專利名稱：一種具有多收放手段的機(jī)載吊放聲納絞車及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)載吊放聲納絞車的技術(shù)范疇，尤其涉及內(nèi)嵌預(yù)測(cè)控制的專家系統(tǒng)、 提供多收放手段的吊放聲納絞車。
背景技術(shù)：
裝備吊放聲納的艦載直升機(jī)是反潛的有力武器，現(xiàn)有技術(shù)條件下，反潛直升機(jī)與潛艇的博弈中占據(jù)明顯優(yōu)勢(shì)。吊放聲納具有尺寸小、重量輕、機(jī)動(dòng)靈活、反應(yīng)速度快，能探測(cè)、識(shí)別和追蹤多個(gè)目標(biāo)，且可長(zhǎng)期反復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)?！跋葦嘲l(fā)現(xiàn)”是信息戰(zhàn)獲勝的首要條件，由于吊放聲納的安裝平臺(tái)是艦載直升機(jī)，直升機(jī)的航程事實(shí)上就是反潛直升機(jī)母艦“先敵發(fā)現(xiàn)”的距離。另一方面，無論是潛艇或是反潛機(jī)母艦的艦載聲納均受到艦艇自身噪聲的干擾，導(dǎo)致艦載聲納的效用大打折扣；而直升機(jī)與吊放聲納分別位于氣、液兩種工作介質(zhì)，即直升機(jī)噪聲基本不會(huì)干擾吊放聲納的工作、也不易被潛艇聲納探測(cè)，這不僅有助于吊放聲納的“先敵發(fā)現(xiàn)”，更有利于直升機(jī)自身的安全。因此，機(jī)載吊放聲納得到各國海軍的極大關(guān)注；同樣，機(jī)載吊放聲納必配的收放系統(tǒng)一絞車亦成為研究熱點(diǎn)。吊放聲納起源于 20世紀(jì)40年代末的美國，最早裝備是AN/AQS-l、-3 ；其他國家通過引進(jìn)美國的產(chǎn)品，或仿制或自行研制，如法國的HS-12，俄羅斯的B Γ C-3等。機(jī)載吊放聲納必配的收放系統(tǒng)--絞車，典型產(chǎn)品有美國的 AN/AQS-13/18、AN/AQS-22，法國的 DUAV-1 (-1Β)、HS-70、HS-71 (DUAV-4)、HS-73、HS-12 等。我國在引進(jìn)國外吊放聲納絞車的基礎(chǔ)上，開展了全方位的消化吸收和自主研發(fā)， 取得了一系列成果。目前，吊放聲納絞車應(yīng)具備的技術(shù)特征己形成共識(shí)安全可靠和高可用性，輕量化和高效性，對(duì)不同環(huán)境(不穩(wěn)定的氣流或直升機(jī)必需的戰(zhàn)場(chǎng)機(jī)動(dòng))的適應(yīng)能力以及與直升機(jī)臨界設(shè)計(jì)的協(xié)調(diào)配合等。所謂臨界設(shè)計(jì)，是指直升機(jī)各系統(tǒng)大多按材料、器件的臨界值設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)余量大大小于通常的工程設(shè)計(jì)。顯然，滿足吊放聲納絞車的需求是對(duì)設(shè)計(jì)工作的嚴(yán)峻考驗(yàn)。

發(fā)明內(nèi)容
一種具有多種收放手段的機(jī)載吊放聲納絞車包括纜位角傳感器(1)、計(jì)長(zhǎng)滑輪 (2)、張力傳感器(3)、纜繩(4)、卷筒(5)、排纜滑輪(6)、排纜軸(7)、下限傳感器(8)、測(cè)速發(fā)電機(jī)(9)、剎車(10)、接近傳感器(11)、應(yīng)急電機(jī)(12)、減速箱(13)、液壓馬達(dá)(14)、伺服閥(15)、電磁閥(16)、上限傳感器(17)、斷纜裝置(18)、纜長(zhǎng)傳感器(19)、控制盒(19)，控制盒(19)包括顯示器(1901)、控制器(1902)、應(yīng)急開關(guān)(1903)、提升開關(guān)(1904)、下放開關(guān) (1905);其中，纜繩(4) 一端固定在卷筒(5)上，纜繩(4)的另一端依次經(jīng)過排纜滑輪(6)、 計(jì)長(zhǎng)滑輪(2)、纜位角傳感器(1)、上限傳感器(17)、斷纜裝置(18)，計(jì)長(zhǎng)滑輪(2)位于纜繩 (4)的出口處，纜長(zhǎng)傳感器(3)安裝在計(jì)長(zhǎng)滑輪(2)上，排纜滑輪(6)與排纜軸(7)相連，卷筒(5)分別與下限傳感器(8)、減速箱(13)相連，減速箱(13)與測(cè)速發(fā)電機(jī)(9)、剎車(10)、 接近傳感器(11)、應(yīng)急電機(jī)(12)、液壓馬達(dá)(14)相連，液壓馬達(dá)(14)與伺服閥(15)相連，電磁閥(16)與剎車(10)相連，控制盒(19)分別與纜位角傳感器(1)、纜長(zhǎng)傳感器(3)、下限傳感器(8)、測(cè)速發(fā)電機(jī)(9)、接近傳感器(11)、伺服閥(15)、電磁閥(16)、上限傳感器(17)相連。