一种横摇模拟平台、测试平台和测试系统的制作方法

本发明涉及一种横摇模拟平台、测试平台和测试系统。

背景技术：

舰艇在振动时引起的噪声破坏了舰艇的隐蔽性；振动可导致船体结构出现裂纹或疲破坏，缩短船舶寿命；影响船上仪器仪表和控制系统的性能，产生航行的隐患；影响船上人员的工作效率及生活的舒适性。

舰艇内各类机械(各种内燃机、泵、风机等)的振动通过机座传递至艇体，引起舰艇壳体的振动，从而产生水声辐射。为了有效地抑制船体内部机械振动的传递，各种主被动振动控制技术被广泛研究与应用，减振控制装置(主被动隔振器、吸振器等)一般安装在激振源至船体的振动传递路径(船体与振源间的机座)上，从振动传播路径上降低或消除振动机械对船体的影响。

而在实际舰艇的航行中，波浪所引起的船体摇摆运动尤其是横摇使得舰艇倾斜并具有一定的摆动加速度，在该状态下激振装置所产生激振力至船体的传播路径会发生变化，影响振动控制效果，甚至使得控制失效。因此，需要一种舰艇运动模拟平台，为现有的减振控制技术提供前期测试用模拟环境。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种横摇模拟平台，模拟在真实海况下的横摇运动状态，为减振控制技术前期测试提供模拟环境，结构简单、紧凑、成本低。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种横摇模拟平台，包括振动框架和横摇框架，所述振动框架设置在所述横摇框架上方，所述横摇框架包括底板、主轴座和至少一组支链组，所述振动框架设置在所述主轴座上，所述主轴座设置在所述底板上，所述支链组一端连接所述底板，另一端连接所述振动框架。

作为优选，还包括角速度传感器，所述角速度传感器通过转接架设置在所述底板上，且连接到所述主轴座上。

作为优选，所述支链组包括关于主轴座对称设置的左支链和右支链，且左支链和右支链在减振框架端的投影延长线相交。

作为优选，每条所述支链均包括液压缸、第一转动副和第二转动副，所述液压缸一端通过所述第一转动副连接所述横摇框架，另一端通过所述第二转动副连接所述底板。

作为优选，当所述减振框架处于水平位置时，所述液压缸推力与推力臂垂直。

作为优选，所述主轴座包括主轴主体、主轴轴承座和配合轴支撑架，所述主轴主体通过所述主轴轴承座固定在所述地板上，通过所述配合轴支撑座支撑所述振动框架，所述振动框架在所述主轴主体上随着主轴主体转动做横摇运动。

作为优选，所述横摇框架上还包括关于所述主轴座对称设置的一组光电开关。

作为优选，所述振动框架包括支撑骨架和激振器，所述激振器设置在所述支撑骨架上，所述支撑骨架设置在所述主轴座上，并通过所述支链组连接所述底板。

作为优选，所述支撑骨架截面为凹字型，包括骨架本体和设置在所述骨架本体两侧的架高件，所述激振器设置在所述骨架本体上，所述支链组连接所述架高件。

作为优选，所述架高件为侧臂。

作为优选，所述振动框架还包括配重块，所述配重块设置在所述支撑骨架上。

作为优选，所述振动框架还包括关于所述主轴座对称设置的一组可拆卸支撑脚，所述可拆卸支撑脚设置在所述支撑骨架上。

一种测试平台，包括横摇框架、减振框架和振动框架，所述减振框架设置在所述振动框架上，所述振动框架设置在所述横摇框架上，所述横摇框架包括底板、主轴座和至少一组支链组，所述振动框架设置在所述主轴座上，所述主轴座设置在所述底板上，所述支链组一端连接所述底板，另一端连接所述振动框架。

作为优选，还包括角速度传感器，所述角速度传感器通过转接架设置在所述底板上，且连接到所述主轴座上。

作为优选，所述支链组包括关于主轴座对称设置的左支链和右支链，且左支链和右支链在减振框架端的投影延长线相交。

作为优选，每条所述支链均包括液压缸、第一转动副和第二转动副，所述液压缸一端通过所述第一转动副连接所述横摇框架，另一端通过所述第二转动副连接所述底板。

作为优选，当所述减振框架处于水平位置时，所述液压缸推力与推力臂垂直。

作为优选，所述主轴座包括主轴主体、主轴轴承座和配合轴支撑架，所述主轴主体通过所述主轴轴承座固定在所述地板上，通过所述配合轴支撑座支撑所述振动框架，所述振动框架在所述主轴主体上随着主轴主体转动做横摇运动。

