基于虚拟仪器的高频摆动舵机测控系统设计

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1、万方数据基于虚拟仪器的高频摆动舵机测控系统设计·45·金仲佳，冯骏，马向能(中国船舶科学研究中心，江苏无锡214082)摘要：应船舶模型摆舵运动状态的水动力测试需求，开发出高频动态舵机以及同步测力系统。本测控系统采用“PC+运动控制卡+数据采集卡”的设计方案，依托虚拟仪器技术平台，不仅适用于常规固定设置舵角下的模型水动力测试，而且能使舵按预定的输出曲线动作，并同步进行舵力信号采集和记录。实践证明该系统测量控制效果良好，同时也说明了该系统构建简单，通用性好，集成度高，具有良好的人机交互界面。关键词：虚拟仪器；舵机；运动控制卡中图分类号

2、：TP302．1文献标识码：A文章编号：1000—8829(2009)11—0045—04ADesignofMeasurementandControlSystemforHigh-FrequencySwingingSteeringMachineBasedonVirtualInstrumentsJINZhong-jia，FENGJun，MAXiang-neng(ChinaShipScientificResearchCenter，Wuxi214082，China)Abstract：Duetotherequirementofshipmode

3、lhydrodynamictestingwiththerudderswinging，ahigh·frequen-cysteeringmachineaswellassynchronousforce-measuringsystemaledeveloped．Themeasurementandcon-trolsystemappliesthe“PC+motioncontrolcard+dataacquisitioncard”．andisbasedontheprincipleofvir-tualinstrumenttechnologyplatf

4、orm．Itisnotonlyusedfortheconventionalmodel-scalehydrodynamictestingwithaconstantrudderangle，butalsomakestherudderswingingaccordingtothepredeterminedcurve．Furthermore，itcansimultaneouslymeasuretheforceactingontherudderduringtest．Theapplicationofthesystemshowstheexcellen

5、ceofthemeasurementandcontrolperformance，andthesystemcanbeeasilybuilt，comm．on-lyusedandhighlyintegrated，alsohasagoodhunman—computerinteraction．Keywords：virtualinstrument；steeringmachine；motioncontroIcard操纵性是指船舶按照驾驶者的意图保持或改变其运动状态的性能，即船舶能保持或改变航速、航向和位置的性能。目前舵是船舶应用最广泛的操纵装置。

6、要计算和预报在各种机动状态下船舶运动特性，获取操纵运动的特征参数，就必须在模型操纵性试验中准确测量模型舵的水动力系数。通常情况下，舵机的转速比较低，可以认为是静态或准静态的。传统的舵机测控系统只能进行指定舵角下的水动力静态测量，不能收稿日期：2009—06—22基金项目：重点实验室基金资助项目(9140C220311080C22)作者简介：金仲佳(198l一)，男，江苏无锡人，硕士研究生，主要研究方向为测控技术和船舶运动控制；冯骏(1969一)，男，江苏无锡人．工程师，主要研究方向为船型设计和机械系统设计；马向能(1975一)，男，

7、湖南长沙人，高级工程师，主要研究方向为船舶操纵性研究。进行规定曲线操舵运动下的水动力动态测量，而且无法实现测控一体化。但随着研究的深人和技术的发展，一些水下航行体已配备了高转速舵机，对应的模型试验中也就需要对水动力参数进行动态测量。为配合高速操舵情况下水动力变化过程的研究，基于虚拟仪器设计了集成舵机控制和舵力、力矩测量的测控系统。舰船模型运动控制的控制方式主要有：嵌入式系统控制、PLC控制、专用控制系统控制和运动控制卡控制等。运动控制卡具有较好的柔性，对于试验室，需要按客户的要求和试验研究项目的不同，快速灵活地组建满足试验要求的测控

8、系统，因此，“PC+运动控制卡+数据采集卡”是适用于试验室的高效低成本测控方案，特别是在运动过程和运动轨迹比较复杂的控制中有不可比拟的优势。本系统基于虚拟仪器采用了“PC+运动控制卡+数据采集卡”的方案，利用LabVIEW开发了测控软