一種具有多種收放手段的機(jī)載吊放聲納絞車的纜繩根據(jù)纜長(zhǎng)傳感器的脈沖信號(hào)， 計(jì)算出計(jì)長(zhǎng)滑輪旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)，根據(jù)公式Z=A^Mn計(jì)算出放纜長(zhǎng)度，其中Z為放纜長(zhǎng)度，#力計(jì)長(zhǎng)滑輪旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，々為計(jì)長(zhǎng)滑輪直徑。一種具有多種收放手段的機(jī)載吊放聲納絞車的控制盒電路控制器的引腳22與顯示器的引腳11相連、控制器的引腳沈與顯示器的引腳12相連、控制器的引腳四與顯示器的引腳15相連、控制器的引腳30與顯示器的引腳16相連、控制器的引腳31與顯示器的引腳17相連、顯示器的引腳21與電容C1、C2的一端并聯(lián)后與Vdd相連、顯示器的引腳4與電阻Rl的一端相連、顯示器的引腳3與電容C3的一端相連、顯示器的引腳2與電容C4、C5 的一端并聯(lián)后與Vcc相連、顯示器的引腳19、20與電容Cl、C2、C3、C4、C5的另一端以及電阻Rl的另一端并聯(lián)后接地，提升開關(guān)的引腳2與控制器引腳38相連、提升開關(guān)的引腳1與電阻R3的一端相連、下放開關(guān)的引腳2與控制器引腳39相連、下放開關(guān)的引腳1與電阻R2 的一端相連、應(yīng)急開關(guān)的引腳2與控制器的引進(jìn)45相連、應(yīng)急開關(guān)的引腳1與電阻R4的一端相連、電阻R2的另一端與電阻R3、R4的另一端并聯(lián)后接Vcc ；其中控制器采用ARM7芯片 LPC2114，顯示器采用 0S128064P。—種具有多種收放手段的機(jī)載吊放聲納絞車的控制方法采用絞車控制盒作為絞車的核心控制單元，接收來自纜位角傳感器、張力傳感器、下限傳感器、測(cè)速發(fā)電機(jī)、接近傳感器、上限傳感器、纜長(zhǎng)傳感器的絞車狀態(tài)信號(hào)，控制電磁閥和伺服閥的動(dòng)作，控制器提供 RS-422串行接口，發(fā)送絞車的狀態(tài)信息，用于直升機(jī)懸停控制以及出現(xiàn)緊急情況時(shí)，啟動(dòng)斷纜裝置斷纜自保；絞車控制盒內(nèi)嵌預(yù)測(cè)控制的專家系統(tǒng)，專家系統(tǒng)根據(jù)直升機(jī)高度變化、 速度值判別絞車的平穩(wěn)/非平穩(wěn)外部工況，參照纜長(zhǎng)和直升機(jī)高度值、專家系統(tǒng)輸出纜繩收放速度給定值并實(shí)施速度預(yù)測(cè)控制；在平穩(wěn)工況下，絞車在最短時(shí)間內(nèi)使放纜速度達(dá)到 4m/s，并保持勻速直到距海平面4米時(shí)均勻減速，在距海平面1米時(shí)將速度控制在2m/s，入水后加速至4m/s，直至距目的地2米時(shí)勻減速，到達(dá)指定位置后減速停止；在非平穩(wěn)工況下，絞車以均勻加速使放纜速度達(dá)到2m/s，并保持勻速直到入水，入水后加速至3. 5m/s，直至距目的地3米時(shí)勻減速，到達(dá)指定位置后減速停止；液壓馬達(dá)(14)在絞車收放聲納時(shí)以馬達(dá)/泵兩種不同模式工作；絞車提升負(fù)載時(shí)，液壓馬達(dá)(14)處于馬達(dá)工作模式高壓油經(jīng)伺服閥(15)的A 口至液壓馬達(dá)(14)的A腔，推動(dòng)液壓馬達(dá)(14)旋轉(zhuǎn)，油從液壓馬達(dá)(14) B腔、直接回油箱。液壓馬達(dá)(14)旋轉(zhuǎn)通過減速帶動(dòng)卷筒(5)旋轉(zhuǎn)將纜繩(4)纏繞在卷筒 (5)上，纜繩(4)帶動(dòng)負(fù)載提升，在提升過程中，伺服閥(15)的B 口沒有用到，四通的伺服閥 (15)當(dāng)作三通在使用，停止時(shí)逐漸將伺服閥(15)控制電流減小到零，絞車速度逐漸減速至停止，然后將電磁閥(16)斷電，剎車(10)制動(dòng)；絞車下放負(fù)載時(shí)，液壓馬達(dá)(14)處于泵工作模式液壓馬達(dá)(14)從B腔吸油，在液壓馬達(dá)(14)A腔泵出的油經(jīng)伺服閥(15)A 口通往伺服閥(15) T 口再回到液壓馬達(dá)(14) B腔，形成了一個(gè)回路，通過回油節(jié)流的方式平衡負(fù)載力；停止時(shí)逐漸將伺服閥(15)控制電流減小到零，閥口液阻逐漸增大，液壓馬達(dá)(14)泵出的流量逐漸減小，絞車下放速度逐漸減小，最后停止。