郭志冬

（三門峽職業(yè)技術學院 電氣工程學院，河南 三門峽 472000）

目前，自動調平系統(tǒng)的應用愈發(fā)廣泛，能夠勝任多種行業(yè)領域的不同工作?；趩纹瑱C的作用而得以實現(xiàn)的機電式自動調平系統(tǒng)更具優(yōu)勢，能夠支撐更多類型的調平方式。所以，在此基礎之上，技術人員對機電調平試驗系統(tǒng)做出了進一步的深刻研究，用以開發(fā)更加科學、高效的機電調平裝置，從而實現(xiàn)機電領域內的優(yōu)化、創(chuàng)新。

1 單片機發(fā)展概述

如今，計算機系統(tǒng)的技術開發(fā)主要面向三個基本方向——單片化、巨型化，網絡化。巨型機仍舊用以解決比較復雜的系統(tǒng)計算問題、以及高速的數(shù)據(jù)處理工作。所以，巨型機的開發(fā)主要集中在提高運算速度和處理能力等方面。而單片機面世之際，其開發(fā)公司Intel公司就將其命名為“embedded?microcontroller”，即“嵌入式微型控制器”。因此，單片機能夠方便在嵌入到各類型的設備、儀器內，便是優(yōu)勢所在。而且，這一方面也是巨型機和網絡無法替代的。

（1）數(shù)字單片機的技術優(yōu)勢。如今，數(shù)字單片機在其內部構造、功率消耗，外部的電壓等級等方面均有所進步，而且，其制作工藝方面也得以創(chuàng)新發(fā)展。某些行業(yè)越來越看重單片機的使用，需求愈發(fā)高漲，從而導致對單片機的要求也愈發(fā)復雜、全面。在單片機的內部系統(tǒng)中現(xiàn)已集成、整合了眾多的部件，比如：定時器、比較器、蘊CD控制器、串行通信接口、A/D轉換器，D/A轉換器等。同時，某些單片機的內部還配備了局部網絡的控制模塊CAN，能夠實現(xiàn)控制網絡、或是直接構成局部網的目的。

（2）單片機的功能優(yōu)勢。單片機的更新速度非?？?，而新型單片機消耗的功率越來越低。而且，大部分的單片機都已經預先設置好了多種不同的工作方式，例如：暫停、等待、空閑、睡眠，節(jié)電等。以Philips公司設計出的型號為P87蘊PC762的單片機為例。當單片機在“空閑”狀態(tài)下時，其基本的消耗功率約為1.5mA。當單片機設置為“節(jié)電”模式時，其實際的消耗功率僅為0.5mA。

（3）基于單片機的嵌入式系統(tǒng)。單片機，又被稱為“嵌入式微型控制器”，主要是因為在任何工作形式的微型、小型的設備儀器都能夠被嵌入使用?，F(xiàn)如今，越來越多的技術人員提倡將單片機的嵌入式系統(tǒng)與Internet相連接。為了完成這一提議，要做的就是將嵌入式系統(tǒng)的實踐活動與傳統(tǒng)的Internet使用理論進行一次創(chuàng)新化的顛倒。例如：為了實現(xiàn)單片機所控制的機床或是門鎖部位與Internet之間的完美連接，技術人員需要設計出全新的網絡服務器僅用來服務于嵌入式微控制器的相關設備，待完成相連工作后，在利用網絡瀏覽器來實時監(jiān)控后續(xù)的工作過程。

2 機電調平試驗系統(tǒng)的相關研究

一般來說，機電的調平方式主要分為手動和自動兩種基本類型。手動化的調平方式主要依靠于人工的調節(jié)，具體的調節(jié)過程時還需要多人的配合來進行反復地技術操作。因此，該方法存在調節(jié)時間過長,操作難度較大的不足之處。而自動化的調平方式則可以選用自動的支撐、調平，撤收等方式，不僅可以有效地降低人工的投入數(shù)量，還能夠使實際的工作強度有所改善，并縮減了一定的工作時間。同時，自動的調平方式也可以劃分為兩種基本類型——液壓驅動和電機驅動。液壓驅動可以承載更多的重量，但由于其系統(tǒng)結構較為復雜，實際的控制工作存在一定的難度。而且，液壓油還存在泄漏的安全隱患問題，給日常的維護工作增添了不小的難度。而電機驅動的負載雖然比不上前者，但其比較容易操作，控制，為維護工作帶來了方便，而且實際的成本也不高。