作为优选，所述横摇框架上还包括关于所述主轴座对称设置的一组光电开关。

作为优选，所述振动框架包括支撑骨架和激振器，所述减振框架包括隔振器、支撑板、上加速度传感器和下加速度传感器，所述隔振器设置在所述支撑骨架上，所述支撑板设置在所述隔振器上，所述激振器设置在所述支撑板上，所述上加速度传感器设置在所述支撑板上，所述下加速度传感器设置在所述支撑骨架上，所述支撑骨架设置在所述主轴座上，并通过所述支链组连接所述底板。

作为优选，所述上加速度传感器设置在所述支撑板上的振动传递至所述隔振器的路径上。

作为优选，所述下加速度传感器设置在所述隔振器上的振动传递至所述支撑骨架的路径上。

作为优选，所述隔振器通过法兰设置在所述支撑骨架上，所述下加速度传感器设置在所述法兰上。

作为优选，所述支撑骨架截面为凹字型，包括骨架本体和设置在所述骨架本体两侧的架高件，所述激振器设置在所述骨架本体上，所述支链组连接所述架高件。

作为优选，所述架高件为侧臂。

作为优选，所述振动框架还包括配重块，所述配重块设置在所述支撑骨架上。

作为优选，所述振动框架还包括关于所述主轴座对称设置的一组可拆卸支撑脚，所述可拆卸支撑脚设置在所述支撑骨架上。

一种测试系统，包括上述的测试平台、电液伺服系统和上位机，所述测试平台、电液伺服系统和上位机之间通信连接。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明所述横摇模拟平台模拟在真实海况下的横摇运动状态，为减振控制技术前期测试提供模拟环境，结构简单、紧凑、成本低。采用单杆双向的液压杆串、并联混合的方式，实现液压缸同步运行，通过液压杆推(拉)侧壁实现摇摆动作，成本低。同时，将支撑骨架与液压缸的连接座采用架高结构，降低平台高度，降低重心，减小平台体积空间，增加平台稳定性。所述测试平台结构简单、紧凑、成本低。所述测试系统模拟在真实海况下的横摇运动状态，为减振控制技术前期测试提供模拟环境，进行舰艇用减振控制装置的减振控制试验，保证试验结果的可信度。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。在附图中：

图1是本发明一具体实施例的横摇模拟平台的结构示意图；

图2是本发明一具体实施例的测试平台的结构示意图；

图3是本发明一具体实施例的测试平台的主轴座的结构示意图；

图4是本发明一具体实施例的测试平台的支撑骨架的结构示意图；

图5是本发明一具体实施例的测试系统的结构示意图；

图6和图7是本发明一具体实施例的测试系统的电液伺服系统的结构示意图。

1-配重块、2-激振器、3-支撑板、4-隔振器、5-下加速度传感器、6-支撑骨架、7-可拆卸支撑脚、9-底板、10-配合轴支撑架、11-光电开关、13-主轴轴承座、14-主轴本体、15-转接架、16-角速度传感器、17-液压缸、18-第二转动副、19-第一转动副、20-转接座、21-压力传感器、22-比例伺服阀、23-比例溢流阀、24-回油滤油器、25-空气滤清器、26-油箱、27-排油阀、28-液压泵、29-单向阀、30-储能器、31-油路块、32-上加速度传感器、33-上位机、61-侧臂、62-骨架本体。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施例。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参见图1，一种横摇模拟平台，包括振动框架和横摇框架，所述振动框架设置在所述横摇框架上方。

结合参见图3，所述横摇框架包括底板9、主轴座、角速度传感器16和至少一组支链组，所述主轴座设置在所述底板9上。所述主轴座包括主轴本体14、主轴轴承座13和配合轴支撑架10，所述主轴本体14通过所述主轴轴承座13固定在所述底板9上，通过所述配合轴支撑架10支撑所述振动框架，所述振动框架在所述主轴本体14上随着主轴本体14转动做横摇运动。所述角速度传感器16设置在所述底板9上，且连接到所述主轴本体14上，用于反馈振动框架位置角度值。

所述支链组连接所述底板9和振动框架。所述支链组包括关于主轴本体14对称设置的左支链和右支链，且左支链和右支链在减振框架端的投影延长线相交。每条所述支链均包括液压缸17、第一转动副19和第二转动副18，所述液压缸17一端通过所述第一转动副19连接所述振动框架，另一端通过所述第二转动副18连接所述底板9。当所述减振框架处于水平位置时，设置所述液压缸17推力与推力臂垂直，提高液压缸17出力效率，同时降低平台高度。所述液压缸17的推杆顶部安装有鱼眼轴承，配合安装在支撑骨架6上实现第一转动副19，所述液压缸17下部外壳的耳环通过液压支撑轴及液压轴承座与底板9连接，形成第二转动副18，通过控制液压缸17推杆运动实现横摇模拟平台实时摆动及固定角度位置变动。所述支链组设置两组，四条所述支链设置在矩形的四个角上。