一種具有多種收放手段的機(jī)載吊放聲納絞車的控制方法，其特征在于所述的內(nèi)嵌預(yù)測(cè)控制的專家系統(tǒng)包括人機(jī)界面、解釋機(jī)制、推理機(jī)、知識(shí)獲取、數(shù)據(jù)庫、知識(shí)庫6個(gè)部分組成，其中推理機(jī)中內(nèi)嵌預(yù)測(cè)控制單元。專家系統(tǒng)對(duì)吊放聲納絞車控制基于規(guī)則的推理機(jī)， 其中，專家系統(tǒng)的知識(shí)庫包括如下10條規(guī)則規(guī)則1
如果限位開關(guān)閉合則電機(jī)停轉(zhuǎn)規(guī)則2
如果氣流不穩(wěn)定直升機(jī)姿態(tài)調(diào)節(jié)成功則 絞車進(jìn)入平穩(wěn)工況規(guī)則3
如果氣流不穩(wěn)定直升機(jī)姿態(tài)調(diào)節(jié)失敗則 絞車進(jìn)入非平穩(wěn)工況規(guī)則4
如果纜位角信號(hào)出現(xiàn)偏移則 直升機(jī)調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)規(guī)則5
如果直升機(jī)水平機(jī)動(dòng)纜位角信號(hào)出現(xiàn)橫向偏移則 纜速動(dòng)態(tài)修正規(guī)則6
如果接近限位開關(guān)閉合則 絞車慢速就位規(guī)則7
如果直升機(jī)高速運(yùn)動(dòng)則 快速收纜規(guī)則8
如果絞車液壓、電動(dòng)收放控制失效則 切換手動(dòng)控制模式規(guī)則9
如果開始收纜則 液壓馬達(dá)切換工作模式規(guī)則10
如果絞車出現(xiàn)故障直升機(jī)姿態(tài)不可控則 應(yīng)急切纜
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有纜繩絞車的不足，提供一種配置三種收放手段具有安全可靠和高可用性、采用內(nèi)嵌預(yù)測(cè)控制的專家系統(tǒng)具備適應(yīng)不同環(huán)境以及與直升機(jī)臨界設(shè)計(jì)配合的輕量化高效吊放聲納絞車。本發(fā)明與背景技術(shù)相比，具有的有益效果是
1)吊放聲納絞車提供液壓、電動(dòng)、手動(dòng)三種收放手段，以及危急情況下斷纜自保(直升機(jī)和機(jī)務(wù)人員)的應(yīng)急措施，達(dá)到了絞車的安全可靠和高可用性；
2)絞車收放聲納時(shí)，液壓馬達(dá)分別以馬達(dá)/泵兩種不同模式工作，實(shí)現(xiàn)了與直升機(jī)臨界設(shè)計(jì)的良好配合；
3)纜繩出口處的計(jì)長(zhǎng)滑輪上安裝纜長(zhǎng)傳感器，消除了絞車多層排纜時(shí)各層排纜直徑不一的誤差，提高了控制精度；
4)吊放聲納絞車采用內(nèi)嵌預(yù)測(cè)控制的專家系統(tǒng)，專家系統(tǒng)根據(jù)直升機(jī)高度變化、速度值判別絞車的平穩(wěn)/非平穩(wěn)外工況，參照纜長(zhǎng)和直升機(jī)高度值、專家系統(tǒng)輸出纜繩收放速度給定值并實(shí)施速度預(yù)測(cè)控制，不僅滿足了環(huán)境適應(yīng)性要求，而且兼顧了高效安全性要求。


圖1是吊放聲納絞車結(jié)構(gòu)圖； 圖2是纜長(zhǎng)傳感器原理圖3A是纜長(zhǎng)傳感器順時(shí)針(CW)輸出信號(hào)圖； 圖3B是纜長(zhǎng)傳感器逆時(shí)針(CCW)輸出信號(hào)圖； 圖4是纜長(zhǎng)傳感器安裝圖； 圖5是吊放聲納絞車的控制盒電路圖； 圖6是吊放聲納絞車控制結(jié)構(gòu)圖； 圖7是平穩(wěn)工況放纜速度圖； 圖8是非平穩(wěn)工控放纜速度圖； 圖9是吊放聲納絞車液壓原理圖； 圖10是內(nèi)嵌預(yù)測(cè)控制的專家系統(tǒng)框圖； 圖11是簡(jiǎn)化液壓系統(tǒng)原理圖； 圖12是專家系統(tǒng)規(guī)則機(jī)； 圖13是吊放聲納絞車控制系統(tǒng)流程圖。
