一種電驅動減搖鰭電伺服控制系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種電驅動減搖鰭電伺服控制系統，當船舶在水中發生橫搖時，設置在船上的橫搖運動傳感器將橫搖運動信號傳入數據采集卡，工控機根據橫搖運動信號計算出減搖鰭轉動的角度，隨后由運動控制卡轉化為減搖鰭的轉速控制信號，并通過工控機傳輸給交流伺服驅動器，交流伺服驅動器驅動交流伺服電動機并帶動減速器及傳動機構產生轉角。本發明的電伺服控制系統控制性能優良，系統的可靠性、響應速度、精度以及數據在線處理能力都較電液控制系統有較大的提高。
【專利說明】—種電驅動減搖鰭電伺服控制系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及減搖鰭智能控制領域，具體地說，涉及一種減搖鰭電伺服控制過程和減搖鰭運行參數的檢測方法。
【背景技術】
[0002]現有的減搖鰭伺服系統一直是電液伺服系統，但其具有成本高、體積大、密封器件易老化、漏油、維護不方便等缺點；90年代以后，隨著電氣控制技術和微控制技術的迅猛發展，交流伺服廣泛的應用于國防、工業等各個領域，一定范圍內取代了液壓伺服系統。現在已經成為伺服系統的主流趨勢。交流伺服系統具有結構簡單、控制方便、價格低且可靠性高等特點，該項技術的研究開發將促進減搖鰭在一些中小型船舶中的應用。
[0003]如專利號為CN.201834187.U的專利，通過橫搖運動傳感器將船舶橫搖運動信號傳送給運動控制器，再根據航速與浪級調節模塊，輸出減搖鰭的轉鰭控制信號，控制各單鰭上的驅動控制器，驅動各單鰭運動。但其控制方法還局限于開環控制，沒有達到高度自動化控制，調節精度有限，在數據檢測及顯示方面還不夠完善。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提出一種智能、簡便、測試精度高的減搖鰭電伺服控制方法，以克服現有技術上的缺陷，使得減搖鰭減搖過程實現高度的自動化，提高減搖鰭運動速度控制的精確度。
[0005]實現本發明目的的技術解決方案為:一種電驅動減搖鰭電伺服控制系統，包括工控機、PMAC運動控制卡、數據采集卡、橫搖運動傳感器、交流伺服驅動器、交流伺服電動機、增量式編碼器、減速器及傳動機構、角位移傳感器和減搖鰭；
所述數據采集卡插在工控機的PC I插槽上，橫搖運動傳感器安裝在船舶尾部并與數據采集卡相連，組成船舶橫搖角速度檢測模塊；所述PMAC運動控制卡與工控機相連，增量式編碼器與PMAC相連，交流伺服電動機與增量式編碼器相連，交流伺服驅動器與交流伺服電動機相連，交流伺服驅動同時與PMAC運動控制卡相連；所述的交流伺服電動機與減速器及傳動機構相連，減速器及傳動機構與減搖鰭相連，角位移傳感器與減搖鰭相連，角位移傳感器同時與數據采集卡相連；
當船舶在海浪作用下發生橫搖時，橫搖運動傳感器檢測到船舶橫搖角速度，數據采集卡采集到船舶橫搖角速度，發送給工控機，工控機在線實時顯示船舶橫搖角速度的變化曲線，工控機計算減搖鰭需要轉動的角位移信號Φ，對該角位移信號進行數字化處理得到脈沖信號，然后發送給PMAC運動控制卡；PMAC運動控制卡將該信號轉化為脈沖電流信號，發送給交流伺服驅動器，驅動交流伺服電動機按指定的轉速運轉；增量式編碼器檢測出交流伺服電動機的轉速信號，反饋給PMAC運動控制卡，PMAC運動控制卡比較脈沖電流信號與增量式編碼器檢測出的交流伺服電動機的轉速信號，得出信號誤差，用以繼續調整交流伺服電動機的轉速，形成交流伺服電動機轉速控制環；交流伺服電動機在減速器的作用下調整到驅動減搖鰭需要的轉速，再由傳動機構帶動減搖鰭轉動，角位移傳感器檢測減搖鰭的角位移信號Θ，傳送給數據采集卡，之后發送給工控機，工控機計算出給定角位移信號Φ與檢測到的角位移信號Θ的差，得出減搖鰭角位移誤差信號，傳送給PMAC運動控制卡，繼續控制減搖鰭的角位移調節，直至減搖鰭角位移誤差< 0.05rado
[0006]還包括限位開關，安裝在船體鰭軸上的限位開關與數據采集卡相連，減搖鰭運動到飽和鰭角值位置時，觸發限位開關使交流伺服電動機制動。
[0007]交流伺服驅動器和交流伺服電動機之間組成電流反饋的電流環，以提高系統響應精度和響應速度；
