雷达天线车液压升降系统同步控制仿真研究.pdf

2 0 1 3年 4月 第 4 1卷 第 8期 机床与液压 MACHI NE T OOL HYDRAUL I CS Ap r ． 2 01 3 Vo 1 ． 41 No ． 8 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 3 ． 0 8 ． 0 2 9 雷达天线车液压升降系统同步控制仿真研究 凌轩 ，王旭东，陈赛克 仲恺农业工程学院机 电工程 学院，广东广州 5 1 0 2 2 5 摘要雷达天线车 自动调平系统是雷达的一个重要组成部分，对提高雷达的测量性能和机动能力起着决定性作用。为 了解雷达车电液升降系统的同步协调特性 ，采用 MA T L A B和 S i m u l i n k软件建立了系统调平模型并进行了仿真研究。为消除 电液调平系统液压缸参数制造误差、各通道负载不均衡等对同步控制精度的影响 ，设计了定量反馈控制 Q r r 同步调平 控制器来提高倾角调平精度。仿真结果表明设计的调平控制器具有良好的同步精度和快捷的响应速度 ，能驱动调平仿真 台快速、稳定地运动。 关键词雷达天线车；仿真；同步协调特性 ；定量反馈控制 中图分类号T H1 3 7 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 3 8 0 8 1 3 S i mu l a t i o n An a l y s i s o f S y n c h r o n i z a t i o n Co n t r o l o f Hy d r a u l i c Li f t S y s t e m f o r l d a r Ant e n na Tr uc k UNG X u a n．WANG Xu d o n g ．CHE N S a i k e C o l l e g e o f Me c h a n i c a l E l e c t ri c a l E n g i n e e ri n g ，Z h o n g k a i U n i v e r s i t y o f A g r i c u l t u r e a n d E n g i n e e ri n g ， G u a n g z h o u G u a n g d o n g 5 1 0 2 2 5 ， C h i n a Ab s t r a c t R a d a r l e v e l i n g s y s t e m i s t h e k e y e q u i p me n t f o r i mp r o v i n g r a d a r mo b i l i t y a n d s u r v i v a l c a p a b i l i t y ． S i mu l a t i o n s w e r e c a ／ - fle d o u t t o s t u d y s y n c h r o n i z a t i o n c a p ab i l i t y o f h y d r a u l i c l i f t s y s t e m o f r a d a r a n t e n n a t r u c k b y u s i n g MA T L AB a n d S i mu l i n k ． T o e l i mi - n a t e t h e i n fl u e n c e o f t h e ma n u f a c t u r i n g e r r o r s o f c y l i n d e r s and l o a d d i s t u r b a n c e o n t h e s y n c h r o n i z a t i o n c o n t r o l p r e c i s i o n ，t h e Q r r q u ant i t a t i v e f e e d b a c k t h e o r y l e v e l i n g c o n t r o l l e r w a s p u t fo r w a r d ．S i mu l a t i o n r e s u l t s d e m o n s t r a t e t h e d e s i g n e d c o n t r o l l e r h a s h i s h s y n c h r o n i z a t i o n a c c u r a c y and f a s t d y n a mi c r e s p o n s e a s w e l l a s s t ab i l i t y ．T h e l e v e l i n g c o n t r o l l e r c a n d r i v e t h e r a d a r t ruc k l e v e l i n g p l a t - for m a c c u r a t e l y ，q u i c k l y an d s t ab l y ． Ke y wo r d s R a d ar ant e n n a t ruc k ；S i m u l a t i o n s ；S y n c h r o n i z a t i o n c a p abi l i t y ；Q F T 在现代高技术战争中，雷达正发挥着越来越重要 的作用。