具體實(shí)施例方式如圖1、圖2所示，一種具有多種收放手段的機(jī)載吊放聲納絞車包括纜位角傳感器 (1)、計(jì)長(zhǎng)滑輪(2)、張力傳感器(3)、纜繩(4)、卷筒(5)、排纜滑輪(6)、排纜軸(7)、下限傳感器(8)、測(cè)速發(fā)電機(jī)(9)、剎車(10)、接近傳感器(11)、應(yīng)急電機(jī)(12)、減速箱(13)、液壓馬達(dá)(14)、伺服閥(15)、電磁閥(16)、上限傳感器(17)、斷纜裝置(18)、纜長(zhǎng)傳感器(19)、 控制盒(19)，控制盒(19)包括顯示器(1901)、控制器(1902)、應(yīng)急開關(guān)(1903)、提升開關(guān) (1904)、下放開關(guān)(1905);其中，纜繩(4) 一端固定在卷筒(5)上，纜繩(4)的另一端依次經(jīng)過排纜滑輪(6)、計(jì)長(zhǎng)滑輪(2)、纜位角傳感器(1)、上限傳感器(17)、斷纜裝置(18)，計(jì)長(zhǎng)滑輪(2)位于纜繩(4)的出口處，纜長(zhǎng)傳感器(3)安裝在計(jì)長(zhǎng)滑輪(2)上，排纜滑輪(6)與排纜軸(7)相連，卷筒(5)分別與下限傳感器(8)、減速箱(13)相連，減速箱(13)與測(cè)速發(fā)電機(jī) (9)、剎車(10)、接近傳感器(11)、應(yīng)急電機(jī)(12)、液壓馬達(dá)(14)相連，液壓馬達(dá)(14)與伺服閥(15)相連，電磁閥(16)與剎車(10)相連，控制盒(19)分別與纜位角傳感器(1)、纜長(zhǎng)傳感器(3)、下限傳感器(8)、測(cè)速發(fā)電機(jī)(9)、接近傳感器(11)、伺服閥(15)、電磁閥(16)、上限傳感器(17)相連。纜長(zhǎng)傳感器的原理、輸出信號(hào)如圖2、圖3A、圖;3B所示，纜長(zhǎng)傳感器為增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器(型號(hào)E6B2-CWZ6C)。本絞車選用軸式張力傳感器對(duì)張力進(jìn)行直接檢測(cè)，型號(hào)為L(zhǎng)MP20_49，量程為 (TlOOOkg，經(jīng)放大后的輸出信號(hào)為4 20mA。速度傳感器檢測(cè)纜繩收放的速度，其信號(hào)作為速度閉環(huán)控制的反饋信號(hào)；本絞車的速度傳感器為測(cè)速發(fā)電機(jī)，型號(hào)為45CY004。上限傳感器用于檢車絞車是否將纜繩完全收回。上限傳感器選用微動(dòng)開關(guān)用機(jī)械方式觸發(fā)。微動(dòng)開關(guān)型號(hào)為XCG3Z1，使用其常閉觸點(diǎn)，對(duì)應(yīng)端子1、2，上限被觸發(fā)時(shí)觸點(diǎn)斷開。下限傳感器用于檢測(cè)纜繩是否被放完。防止過量放纜導(dǎo)致纜繩丟失。下限傳感器也采用微動(dòng)開關(guān)，型號(hào)為XCF3Z1，使用其常開觸點(diǎn)，對(duì)應(yīng)端子1、4，到達(dá)下限前，由纜繩壓住微動(dòng)開關(guān)使觸點(diǎn)閉合，纜繩放至下限位時(shí)，纜繩離開微動(dòng)開關(guān)，觸點(diǎn)斷開。接近傳感器用于在纜繩完全收回前!Μ給出信號(hào)，絞車控制系統(tǒng)根據(jù)該信號(hào)對(duì)絞車進(jìn)行限速，使絞車以慢速就位。以保護(hù)纜繩和被收放的儀器設(shè)備。接近傳感器選用微動(dòng)開關(guān)，型號(hào)為XCG3Z1，使用其常閉觸點(diǎn)，對(duì)應(yīng)端子1、2，接近時(shí)，觸點(diǎn)斷開。纜位角傳感器用于在直升機(jī)懸停時(shí)檢測(cè)吊放纜繩在縱向和橫向兩個(gè)方向上偏離中心位置的角度絞車平臺(tái)可根據(jù)纜位角信號(hào)調(diào)整平臺(tái)位置，使纜繩始終與水平面垂直，這樣可以保證被收放儀器設(shè)備的姿態(tài)穩(wěn)定，便于儀器設(shè)備高性能工作。纜位傳感器選用霍爾型非接觸式高精密電位器，信號(hào)經(jīng)放大匹配后輸出范圍為0 士5V。纜位角信號(hào)有兩路， 一路檢測(cè)橫向纜位偏移角度，一路用于檢測(cè)縱向纜位偏移角。