（1）構建機電式的自動調平系統(tǒng)。機電式的自動調平系統(tǒng)的構成主要依靠于平臺測量控制系統(tǒng)和機械支撐傳動系統(tǒng)的聯(lián)合作用。機械支撐傳動系統(tǒng)，其主要的構成部件包括：支腿、傳動機構、減速裝置、伺服電機、伺服驅動器等，如圖1所示。平臺測量控制系統(tǒng)，其主要的構成部件則包括：計算機、操控面板、電源控制器、各類傳感器、接口轉換器等。

圖1 機械支撐傳動系統(tǒng)

（2）設計水平傳感器。水平傳感器，作為整個機電調平試驗系統(tǒng)中至關重要的構成部件，其基本功能水平的高低將直接地影響到整個系統(tǒng)的實際調平時間和調平精準度。以車輛為例，其實際的水平狀態(tài)能夠經由水平傳感器而檢測出來。結合車輛底盤部位的剛性大小，機電調平試驗系統(tǒng)的水平傳感器則應當裝設在其急需重點調平的部位上。值得注意的是，水平傳感器安裝時的軸線誤差角不能超過2。

由于水平傳感器的類型眾多，進行手動式的調平工作時，往往會選用液位式的水平傳感器。液位式的水平傳感器主要依靠于液面水平恒定的基本原理，憑借水準器來直接顯示出具體的角位移變化。其主要的構成部件就是水準器。水準器由一個完全密封的玻璃管構成，內部留有一個氣泡，其玻璃管的表面位置上還刻有精準的刻度數(shù)據(jù)。當氣泡停留在兩端刻度線的中間位置時，即看作是水平位置。當不處于水平位置時，若氣泡偏向較高的一端，則表明精準度低，反應速度慢。由于普通的擺式水平傳感器容易受到溫度變化的影響，無法確保相應的精準度。這就需要技術人員的高度重視，克服一切困難，設計出更加科學、高效的水平傳感器。

（3）開發(fā)支撐型調平控制技術。通常而言，要將某一平面調節(jié)到水平狀態(tài)，可采取的方法有很多，但這些方法基本可以被劃分為兩個基本類型，即單向調節(jié)和多點調節(jié)這兩種類型的調節(jié)方案。如果采用的是多點調節(jié)的方式，即各點保持同時運動的狀態(tài)，使之能夠調整到一個比較合適預定點。該方法的優(yōu)勢在于調節(jié)速度快。但是，工作臺面往往都是四點支撐的剛性結構，實施多點調節(jié)時，每一個支撐腿的實際位移和速度難以保持一致，而且，四個支撐腿之間的運動行徑還會發(fā)生相互的干涉、耦合作用。

而選用單向調節(jié)的方式時，縱然調節(jié)工作的時間比較長，但其協(xié)調性能良好。在實際的調平過程中，真正需要調節(jié)的其實就是四個點的相對高度。秉承著使伺服傳動系統(tǒng)的死區(qū)影響和反向間隙得以消除的目的，適當?shù)販p小相應的調節(jié)誤差，提高整個機電調平試驗系統(tǒng)的調平精準度。在實際的調節(jié)過程中，技術人員還要嚴格地按照水平傳感器的檢測信號，來判斷出支撐臺面真實的最高點位置，遵循著“只升不降”的操作原則，運用升調平技術，使其余各點與最高點保持一致高度。如此一來，可以降低“虛腿現(xiàn)象”的出現(xiàn)概率。