雷达在正常工作前必须要调平，据文献报道 调平过程要占雷达工作时间的 1 ／ 3 ，因此研究缩短雷 。 达调平 时间和增加雷达机 动性 的方法具有重要 意 义 。随着液压传动技术在现代雷达天线车架设和 撤收系统中的广泛应用，对雷达天线阵面液压升降系 统的同步性能也提出了更高的要求。雷达天线阵面两 侧液压升降系统动态特性的不一致 ，是升降系统不同 步的重要因素 。作者应用液压伺服控制技术来装 备和改造 现 有 系统 ，并 利用 M A T L A B和 S i m u l i n k仿 真软件对雷达天线车液压升降系统的同步协调控制特 性进行相关仿真分析，为实际升降系统的同步控制提 供参考 。 1 雷达车液压升降系统工作原理 1 ． 1 液压升降 系统工作原理 雷达车液压升降系统原理如图 1 所示。 1 一冷却器2 一过滤器3 ～温度计4 一油泵5 一精过滤器 6 --溢流阀7 一单向阀8 一伺服 阀 9 一位移传感器L VD T 1 O 一伺服缸l 1 一压力传感器1 2 一工控机 图 1 电液伺服调平系统结构图 收稿 日期 2 0 1 2 0 2 0 5 作者简介凌轩 1 9 7 4 一，博士，讲师 主荽从事自动伺服控制方面的研究工作。E m a i l m y s o ar 1 6 3 ． c o m 。 8 2 机床与液压 第 4 1卷 油泵4为伺服缸 1 O和伺服阀 8提供驱动油源 ， 然后驱动这些伺服缸运动到所需位置。伺服缸位移被 位移传感器 L V D T 9实时检测并输入到工控机 l 2进行 处理。工控机对输入信号和给定信号进行比较并产生 系统控制信号通过 D ／ A口驱动伺服阀完成调平过程。 压力传感器 1 1能检测平台各支腿位移。 为了消除工作地面不平整和在重压之下的下陷等 影响，两侧升降装置的液压缸是完全独立的，以满足 平台两侧倾角调平需要 ，保证座车水平。 1 ． 2液 压调 平控 制方 法 选用倾角误差控制调平法 ，如图 2，主要原理 是通过4个伺服油缸的运动直接控制倾斜角。方法 为 调平时首先同时调节两个支点 至一个水平方 向，然后再同时调节另外两个支点至水平。两个倾 角 、口中，通常先让角度大的减少，并保持最高 点不 动 。如 图 2所示 的雷达天 线车液压 平 台 ，设 、 分别为平台 轴和Y轴的倾角 ， 8 是设定的调平精 度 ，可编制出调平算法为 当口 艿时，支腿 A 、D 同时上升 ；当J B 一6时，支腿 B、c同时上升 ；当 p 6时，支腿 c、D同时上升 ；当 I I n 一 时，支腿 A、B同时上升。其 中，8为 设定的倾角误差范围。采用角度调平法易于实现计 算机 自动控制 ，调平精度较高 ，对平 台结构在调平 过程中造成的 “ 伤害”最小，调平过程较平稳 ，震 动小。倾角误差控制调平法的优点是协调性好 ，算 法简单，很好地绕过复杂的解耦计算 ；缺点是调节 时间稍长 ，可能会遇到 “ 虚腿”问题 ，同时因为独 立调整两个方向时会影响另一方 向的水平度。当采 用倾角调平时，为了解决 “ 虚腿”问题 ，必须尽量 保证两个支腿的位移和速度一致 ，即有同步要求。 如果两条支腿的速度不同 ，会导致平台不断震荡调 平 ，影响调平精度 ，甚至会引起倾覆 ，这是不希望 看到 的。 调平平 图2 雷达车调平仿真台结构图 2 雷达车倾角调平仿真 2 ． 1 雷达车液压调平仿真分析 如果电液伺服系统各个通道的性能参数完全一 样 ，那么各液压缸 的位移就完全一样 ，不会有 同步误 差产生。但实际系统中由于存在负载不均衡 、摩擦阻 力、液压缸泄漏量的不同、空气的混入和制造误差等 因素，都会影响同步精度。 为了考查液压调平升降系统的同步协调性能，应 用 M A T L A B的 S i m M e c h a n i c s 工具箱建立物理仿真分 析模型 ，如图 3所示。模型搭建好后 ，取 n1 n l ， b 1 m，h 0 ． 5 m建立雷达车 4点支撑调平台物理 模型如图4 。仿真中模拟实际升降过程 中液压缸所受 负载不同及摩擦系数不同，液压缸 1 负载为 4 7 0 0 N， 黏性摩擦系数 3 0 0 0 N ／ m ／ s ；液压缸 2负载设 为 5 0 0 0 N，黏性摩擦系数 6 0 0 0 N ／ m ／ s 。得到两个伺 服缸位移变化曲线如图 5 所示。 图4 雷达车四点支撑 图5 平台调平过程中支 调平台物理模型 腿位移变化曲线 由仿真曲线可以看出，受力大、黏性摩擦系数大 的液压缸伸缩速 度要慢 些。 由于 两个液 压缸 的位 移 、 速度不同，易导致天线阵面倾斜 ，严重时设备甚至不 能正常工作，因此有必要采取同步控制策略。 第 8期 凌轩 等雷达天线车液压升降系统同步控制仿真研究 8 3 2 ． 2 雷达车液压调平控制 系统建模及仿真 雷达天线车液压升降同步控制系统属于一种电液 伺服闭环同步控制系统，作者设计了一种二缸主从位 置同步系统 ，如 图6所示把液压缸 1作为主液压 缸，液压缸 2作为从液压缸 ，以液压缸 1的输 出 Y 为理想输出，液压缸 2的输出 受到控制来跟踪这 一 选定的理想输出。 