電磁閥用于絞車啟動(dòng)時(shí)液壓松開剎車；伺服閥用于控制液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)方向，液壓馬達(dá)再通過減速器減速后驅(qū)動(dòng)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)液壓系統(tǒng)失效時(shí)，絞車可以通過應(yīng)急電動(dòng)機(jī)將放出去的纜收回。絞車還可以通過手搖提升在短距離內(nèi)對(duì)纜進(jìn)行收放，不適于長(zhǎng)距離收放。緊急情況下，可以通過斷纜裝置迅速切斷聲納纜繩。斷纜裝置采用電點(diǎn)火炸藥推動(dòng)切斷纜繩。如圖4所示，檢測(cè)絞車放出纜繩的長(zhǎng)度，通常通過對(duì)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)；這種方式的固有缺點(diǎn)是絞車多層排纜時(shí)，由于每層排纜的直徑不一樣，卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)的計(jì)數(shù)值和纜長(zhǎng)僅在同一層是線性關(guān)系，不同層之間需要根據(jù)直徑對(duì)比例系數(shù)進(jìn)行修正，計(jì)算繁瑣且引進(jìn)誤差；此外，纜長(zhǎng)的精度還受到排纜整齊程度的影響。為了提高纜長(zhǎng)的精度，計(jì)長(zhǎng)滑輪位于纜繩的出口處，纜長(zhǎng)傳感器安裝在計(jì)長(zhǎng)滑輪上，絞車收放時(shí)，控制器根據(jù)纜長(zhǎng)傳感器的脈沖信號(hào)，計(jì)算出計(jì)長(zhǎng)滑輪旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)，根據(jù)公式計(jì)算出放纜長(zhǎng)度，其中Z為放纜長(zhǎng)度，#力計(jì)長(zhǎng)滑輪旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，々為計(jì)長(zhǎng)滑輪直徑。由于纜繩過導(dǎo)輪時(shí)直徑為定值，導(dǎo)輪的圈數(shù)計(jì)數(shù)值和纜長(zhǎng)是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，且與排纜整齊度無關(guān)。如圖5所示，一種具有多種收放手段的機(jī)載吊放聲納絞車的控制盒電路控制器的引腳22與顯示器的引腳11相連、控制器的引腳沈與顯示器的引腳12相連、控制器的引腳29與顯示器的引腳15相連、控制器的引腳30與顯示器的引腳16相連、控制器的引腳31 與顯示器的引腳17相連、顯示器的引腳21與電容C1、C2的一端并聯(lián)后與Vdd相連、顯示器的引腳4與電阻Rl的一端相連、顯示器的引腳3與電容C3的一端相連、顯示器的引腳2與電容C4、C5的一端并聯(lián)后與Vcc相連、顯示器的引腳19,20與電容Cl、C2、C3、C4、C5的另一端以及電阻Rl的另一端并聯(lián)后接地，提升開關(guān)的引腳2與控制器引腳38相連、提升開關(guān)的引腳1與電阻R3的一端相連、下放開關(guān)的引腳2與控制器引腳39相連、下放開關(guān)的引腳 1與電阻R2的一端相連、應(yīng)急開關(guān)的引腳2與控制器的引進(jìn)45相連、應(yīng)急開關(guān)的引腳1與電阻R4的一端相連、電阻R2的另一端與電阻R3、R4的另一端并聯(lián)后接Vcc ；其中控制器采用ARM7芯片LPC2114，顯示器采用0S128064P。

如圖6所示，一種具有多種收放手段的機(jī)載吊放聲納絞車的控制方法，采用絞車控制盒作為絞車的核心控制單元，接收來自纜位角傳感器、張力傳感器、下限傳感器、測(cè)速發(fā)電機(jī)、接近傳感器、上限傳感器、纜長(zhǎng)傳感器的絞車狀態(tài)信號(hào)，控制電磁閥和伺服閥的動(dòng)作，控制器提供RS-422串行接口，發(fā)送絞車的狀態(tài)信息，用于直升機(jī)懸停控制以及出現(xiàn)緊急情況時(shí)，啟動(dòng)斷纜裝置斷纜自保；絞車控制盒內(nèi)嵌預(yù)測(cè)控制的專家系統(tǒng)，專家系統(tǒng)根據(jù)直升機(jī)高度變化、速度值判別絞車的平穩(wěn)/非平穩(wěn)外部工況，參照纜長(zhǎng)和直升機(jī)高度值、專家系統(tǒng)輸出纜繩收放速度給定值并實(shí)施速度預(yù)測(cè)控制；如圖7所示，在平穩(wěn)工況下，絞車在最短時(shí)間內(nèi)使放纜速度達(dá)到4m/s，并保持勻速直到距海平面4米時(shí)均勻減速，在距海平面1 