结合参见图2，所述横摇框架上还包括关于所述主轴座对称设置的一组光电开关11，所述光电开关11设置在所述底板9上，用于角度限位，防止摆动角度过大而破坏平台装置。所述光电开关11和角速度传感器16均通过转接架15设置在所述底板9上。

结合参见图4，所述振动框架包括支撑骨架6、配重块1和激振器2，所述激振器2和配重块1设置在所述支撑骨架6上，所述配重块1设置若干，均匀环绕所述激振器2设置。所述支撑骨架6截面为凹字型，包括骨架本体62和设置在所述骨架本体两侧的架高件侧臂61，所述激振器2和配重块1设置在所述骨架本体62上，所述支链连接所述侧臂61，即所述液压缸17通过所述第一转动副19连接所述侧臂61。采用部分结构架高的形式，通过液压杆17推(拉)侧臂实现摇摆动作，降低平台高度，降低重心，减小平台体积空间，增加平台稳定性。

所述横摇模拟平台还包括关于所述主轴本体14对称设置的一组可拆卸支撑脚7，所述可拆卸支撑脚7通过平头销设置在所述支撑骨架6上，在平台需要液压缸17拆装调整及水平安置并无需摆动时使用，不用时可拆卸或悬置(悬挂在平台侧面)。

所述横摇模拟平台，模拟在真实海况下的横摇运动状态，为减振控制技术前期测试提供模拟环境，结构简单、紧凑、成本低。

请参见图2～图4，一种测试平台，包括减振框架、振动框架和横摇框架。所述振动框架设置在所述横摇框架上。所述振动框架包括支撑骨架6和激振器2，所述减振框架设置在所述支撑骨架6和激振器2之间，降低或消除振动对支撑骨架6的影响。所述减振框架包括隔振器4、支撑板3、上加速度传感器32和下加速度传感器5，所述支撑板3设置在所述隔振器4上，所述隔振器4支撑所述支撑板3。所述隔振器4设置在所述支撑骨架6上，所述支撑板3设置在所述隔振器4上，所述激振器2设置在所述支撑板3上，所述上加速度传感器32设置在所述支撑板3上，位于支撑板3上的振动向所述隔振器4传播的路径上，所述下加速度传感器4设置在所述支撑骨架6上，位于所述隔振器4向所述支撑骨架6传播振动的路径上。所述隔振器4接触所述支撑板3的另一侧设置所述上加速度传感器32，所述下加速度传感器5通过法兰设置在所述支撑骨架6上，所述下加速度传感器5设置在所述法兰上。本实施例中，所述隔振器4设置四个，设置在矩形的四个角上，对应的，所述上加速度传感器32和下加速度传感器5均设置四个，和所述隔振器一一对应设置，即每一个所述隔振器4均设置一个上加速度传感器32和下加速度传感器5进行信号收集。所述振动框架还包括配重块1，所述配重块1设置若干，环绕所述激振器2均匀设置，通过搭配不同质量、数量的配重块1模拟不同负载。

所述横摇框架包括底板9、主轴座、角速度传感器16和至少一组支链组，所述主轴座设置在所述底板9上。所述主轴座包括主轴本体14、主轴轴承座13和配合轴支撑架10，所述主轴本体14通过所述主轴轴承座13固定在所述底板9上，通过所述配合轴支撑座10支撑所述振动框架，所述振动框架在所述主轴本体14上随着主轴本体14转动做横摇运动，具体的，所述主轴本体14通过所述配合轴支撑座10支撑所述支撑骨架6从而支撑所述振动框架。所述角速度传感器16设置在所述底板9上，且连接到所述主轴本体14上，用于反馈振动框架位置角度值。