在PMAC運動控制卡控制交流伺服電動機產生轉角時，與減搖鰭相連的角位移傳感器同時產生鰭角實時反饋信號，傳回上位機并產生轉角差，實現位置隨動。
[0008]本發明與現有技術相比，其顯著優點:①本發明采用工控機與數據采集卡結合的數據采集方式，簡單易行，可實現減搖鰭船舶橫搖角、交流伺服電動機轉速、減搖鰭角位移信號的實時監測，方便對數據的處理；②交流伺服驅動器和電動機之間組成電流環，可以提高系統響應精度和響應速度；③交流伺服電動機和PMAC運動控制卡之間組成速度環，以增強系統抗負載擾動能力，抑制速度波動；④安裝于減搖鰭的角位移傳感器同時會產生鰭角實時反饋信號，傳回上位機并產生轉角差，可以實現減搖鰭的位置隨動，操作更加靈活。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1是本發明的控制系統原理示意框圖。
[0010]圖2是本發明的驅動執行機構的連接示意圖；其中:1鰭箱，2交流伺服驅動器，3PMAC運動控制卡，4交流伺服電動機，5減速器及傳動機構，6減搖鰭。
【具體實施方式】
[0011]本發明減搖鰭電伺服控制系統采用PMAC運動控制卡控制減搖鰭的轉速，交流伺服變頻器和電動機之間組成電流環，以提高系統響應精度和響應速度；交流伺服電動機和運動控制卡之間組成速度環，以增強系統抗負載擾動能力，抑制速度波動；安裝于減搖鰭的角位移傳感器同時會產生鰭角實時反饋信號，傳回上位機并產生轉角差，實現減搖鰭位置的隨動。
[0012]下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。
[0013]參照圖1，本發明電驅動減搖鰭電伺服控制系統，包括工控機、PMAC運動控制卡、數據采集卡、橫搖運動傳感器、交流伺服驅動器、交流伺服電動機、增量式編碼器、減速器及傳動機構、角位移傳感器、限位開關。
[0014]所述上位機使用研華工控機，數據采集卡插在工控機的PC I插槽上，橫搖運動傳感器安裝在船舶尾部，與數據采集卡相連，組成船舶橫搖角速度檢測模塊；當船舶在海浪作用下發生橫搖時，橫搖運動傳感器檢測到船舶橫搖角速度，數據采集卡采集到船舶橫搖角速度，發送給工控機，工控機在線實時顯示船舶橫搖角速度的變化曲線，同時經過數據處理后將信號發送給PMAC運動控制卡；
所述PMAC運動控制卡與工控機相連，增量式編碼器與PMAC相連，交流伺服電動機與增量式編碼器相連，交流伺服驅動器與交流伺服電動機相連，交流伺服驅動同時與PMAC運動控制卡相連，交流伺服驅動器和交流伺服電動機之間組成電流反饋的電流環，以提高系統響應精度和響應速度；所述工控機發送給PMAC運動控制卡的船舶橫搖角速度信號，是脈沖驅動信號，由PMAC運動控制卡處理運算后發送給交流伺服驅動器，交流伺服驅動器產生驅動交流伺服電動機所需的脈沖電流信號，驅動交流伺服電動機按指定的轉速運轉，增量式編碼器檢測出交流伺服電動的轉速，反饋給PMAC運動控制卡，形成交流伺服電動機轉速控制環。
[0015]所述的交流伺服電動機與減速器及傳動機構相連，減速器及傳動機構與減搖鰭相連，角位移傳感器與減搖鰭相連，同時與數據采集卡相連，安裝在船體上的限位開關與數據采集卡相連，減搖鰭運動到飽和鰭角值位置時，觸發限位開關；所述交流伺服電動機的轉速在減速器的減速作用下達到驅動減搖鰭平穩轉動的轉速，由減速器傳動機構帶動減搖鰭轉動，角位移傳感器檢測減搖鰭的角位移信號，傳送給數據采集卡，之后發送給工控機，工控機計算出給定鰭角位移信號與檢測鰭角位移信號的差，得出鰭角位移誤差信號，傳送給PMAC運動控制卡，繼續控制減搖鰭的角位移調節，直至減搖鰭角位移誤差< 0.05rad。
[0016]在所述減搖鰭的轉鰭控制信號傳送給各單鰭的運控控制器并控制各單鰭運動的步驟中，交流伺服驅動器和交流伺服電動機之間組成電流環，以提高系統響應精度和響應速度；交流伺服電動機和PMAC運動控制卡之間組成速度環，以增強系統抗負載擾動能力，抑制速度波動；安裝于減搖鰭的角位移傳感器同時會產生鰭角實時反饋信號，傳回工控機并產生轉角差，實現位置隨動；當減搖鰭轉動超過飽和鰭角值時，鰭角信號通過數據采集卡在工控機實時顯示，并通過人機界面進行相應操作。
