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基于單片機的機電調平試驗系統研究論文
0 引言
很多特殊用途的工程車(chē)輛在工作之前要先進(jìn)行精度較高的水平調整，要求調平速度快，自動(dòng)化程度高，還要可靠性高。過(guò)去主要采用手工調平，由多人反復操作調節支腿，通過(guò)觀(guān)察氣泡達到水平，這種方法不僅調節時(shí)間長(cháng)，而且精度低。目前調平系統應用較多的是采用液壓調平，但液壓調平系統也有諸多缺點(diǎn)，如調平時(shí)間較長(cháng)、響應遲鈍、漏油、成本高、維護困難等問(wèn)題。機電調平相比比液壓調平優(yōu)點(diǎn)是調平時(shí)間短，精度高，可靠性好等。
1 單支腿機械結構
本文提出一種基于單片機的機電式自動(dòng)調平試驗系統，調平支腿主要由驅動(dòng)電機、減速器、絲杠螺母、內外套筒、限位螺釘以及行程開(kāi)關(guān)組成，結構原理如圖1所示。支腿通過(guò)控制驅動(dòng)電機的起停以及轉向將動(dòng)力和轉矩輸出，由錐齒輪傳遞進(jìn)行減速，同時(shí)將力矩傳遞給絲杠，把電機的螺旋運動(dòng)轉化為直線(xiàn)運動(dòng)，從而實(shí)現支腿的舉升和收藏運動(dòng)，并且由限位螺釘實(shí)現支腿的快速升降功能，由上下行程開(kāi)關(guān)來(lái)限制支腿的行程，調平結束后，由力傳感器判斷虛腿。
2 平臺調平方式
現有調平系統的支撐方式主要有三點(diǎn)式、四點(diǎn)式以及多點(diǎn)式調平，其中多點(diǎn)式是指六點(diǎn)以上的調平方式。
2.1 三點(diǎn)式調平
由幾何知識可知不在同一條直線(xiàn)上的三點(diǎn)確定一個(gè)平面，或者等效為不平行的兩條直線(xiàn)確定一個(gè)平面，故可以在相交直線(xiàn)上各安裝一個(gè)傾角傳感器，通過(guò)考察平面內兩條相交直線(xiàn)是否水平，來(lái)判斷平臺的水平度。
2.2 四點(diǎn)式調平
對于四點(diǎn)式調平系統的四條支腿布置方式按對稱(chēng)式布置，分別將四條支腿置于四個(gè)角的位置，這種四腿支撐的方式保證了平臺受力均勻，四條支腿分列兩側也保證了調平系統平臺的穩定性，同時(shí)也增強了平臺的抗顛覆性能力。
2.3 多點(diǎn)式調平
多點(diǎn)式調平的原理相近，考慮到在調平系統工作中平臺會(huì )發(fā)生形變，為了解決這個(gè)問(wèn)題，通過(guò)增加支腿數量來(lái)減少平臺發(fā)生形變。這顯然達到了目的，但在多支腿調平系統的調平過(guò)程中，由于支腿的增加使得調平算法復雜，控制系統也變得復雜，與此同時(shí)調平系統相對應的調平時(shí)間也會(huì )相應增加，各個(gè)支腿的受力不均勻，虛腿問(wèn)題更加突出。
3 電控系統硬件構成
傾角傳感器：選用高精度數字雙軸傾角傳感器，能輸出X、Y兩個(gè)垂直方向上的角度，分辨率為0.002o，可選RS232接口，波特率可調，工作方式為應答模式和自動(dòng)模式。
壓力傳感器：測量支腿所承受的壓力，采用RS232接口，工作于應答模式。
位置傳感器：選用性能較穩定的接近開(kāi)關(guān)，用于限制絲杠的行程。
單片機：選用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C52單片機，接收操作人員的控制按鍵輸入，把接收到的傾角傳感器和壓力傳感器的數值進(jìn)行轉換，并把結果顯示在數碼管上，并且選擇匹配的調平方式，驅動(dòng)電機按合適的方向運動(dòng)和的距離，實(shí)時(shí)監控，實(shí)現調平。
報警電路：當系統出現故障，如壓力過(guò)大、絲杠超出行程，會(huì )通過(guò)蜂鳴器或點(diǎn)亮發(fā)光二極管通知操作人員。
4 調平方法研究
調平系統的調平方法主要包括角度誤差調平法和位置誤差調平法。角度誤差調平法通過(guò)直接檢測平臺的X軸和Y軸的傾角值，通過(guò)伸長(cháng)或縮短支腿，使傾角值減小到要求的誤差范圍之內。位置誤差調平法首先通過(guò)計算確定每條支腿要伸長(cháng)或縮短的距離，然后驅動(dòng)相應支腿動(dòng)作，直到四個(gè)支腿平齊，使平臺達到水平。由于平臺的載重一般比較大，當支腿需要縮短時(shí)，平臺下降會(huì )產(chǎn)生較大慣性，容易發(fā)生抖動(dòng)和傾覆，所以一般采用“逐高式”，即只升不降的方法實(shí)現調平。
5 結論
基于單片機的四支腿機電自動(dòng)調平試驗系統，具有控制原理簡(jiǎn)單、穩定性高、便于維護、性?xún)r(jià)比較高等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)測驗該系統能有效地避免虛腿產(chǎn)生，發(fā)生傾覆現象，具有很強的通用性，該試驗系統為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)實(shí)際應用系統提供了硬件基礎。四腿機電調平系統可以應用于汽車(chē)、雷達、衛星天線(xiàn)及其他需要調平的裝置。
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