米時(shí)將速度控制在2m/s，入水后加速至4m/s，直至距目的地2米時(shí)勻減速，到達(dá)指定位置后減速停止；以距海平面15米高度空中放纜至距海平面-50米處為例設(shè)聲納投放目的地距在距海平面15米到10米時(shí)，絞車均勻加速至4m/s并保持勻速運(yùn)行，直至距海平面4米時(shí)開始均勻減速，在距海平面1米時(shí)速度降至2m/s，入水后加速至4m/s，在到距海平面-48 米處均減速，到達(dá)指定位置后減速停止；如圖8所示，在非平穩(wěn)工況下，絞車以均勻加速使放纜速度達(dá)到2m/s，并保持勻速直到入水，入水后加速至3. 5m/s，直至距目的地3米時(shí)勻減速，到達(dá)指定位置后減速停止。以距海平面15米高度空中放纜距海平面-50米處為例在距海平面15米到10米時(shí)，絞車均勻加速至2m/s并保持勻速運(yùn)行，直至入水，入水后加速至 3. 5m/s，在到距海平面-47米處均減速，到達(dá)指定位置后減速停止。如圖9所示，液壓馬達(dá) (14)在絞車收放聲納時(shí)以馬達(dá)/泵兩種不同模式工作；絞車提升負(fù)載時(shí)，液壓馬達(dá)(14)處于馬達(dá)工作模式高壓油經(jīng)伺服閥(15)的A 口至液壓馬達(dá)(14)的A腔，推動(dòng)液壓馬達(dá)(14) 旋轉(zhuǎn)，油從液壓馬達(dá)(14)B腔、直接回油箱。液壓馬達(dá)(14)旋轉(zhuǎn)通過減速帶動(dòng)卷筒(5)旋轉(zhuǎn)將纜繩(4)纏繞在卷筒(5)上，纜繩(4)帶動(dòng)負(fù)載提升，在提升過程中，伺服閥(15)的B 口沒有用到，四通的伺服閥(15)當(dāng)作三通在使用，停止時(shí)逐漸將伺服閥(15)控制電流減小到零，絞車速度逐漸減速至停止，然后將電磁閥(16)斷電，剎車(10)制動(dòng)；絞車下放負(fù)載時(shí)， 液壓馬達(dá)(14)處于泵工作模式液壓馬達(dá)(14)從B腔吸油，在液壓馬達(dá)(14)A腔泵出的油經(jīng)伺服閥(15)A 口通往伺服閥(15)T 口再回到液壓馬達(dá)(14)B腔，形成了一個(gè)回路，通過回油節(jié)流的方式平衡負(fù)載力；停止時(shí)逐漸將伺服閥(15)控制電流減小到零，閥口液阻逐漸增大，液壓馬達(dá)(14)泵出的流量逐漸減小，絞車下放速度逐漸減小，最后停止。如圖10所示，一種具有多種收放手段的機(jī)載吊放聲納絞車的內(nèi)嵌預(yù)測(cè)控制的專家系統(tǒng)包括人機(jī)界面、解釋機(jī)制、推理機(jī)、知識(shí)獲取、數(shù)據(jù)庫、知識(shí)庫6個(gè)部分組成，其中推理機(jī)中內(nèi)嵌預(yù)測(cè)控制單元。為了提高專家系統(tǒng)推理機(jī)的工作效率，專家系統(tǒng)對(duì)絞車的液壓系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)化，簡(jiǎn)化后的液壓系統(tǒng)為一三通閥控制液壓馬達(dá)，如圖11所示。由于伺服閥的頻寬遠(yuǎn)大于液壓固有頻率，假設(shè)伺服閥近似為比例環(huán)節(jié)，絞車提升時(shí)馬達(dá)工作在馬達(dá)工況，閥的線性化流量方程為
權(quán)利要求
1.一種具有多種收放手段的機(jī)載吊放聲納絞車，其特征包括纜位角傳感器(1)、計(jì)長(zhǎng)滑輪(2)、張力傳感器(3)、纜繩(4)、卷筒(5)、排纜滑輪(6)、排纜軸(7)、下限傳感器(8)、 測(cè)速發(fā)電機(jī)(9)、剎車(10)、接近傳感器(11)、應(yīng)急電機(jī)(12)、減速箱(13)、液壓馬達(dá)(14)、 伺服閥(15)、電磁閥(16)、上限傳感器(17)、斷纜裝置(18)、纜長(zhǎng)傳感器(19)、控制盒 (19)，控制盒(19)包括顯示器(1901)、控制器(1902)、應(yīng)急開關(guān)(1903)、提升開關(guān)(1904)、 