yù)置的目標(biāo)姿態(tài)角計(jì)算所述船模在各個(gè)時(shí)刻的姿態(tài)角，包括：

通過(guò)如下公式計(jì)算所述船模在各個(gè)時(shí)刻的姿態(tài)角：

其中，所述船模在各個(gè)時(shí)刻的姿態(tài)角包括：所述船模在各個(gè)時(shí)刻的俯仰角、橫傾角和旋轉(zhuǎn)角，所述a(t)表示所述船模在t時(shí)刻的俯仰角，所述b(t)表示所述船模在t時(shí)刻的橫傾角，所述c(t)表示所述船模在t時(shí)刻的旋轉(zhuǎn)角，

所述船模的初始姿態(tài)角包括：所述船模的初始俯仰角、初始橫傾角和初始旋轉(zhuǎn)角，所述a₀表示所述船模的初始俯仰角，所述b₀表示所述船模的初始橫傾角，所述c₀表示所述船模的初始旋轉(zhuǎn)角，

所述船模的目標(biāo)姿態(tài)角包括：所述船模的目標(biāo)俯仰角、目標(biāo)橫傾角和目標(biāo)旋轉(zhuǎn)角，所述a_d表示所述船模的目標(biāo)俯仰角，所述b_d表示所述船模的目標(biāo)橫傾角，所述c_d表示所述船模的目標(biāo)旋轉(zhuǎn)角，

所述T為所述副回路控制器單獨(dú)控制所述船模的總時(shí)間，t為0～T內(nèi)的任意一時(shí)間點(diǎn)，t按照預(yù)置的步長(zhǎng)從0增加到T。