所述支链组连接所述底板9和振动框架。所述支链组包括关于主轴本体14对称设置的左支链和右支链，且左支链和右支链在减振框架端的投影延长线相交。每条所述支链均包括液压缸17、第一转动副19和第二转动副18，所述液压缸17一端通过所述第一转动副19连接所述振动框架，另一端通过所述第二转动副18连接所述底板9。当所述减振框架处于水平位置时，设置所述液压缸17推力与推力臂垂直，提高液压缸出力效率，同时降低平台高度。所述液压缸17一端通过所述第一转动副19连接所述振动框架，另一端通过所述第二转动副18连接所述底板。具体的，所述支链连接所述底板9和所述支撑骨架6，所述支撑骨架6截面为凹字型，包括骨架本体62和设置在所述骨架本体62两侧的侧臂61，所述激振器2和配重块1设置在所述骨架本体62上，所述支链连接所述侧臂61，即所述液压缸17通过所述第一转动副19连接所述侧臂61。

所述横摇框架上还包括关于所述主轴本体14对称设置的一组光电开关11，所述光电开关11设置在所述底板9上，用于角度限位，防止摆动角度过大而破坏平台装置。所述光电开关11和角速度传感器16均通过转接架15设置在所述底板9上。

所述测试平台还包括关于所述主轴座对称设置的一组可拆卸支撑脚7，所述可拆卸支撑脚7通过平头销设置在所述支撑骨架6上，在平台需要液压缸17拆装调整及水平安置并无需摆动时使用，不用时可拆卸或悬置(悬挂在平台侧面)。

在提供的所述横摇模拟平台的基础上，所述测试平台在所述横摇模拟平台上安装减振框架，用于测试减振框架上安装的隔振器4的隔振效果。

请参见图5～图7，一种测试系统，包括实施例二所述的测试平台，以及电液伺服系统和上位机33，所述测试平台、电液伺服系统和上位机33之间通信连接。

所述电液伺服系统包括液压缸17、比例伺服阀22、比例溢流阀23、压力传感器21、油路块31、油箱26、液压泵28、单向阀29、回油滤油器24、空气滤清器25、储能器30、排油阀27以及液压管路。所述液压缸17为执行机构设置在所述测试平台，当推杆伸长时为进程液压缸，推杆收缩时为回程液压缸，通过液压管道与油路块31连接。比例伺服阀22、比例溢流阀23、压力传感器21均安装在油路块31上，其中，比例伺服阀22控制液压管道的开闭和方向，比例溢流阀23控制液压管道的压力大小，压力传感器21用于反馈比例伺服阀22进出口压力大小。油路块31安装在油箱26上，是电液伺服系统中的油路转接装置，用于安装各类阀体及传感器，适用于液压油的短距传送，可以减少液压管道的使用，使电液伺服系统的装置集成度更高。油箱26是电液伺服系统的储油装置，同时也是其他部件的安装基座，其内灌装有液压油，用于传递能量，同时也起到系统润滑和冷却等作用。液压泵28安装在油箱26上是电液伺服系统的动力源，驱动液压油在液压管道中流动，实现终端液压缸17的伸缩动作，带动测试平台摆动。单向阀29安装在液压泵28至比例伺服阀23之间，使液压油单向流动，防止反向倒流。回油滤油器24安装在系统末端的液压管路上，把系统内产生或侵入的污染物在返回油箱前过滤掉。空气滤清器25安装在油箱26上，不仅可以防止颗粒污染物通过油箱呼吸口侵入系统，还可以防止加油过中混入颗粒污染物。储能器30安装与油箱26上，用于吸收液压回路脉冲、补偿流量及保压。所述电液伺服系统是常用的一种电液伺服系统。

所述上位机33提供运行所需的计算机操作系统，构建软件运行平台基础，通过安装搭建相应软件，实现程序算法编写，完成整个系统的数据采集、分析、计算及输出控制。所述上位机33包括数据采集模块、数据分析输出模块，所述数据采集模块读取所述测试平台和电液伺服系统的状态数据，所述数据分析输出模块用于分析所述数据采集模块采集的状态数据进行调控，并输出至所述测试平台和电液伺服系统。所述数据采集模块与电液伺服系统中的比例伺服阀22和压力传感器21，测试平台中的角速度传感器16、下加速度传感器5、上加速度传感器32、光电开关11通过同轴电缆连接，用于各类传感器反馈信号的采集；所述数据分析输出模块与激振器2、比例伺服阀22及比例溢流阀23相连，用于控制激振器2的振动及电液伺服系统中比例伺服阀22、比例溢流阀23的阀芯位置变化。此外，所述上位机33上安装了外设方向舵，通过转动方向舵实时控制平台运行状态。

利用上位机软件labview搭建数据采集及运动控制程序。首先所述数据采集模块，读取上加速度传感器32的参考信号和下加速度传感器5的下层误差信号、角速度传感器16的角度信号、底板9上光电开关11的开关量信号，实现对测试平台的实时数据监控，读取比例伺服阀22阀芯位置反馈信号、压力传感器21压力信号，实现对电液伺服系统的实时数据监控。并通过fft滤波算法将原始数据过滤为利于后期计算及控制参考的信号数据。