[0017]參照圖2，電驅動減搖鰭裝置包括有鰭箱(I)、交流伺服驅動器(2)、PMAC運動控制卡(3)、交流伺服電動機(4)、減速器及傳動機構(5)、減搖鰭(6);鰭箱(I)用于安裝整個電驅動減搖鰭裝置，鰭箱(I)通過焊接固定于船艦的船體上；交流伺服電動機(4)與交流電源之間設置有交流伺服驅動器(2);交流伺服驅動器(2)與PMAC運動控制卡(3)相連，PMAC運動控制卡(3)發出控制信號控制交流伺服驅動器(2)，通過交流伺服驅動器(2)驅動交流伺服電動機(4)實現不同轉速和力矩的輸出。交流伺服電動機(4)與減搖鰭(6)之間設置有減速器及傳動機構(5)，交流伺服電動機(4)產生的動力通過減速器及傳動機構(5)進行變換，變換后的動力作用于減搖鰭(6 )上進行減搖。
[0018]本發明電驅動減搖鰭電伺服控制系統根據檢測船舶橫搖信號控制鰭的收放，實現減搖鰭轉速控制與位置隨動，具有很強的抗負載擾動能力，減搖效果可達到90%以上。而且采用PMAC運動控制卡，實現減搖鰭轉速與位置控制的高度自動化，電流環、速度環、位置環三閉環減搖鰭電伺服控制方法的使用，提高了減搖鰭系統響應精度和響應速度，系統的可靠性、響應速度、精度以及數據在線處理能力比傳統的電液伺服控制方法都有很大的提高。
【權利要求】
1.一種電驅動減搖鰭電伺服控制系統，其特征在于:包括工控機、PMAC運動控制卡、數據采集卡、橫搖運動傳感器、交流伺服驅動器、交流伺服電動機、增量式編碼器、減速器及傳動機構、角位移傳感器和減搖鰭； 所述數據采集卡插在工控機的PC I插槽上，橫搖運動傳感器安裝在船舶尾部并與數據采集卡相連，組成船舶橫搖角速度檢測模塊；所述PMAC運動控制卡與工控機相連，增量式編碼器與PMAC相連，交流伺服電動機與增量式編碼器相連，交流伺服驅動器與交流伺服電動機相連，交流伺服驅動同時與PMAC運動控制卡相連；所述的交流伺服電動機與減速器及傳動機構相連，減速器及傳動機構與減搖鰭相連，角位移傳感器與減搖鰭相連，角位移傳感器同時與數據采集卡相連； 當船舶在海浪作用下發生橫搖時，橫搖運動傳感器檢測到船舶橫搖角速度，數據采集卡采集到船舶橫搖角速度，發送給工控機，工控機在線實時顯示船舶橫搖角速度的變化曲線，工控機計算減搖鰭需要轉動的角位移信號Φ，對該角位移信號進行數字化處理得到脈沖信號，然后發送給PMAC運動控制卡；PMAC運動控制卡將該信號轉化為脈沖電流信號，發送給交流伺服驅動器，驅動交流伺服電動機按指定的轉速運轉；增量式編碼器檢測出交流伺服電動機的轉速信號，反饋給PMAC運動控制卡，PMAC運動控制卡比較脈沖電流信號與增量式編碼器檢測出的交流伺服電動機的轉速信號，得出信號誤差，用以繼續調整交流伺服電動機的轉速，形成交流伺服電動機轉速控制環；交流伺服電動機在減速器的作用下調整到驅動減搖鰭需要的轉速，再由傳動機構帶動減搖鰭轉動，角位移傳感器檢測減搖鰭的角位移信號Θ，傳送給數據采集卡，之后發送給工控機，工控機計算出給定角位移信號φ與檢測到的角位移信號Θ的差，得出減搖鰭角位移誤差信號，傳送給PMAC運動控制卡，繼續控制減搖鰭的角位移調節，直至減搖鰭角位移誤差< 0.05rado
2.根據權利要求1所述的電驅動減搖鰭電伺服控制系統，其特征在于:還包括限位開關，安裝在船體鰭軸上的限位開關與數據采集卡相連，減搖鰭運動到飽和鰭角值位置時，觸發限位開關使交流伺服電動機制動。
3.根據權利要求1所述的電驅動減搖鰭電伺服控制系統，其特征在于:交流伺服驅動器和交流伺服電動機之間組成電流反饋的電流環，以提高系統響應精度和響應速度。
4.根據權利要求1所述的電驅動減搖鰭電伺服控制系統，其特征在于:在PMAC運動控制卡控制交流伺服電動機產生轉角時，與減搖鰭相連的角位移傳感器同時產生鰭角實時反饋信號，傳回上位機并產生轉角差，實現位置隨動。
【文檔編號】G05B19/414GK103792889SQ201410071547
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年2月28日 優先權日:2014年2月28日
【發明者】馬賽平, 陸寶春, 張鴻鵠, 蔡飛, 劉洪春, 張衛, 郭蓮 申請人:揚州市江都永堅有限公司, 南京理工大學