（4）計算支撐腿結構的剛性。當支撐腿在實際工作過程中，其面臨的受壓負載過大時，技術人員若不及時地進行相應地改善、調整，必然會造成難以估量的后果。支撐腿的安裝是采用一端固定、另一端自由的外觀形式，因此，支撐腿必須要具備良好的剛性強度。一旦支撐腿出現(xiàn)了卡死現(xiàn)象，必然會對整個調平裝置造成極大的影響。所以，對支撐腿其結構剛性的研究，也是技術人員不可忽視的重要工作環(huán)節(jié)。通過模擬出機電在真實環(huán)境狀態(tài)下的工作狀況，技術人員借助運動仿真技術和元分析技術設計出了相應的結構模型，對其進行深入地分析、研究，用以發(fā)現(xiàn)某些設計方面的不足之處、或是某些安全隱患問題。技術人員通過解決這些弊端，來制定出更加科學、合理的調平試驗方案，以完善整個調平裝置的優(yōu)化設計。

（5）檢測具體的行程位置。支撐腿的內部結構上會格外加設兩個機械式的限位開關，其上、下限的行程位置則會分別安裝一個限位開關，用以連接硬件電路，以構成限位報警裝置。當試驗對象超出了一定的行程范圍時，通過接收自動反饋信號，繼而阻止電機的運轉，以達到限位保護的目的。同時，相關機械結構上也可以加設適當?shù)南尬谎b置，以實現(xiàn)“雙重保護”。

（6）檢測支撐腿力矩。通過一一檢測支撐腿力矩的實際尺寸、大小，不僅可以減少“虛腿”現(xiàn)象的方式，還可以使支撐腿免受其他限制因素的干擾。一旦支撐腿出現(xiàn)卡死的不良狀況，強行地驅動支撐腿以保持運動狀態(tài)，必然會使伺服電機的負載過大，甚至是支撐腿本身出現(xiàn)一定程度的損壞現(xiàn)象，從而難以及時地完成調平工作。

（7）制定調平控制的規(guī)范算法。在實際的機電調平過程中，各個支撐腿之間的動作都會產生聯(lián)動影響。所以，必須要先解決好控制回路之間的耦合問題，從而使調平及時、順利地圓滿完成。這一環(huán)節(jié)的妥善解決，得益于一項全面、良好的反饋式控制算法，即在解耦之際，選定科學、有效的前饋式補償綜合法。該項方法的使用原理在于，將一個控制通道對另一個控制通道形成的影響看成是正常的一種擾動作用，再結合擾動補償?shù)膽迷?，以獲取符合其精準度和時間要求的相關試驗數(shù)據(jù)。

技術人員還對PID控制算法進行一定的改進型研究。該算法針對系統(tǒng)檢測出的不同誤差區(qū)域，會“因地制宜”地選定合適的控制策略。當測量出的誤差結果較大時，可以推動系統(tǒng)快速、及時地朝消除誤差的方向前行，此舉，不僅能夠使系統(tǒng)的運行速度得以提升，還可以減少積分飽和現(xiàn)象的出現(xiàn)概率。而當檢測出的誤差結果較小時，通過運用智能型的PID控制算法，來穩(wěn)定系統(tǒng)在允許誤差范圍內的實際穩(wěn)態(tài)特性。通過降低系統(tǒng)的部分穩(wěn)態(tài)誤差，提升系統(tǒng)的精準度，有利于處理、解決可能出現(xiàn)的積分飽和、微分突變等方面的問題。

3 結語

隨著我國科學技術水平的飛速發(fā)展，單片機的研究規(guī)模在不斷擴大，具體的應用技術也在隨之逐步更新。由此一來，基于單片機的機電調平試驗系統(tǒng)研究也得以全面、完善地順利開展，其最終的研究成果也將更加精確。由于調平裝置的運用范圍極廣，而精準的機電調平試驗數(shù)據(jù)，有利于調平裝置的技術研發(fā)，從而促進我國機電行業(yè)的蓬勃發(fā)展。

［1］ 張付祥，陳萬軍，孫書鵬.基于單片機的機電調平試驗系統(tǒng)研究［J］.制造業(yè)自動化，2015，（1）：105-108.

［2］ 謝明軍.車載雷達機電式自動調平系統(tǒng)的設計［J］.電子設計工程，2016，24（9）：108-109.

［3］ 陳尚國，孫英華，黃新成.基于PCC控制的機電式調平系統(tǒng)設計［J］.新技術新工藝，2017，（12）：9-11.