图 6 倾角调平 Q z r同步控制器模型 为了达到 y 2 很好地跟踪 Y ， 的效果，关键在于位 置控制器设计的好坏。由于电液伺服调平系统 自身的 特点 ，采用常规的数字 P I D控制器很难达到良好的效 果。作者提出采用定量反馈 Q F T 同步调平控制器 来解决由于液压元件制造误差 、通道负载不均衡等影 响同步精度等问题 ，具体设计方法可参考文献[ 8 ] ， 最终设计结果见公式 1 -- 3 ，一】、 1 2 5 ． 5 6 1 1 ． 5 8 9 一 0 ． 6 0 1 3 z 一 1 ⋯ 1 7 ⋯ s ／ O ． 3 8 41 z， G ㈤ ㈩ 图7为采用定量反馈同步调平控制两个液压缸位 移的仿真曲线图。可以看出加 了同步误差补偿后， 两缸的最大位移误差仅为 1 ． 8 m m，该控制器有比较 好的同步精度。倾角调平仿真曲线如图8 所示 ，可以 看出平台先使倾斜较大的 轴水平后 ，再使 Y 轴达 到水平。平台基本上是在不 同时间内只绕一个边转 动 ，调平精度可达 5 以内，满足系统设计要求。 图 7 带同步误差补偿跟 踪位移输出曲线 l 越 援0 图 8 雷达天线车倾 角调平曲线 3结论 对雷达天线车液压升降系统的同步控制进行了仿 真分析。由于存在负载不均衡 、摩擦阻力、液压缸泄 漏量的不同、空气的混入和制造误差等因素，都会影 响同步精度，因此有必要采取同步控制策略。仿真结 果表明应用作者设计的定量反馈同步调平控制器能 大大提高天线液压升降系统的同步性能 ，明显改善雷 达天线车的架设和撤收性能。 参考文献 【 1 】冯天麟， 唐晓群． 塔架式高机动雷达天线车的研究[ J ] ． 电子机械工程 ， 2 0 0 4 4 1 9 2 1 ． 【 2 】李小波， 孙志勇． 雷达天线 自动调平系统的设计与实现 [ J ] ． 现代雷达， 2 0 0 6 ， 2 8 7 7 4 7 6 ． 【 3 】倪江生， 翟羽健． 雷达天线车座调平问题的研究[ J ] ． 测 控技术， 1 9 9 4 ， 1 3 4 3 6 3 9 ． 【 4 】梅志松， 焦晓红， 刘晓飞． 双缸电液提升系统的鲁棒输出 反馈同步控制[ J ] ． 机床与液压 ， 2 0 1 1 ， 3 9 1 9 1 01 5 ． 【 5 】姜浩， 刘衍聪， 张彦廷， 等． 浮式钻井平台升沉模拟系 统设计[ J ] ． 机床与液压， 2 0 1 2 ， 4 0 1 9 2 9 5 ． 【 6 】凌轩， 曹树平 ， 朱玉泉， 等． 基于模糊 自 适应控制的四点 支承液压平台自动调平方法[ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 7 ， 3 5 1 1 8 4 8 6 ． 【 7 】L I N G X u a n ， L I X i a o h u i ， Z H U Y u q u a n ， e t a 1 ． A d a p t i v e F u z z y S l i d i n g Mo d e C o n t r o l o f Au t o ma t i c L e v e l i n g Me e h a - n i s m f o r R a d a r A n t e n n a T r u c k [ C] ／ ／ P r o c e e d i n g s of t h e 5 t h I n t e r n a t i o n a l S y mp o s i u m o n F l u i d P o we r T r a n s mi s s i o n a n d C o n t r o l ，B e i d a i h e ，C h i n a ，2 0 0 7 ． 【 8 】L I N G X u a n ， L I X i a o h u i ， Z H U Y u q u an， e t a 1 ． Q r r R o b u s t C o n t r o l C o mb i n e d o n Z P E T C f o r R a d a r T r u c k L e v e l i n g S i mu l a t o r [ J ] ． J o u n a l o f S h a n g h a i U n i v e r s i t y ， 2 0 0 9 ，1 3 5 3 8 43 9 0 ． 上接 第 8 0页 4 结束语 由P L C控制的轴类零件校直机突破 了传统的轴 校直工艺，提高了设备的 自动化程度。采用压力传感 器进行校直到位的判断 ，解决了原始手工校直中存在 的精确度不高及容易出事故的问题 ，提高了零件校直 的速度 ，减轻了劳动强度 ，从而提高了企业的效益。 参考文献 【 1 】 许福玲 ， 陈尧明． 液压与气压传动[ M] ． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 7 ． 【 2 】 吴中俊． 可编程序控制器原理及应用[ M] ． 北京 机械工 业 出版社 。 2 0 0 8 ． 【 3 】 贾文广 ， 王亚敏， 贺瑞燕． Y D G 2 0 0型镦管机液压系统及 P L C控制[ J ] ． 流体传动与控制， 2 0 1 1 2 4 4 4 5 ．