下放開關(guān)(1905);其中，纜繩(4)一端固定在卷筒(5)上，纜繩(4)的另一端依次經(jīng)過排纜滑輪(6)、計(jì)長(zhǎng)滑輪(2)、纜位角傳感器(1)、上限傳感器(17)、斷纜裝置(18)，計(jì)長(zhǎng)滑輪(2)位于纜繩(4)的出口處，纜長(zhǎng)傳感器(3)安裝在計(jì)長(zhǎng)滑輪(2)上，排纜滑輪(6)與排纜軸(7)相連，卷筒(5)分別與下限傳感器(8)、減速箱(13)相連，減速箱(13)與測(cè)速發(fā)電機(jī)(9)、剎車 (10)、接近傳感器(11)、應(yīng)急電機(jī)(12)、液壓馬達(dá)(14)相連，液壓馬達(dá)(14)與伺服閥(15)相連，電磁閥(16)與剎車(10)相連，控制盒(19)分別與纜位角傳感器(1)、纜長(zhǎng)傳感器(3)、 下限傳感器(8)、測(cè)速發(fā)電機(jī)(9)、接近傳感器(11)、伺服閥(15)、電磁閥(16)、上限傳感器 (17)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有多種收放手段的機(jī)載吊放聲納絞車，其特征在于所述的纜繩根據(jù)纜長(zhǎng)傳感器的脈沖信號(hào)，計(jì)算出計(jì)長(zhǎng)滑輪旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)，根據(jù)公式計(jì)算出放纜長(zhǎng)度，其中Z為放纜長(zhǎng)度，#力計(jì)長(zhǎng)滑輪旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，々為計(jì)長(zhǎng)滑輪直徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有多種收放手段的機(jī)載吊放聲納絞車，其特征在于所述的控制盒電路為控制器的引腳22與顯示器的引腳11相連、控制器的引腳沈與顯示器的引腳12相連、控制器的引腳四與顯示器的引腳15相連、控制器的引腳30與顯示器的引腳16相連、控制器的引腳31與顯示器的引腳17相連、顯示器的引腳21與電容C1、C2的一端并聯(lián)后與Vdd相連、顯示器的引腳4與電阻Rl的一端相連、顯示器的引腳3與電容C3的一端相連、顯示器的引腳2與電容C4、C5的一端并聯(lián)后與Vcc相連、顯示器的引腳19、20與電容C1、C2、C3、C4、C5的另一端以及電阻Rl的另一端并聯(lián)后接地，提升開關(guān)的引腳2與控制器引腳38相連、提升開關(guān)的引腳1與電阻R3的一端相連、下放開關(guān)的引腳2與控制器引腳39相連、下放開關(guān)的引腳1與電阻R2的一端相連、應(yīng)急開關(guān)的引腳2與控制器的引進(jìn)45 相連、應(yīng)急開關(guān)的引腳1與電阻R4的一端相連、電阻R2的另一端與電阻R3、R4的另一端并聯(lián)后接Vcc ；其中控制器采用ARM7芯片LPC2114，顯示器采用0S128064P。
4.一種具有多種收放手段的機(jī)載吊放聲納絞車的控制方法，其特征在于采用絞車控制盒作為絞車的核心控制單元，接收來自纜位角傳感器、張力傳感器、下限傳感器、測(cè)速發(fā)電機(jī)、接近傳感器、上限傳感器、纜長(zhǎng)傳感器的絞車狀態(tài)信號(hào)，控制電磁閥和伺服閥的動(dòng)作， 控制器提供RS-422串行接口，發(fā)送絞車的狀態(tài)信息，用于直升機(jī)懸?？刂埔约俺霈F(xiàn)緊急情況時(shí)，啟動(dòng)斷纜裝置斷纜自保；絞車控制盒內(nèi)嵌預(yù)測(cè)控制的專家系統(tǒng)，專家系統(tǒng)根據(jù)直升機(jī)高度變化、速度值判別絞車的平穩(wěn)/非平穩(wěn)外部工況，參照纜長(zhǎng)和直升機(jī)高度值、專家系統(tǒng)輸出纜繩收放速度給定值并實(shí)施速度預(yù)測(cè)控制；在平穩(wěn)工況下，絞車在最短時(shí)間內(nèi)使放纜速度達(dá)到4m/s，并保持勻速直到距海平面4米時(shí)均勻減速，在距海平面1米時(shí)將速度控制在2m/s，入水后加速至4m/s，直至距目的地2米時(shí)勻減速，到達(dá)指定位置后減速停止；在非平穩(wěn)工況下，絞車以均勻加速使放纜速度達(dá)到2m/s，并保持勻速直到入水，入水后加速至 3. 