然后，所述数据分析输出模块进行数据分析并进行激振器2控制、比例伺服阀控制和比例溢流阀控制。

在上位机33上设置激振信号类型、频率、幅度、相位等参数，将参数信息通过通信传递给激振器2功放以此驱动激振器2运行，结合配重模拟设备振动，包括模拟设备的单频振动、多频振动和扫频振动。

比例伺服阀控制主要实现横摇模拟平台定角度位置控制、实时控制及仿真控制。定角度位置控制为通过软件预设横摇平台静止倾斜角度值，通过算法控制比例伺服阀22的阀芯位置变动，实现平台静止在固定角度，其具体实现方法为：当上位机检测到固定角度值指令时，会将指令值与角速度传感器16的角度信号做差得到角度信号误差值，再将角度信号误差值乘以kp，加上角度信号误差值关于时间的积分乘以ki输出至比例伺服阀22，比例伺服阀22接收到信号后阀芯位置变动，控制通往进程液压缸和回程液压缸的油液流量，使支撑板3角度往角度信号误差值减小的方向运动，直到角度信号误差值小于预设误差值，比例伺服阀22阀芯关闭。此时，不再有油液通往进程液压缸和回程液压缸，上位机给比例溢流阀23指令使比例溢流阀23阀芯打开，使得在比例伺服阀22阀芯关闭时，油液通过比例溢流阀23返回至油箱26(其中，kp、ki为pid控制参数)。实时控制为利用外界方向舵控制横摇模拟平台摆动和静止，其具体实现方法为：当上位机33检测到方向舵角度值指令时，上位机33会将指令值与角速度传感器16的角度信号做减法得到角度信号误差值，再将角度信号误差值乘以kp，加上角度信号误差值关于时间的积分乘以ki输出至比例伺服阀22，比例伺服阀22接收到信号后阀芯位置变动，控制通往进程液压缸和回程液压缸的油液流量，使上支撑板3角度往角度信号误差值减小的方向运动，直到角度信号误差值小于预设误差值。同时，上位机33会角度信号误差值乘以kp加上角度信号误差值关于时间的积分乘以ki输出至比例溢流阀23指令控制比例溢流阀23阀芯，从而控制通往进程液压缸和回程液压缸的油液流量。这样当角度信号误差值较大时，通往进程液压缸和回程液压缸的油液流量与压力较大；当角度信号误差值较小时，通往进程液压缸和回程液压缸的油液流量与压力较小，这样控制可以避免误差值较小时油压较大导致液压系统振动与发热。仿真控制为测试平台按规划运动路径及速度变化做自动运行，其具体实现方法为：上位机33将导入提前设置好的角度-时间信号，并同样按照上述方法进行控制。

比例溢流阀控制为依据需求控制电液系统液压回路中压力变化，具体为依据比例溢流阀23及其功放参数，在上位机33上设定实际系统所需压力对应的比例溢流阀23的控制参数，将参数发送至比例溢流阀功放，通过功放驱动比例溢流阀23的阀芯位置变化，实现压力控制。此外，在上位机33软件上编写阻抗控制算法，依据压力传感器21反馈的液压回路压力实时变化，调节溢流阀对应的压力控制参数，实现横摇模拟平台阻抗控制。通过进行激振器2控制、比例伺服阀控制和比例溢流阀控制，获得真实海况下的横摇运动状态，对所述隔振器进行测试，通过判断上加速度传感器32测出的参考信号，和下加速度传感器5测出的误差信号，当误差信号也就是加速度信号越小时，隔振效果就越好，来判断所用的隔振器4的振动控制效果。

本发明所述横摇模拟平台模拟在真实海况下的横摇运动状态，为减振控制技术前期测试提供模拟环境，在所述横摇模拟平台中加入隔振器进行减振形成一个测试平台，所述测试平台结构简单、紧凑、成本低。所述测试平台接入电液伺服系统和上位机形成的测试系统，所述测试系统模拟在真实海况下的横摇运动状态，为减振控制技术前期测试提供模拟环境，进行舰艇用减振控制装置的减振控制试验，保证试验结果的可信度。使用隔振器4消除上层振动对下层骨架的影响，此处，参考信号可以取振源(激振器)的振动信号，误差信号为隔振器下方的骨架的振动信号，当误差信号也就是加速度信号越小时，隔振效果就越好(下层振动越小，即从上层传递到下层的振动被隔振器消除)。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施例和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。