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基于单片机的机电调平试验系统研究论文

时间:2018-10-26 机电毕业论文 我要投稿

  0 引言

  很多特殊用途的工程车辆在工作之前要先进行精度较高的水平调整,要求调平速度快,自动化程度高,还要可靠性高。过去主要采用手工调平,由多人反复操作调节支腿,通过观察气泡达到水平,这种方法不仅调节时间长,而且精度低。目前调平系统应用较多的是采用液压调平,但液压调平系统也有诸多缺点,如调平时间较长、响应迟钝、漏油、成本高、维护困难等问题;绲髌较啾缺纫貉沟髌接诺闶堑髌绞奔涠,精度高,可靠性好等。

  1 单支腿机械结构

  本文提出一种基于单片机的机电式自动调平试验系统,调平支腿主要由驱动电机、减速器、丝杠螺母、内外套筒、限位螺钉以及行程开关组成,结构原理如图1所示。支腿通过控制驱动电机的起停以及转向将动力和转矩输出,由锥齿轮传递进行减速,同时将力矩传递给丝杠,把电机的螺旋运动转化为直线运动,从而实现支腿的举升和收藏运动,并且由限位螺钉实现支腿的快速升降功能,由上下行程开关来限制支腿的行程,调平结束后,由力传感器判断虚腿。

  2 平台调平方式

  现有调平系统的支撑方式主要有三点式、四点式以及多点式调平,其中多点式是指六点以上的调平方式。

  2.1 三点式调平

  由几何知识可知不在同一条直线上的三点确定一个平面,或者等效为不平行的两条直线确定一个平面,故可以在相交直线上各安装一个倾角传感器,通过考察平面内两条相交直线是否水平,来判断平台的水平度。

  2.2 四点式调平

  对于四点式调平系统的四条支腿布置方式按对称式布置,分别将四条支腿置于四个角的位置,这种四腿支撑的方式保证了平台受力均匀,四条支腿分列两侧也保证了调平系统平台的稳定性,同时也增强了平台的抗颠覆性能力。

  2.3 多点式调平

  多点式调平的原理相近,考虑到在调平系统工作中平台会发生形变,为了解决这个问题,通过增加支腿数量来减少平台发生形变。这显然达到了目的,但在多支腿调平系统的调平过程中,由于支腿的增加使得调平算法复杂,控制系统也变得复杂,与此同时调平系统相对应的调平时间也会相应增加,各个支腿的受力不均匀,虚腿问题更加突出。

  3 电控系统硬件构成

  倾角传感器:选用高精度数字双轴倾角传感器,能输出X、Y两个垂直方向上的角度,分辨率为0.002o,可选RS232接口,波特率可调,工作方式为应答模式和自动模式。

  压力传感器:测量支腿所承受的压力,采用RS232接口,工作于应答模式。

  位置传感器:选用性能较稳定的接近开关,用于限制丝杠的行程。

  单片机:选用ATMEL公司生产的AT89C52单片机,接收操作人员的控制按键输入,把接收到的倾角传感器和压力传感器的数值进行转换,并把结果显示在数码管上,并且选择匹配的调平方式,驱动电机按合适的方向运动和的距离,实时监控,实现调平。

  报警电路:当系统出现故障,如压力过大、丝杠超出行程,会通过蜂鸣器或点亮发光二极管通知操作人员。

  4 调平方法研究

  调平系统的调平方法主要包括角度误差调平法和位置误差调平法。角度误差调平法通过直接检测平台的X轴和Y轴的倾角值,通过伸长或缩短支腿,使倾角值减小到要求的误差范围之内。位置误差调平法首先通过计算确定每条支腿要伸长或缩短的距离,然后驱动相应支腿动作,直到四个支腿平齐,使平台达到水平。由于平台的载重一般比较大,当支腿需要缩短时,平台下降会产生较大惯性,容易发生抖动和倾覆,所以一般采用“逐高式”,即只升不降的方法实现调平。

  5 结论

  基于单片机的四支腿机电自动调平试验系统,具有控制原理简单、稳定性高、便于维护、性价比较高等优点。经测验该系统能有效地避免虚腿产生,发生倾覆现象,具有很强的通用性,该试验系统为进一步开发实际应用系统提供了硬件基础。四腿机电调平系统可以应用于汽车、雷达、卫星天线及其他需要调平的装置。

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