5m/s，直至距目的地3米時(shí)勻減速，到達(dá)指定位置后減速停止；液壓馬達(dá)(14)在絞車收放聲納時(shí)以馬達(dá)/泵兩種不同模式工作；絞車提升負(fù)載時(shí)，液壓馬達(dá)(14)處于馬達(dá)工作模式高壓油經(jīng)伺服閥(15)的A 口至液壓馬達(dá)(14)的A腔，推動(dòng)液壓馬達(dá)(14)旋轉(zhuǎn)，油從液壓馬達(dá)(14)B腔、直接回油箱，液壓馬達(dá)(14)旋轉(zhuǎn)通過減速帶動(dòng)卷筒(5)旋轉(zhuǎn)將纜繩(4)纏繞在卷筒(5)上，纜繩(4)帶動(dòng)負(fù)載提升，在提升過程中，伺服閥(15)的B 口沒有用到，四通的伺服閥(15)當(dāng)作三通在使用，停止時(shí)逐漸將伺服閥(15)控制電流減小到零，絞車速度逐漸減速至停止，然后將電磁閥(16)斷電，剎車(10)制動(dòng)；絞車下放負(fù)載時(shí)，液壓馬達(dá)(14)處于泵工作模式液壓馬達(dá)(14)從B腔吸油，在液壓馬達(dá)(14)A腔泵出的油經(jīng)伺服閥(15)A 口通往伺服閥(15)T 口再回到液壓馬達(dá)(14)Β腔，形成了一個(gè)回路，通過回油節(jié)流的方式平衡負(fù)載力；停止時(shí)逐漸將伺服閥(15)控制電流減小到零，閥口液阻逐漸增大，液壓馬達(dá)(14)泵出的流量逐漸減小，絞車下放速度逐漸減小，最后停止。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種具有多種收放手段的機(jī)載吊放聲納絞車的控制方法，其特征在于所述的內(nèi)嵌預(yù)測(cè)控制的專家系統(tǒng)包括人機(jī)界面、解釋機(jī)制、推理機(jī)、知識(shí)獲取、數(shù)據(jù)庫、知識(shí)庫6個(gè)部分組成，其中推理機(jī)中內(nèi)嵌預(yù)測(cè)控制單元，專家系統(tǒng)對(duì)吊放聲納絞車控制基于規(guī)則的推理機(jī)，其中，專家系統(tǒng)的知識(shí)庫包括如下10條規(guī)則規(guī)則1如果限位開關(guān)閉合則電機(jī)停轉(zhuǎn)規(guī)則2如果氣流不穩(wěn)定直升機(jī)姿態(tài)調(diào)節(jié)成功則絞車進(jìn)入平穩(wěn)工況規(guī)則3如果氣流不穩(wěn)定直升機(jī)姿態(tài)調(diào)節(jié)失敗則絞車進(jìn)入非平穩(wěn)工況規(guī)則 4如果纜位角信號(hào)出現(xiàn)偏移則 直升機(jī)調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)規(guī)則 5如果直升機(jī)水平機(jī)動(dòng)纜位角信號(hào)出現(xiàn)橫向偏移則 纜速動(dòng)態(tài)修正規(guī)則 6如果接近限位開關(guān)閉合則 絞車慢速就位規(guī)則 7如果直升機(jī)高速運(yùn)動(dòng)則 快速收纜規(guī)則 8如果絞車液壓、電動(dòng)收放控制失效則切換手動(dòng)控制模式規(guī)則 9 如果開始收纜則 液壓馬達(dá)切換工作模式規(guī)則10如果絞車出現(xiàn)故障直升機(jī)姿態(tài)不可控則 應(yīng)急切纜。
全文摘要
本發(fā)明公開了具有多種收放手段的機(jī)載吊放聲納絞車及其控制方法，吊放聲納絞車包括纜位角傳感器(1)、計(jì)長(zhǎng)滑輪(2)、纜長(zhǎng)傳感器(3)、纜繩(4)、卷筒(5)、排纜滑輪(6)、排纜軸(7)、下限傳感器(8)、測(cè)速發(fā)電機(jī)(9)、剎車(10)、接近傳感器(11)、應(yīng)急電機(jī)(12)、減速箱(13)、液壓馬達(dá)(14)、伺服閥(15)、電磁閥(16)、上限傳感器(17)、斷纜裝置(18)、控制盒(19)；提供液壓、電動(dòng)、手搖三種收放手段和馬達(dá)/泵兩種液壓馬達(dá)模式工作；通過計(jì)長(zhǎng)滑輪和纜長(zhǎng)傳感器，提高纜繩控制精度；采用內(nèi)嵌預(yù)測(cè)控制的專家系統(tǒng)根據(jù)絞車的平穩(wěn)/非平穩(wěn)工況控制纜繩收放速度。
文檔編號(hào)B66D1/48GK102249162SQ201110169280
公開日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月22日
發(fā)明者吳明光, 徐曉忻, 陳立新, 顧海東, 龔方友 申請(qǐng)人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七一五研究所, 浙江大學(xué)