一種高精度三軸轉(zhuǎn)臺提供一個(gè)能夠保證其平穩(wěn)、準(zhǔn)確運(yùn)行的伺服系統(tǒng)。采用無刷直流電動機(jī)作為驅(qū)動元件，測角元件選用了增量式碼盤，并采用機(jī)理法建模建立了無刷直流電動機(jī)系統(tǒng)的機(jī)理模型，并通過實(shí)驗(yàn)的方法得到了模型的具體參數(shù)，設(shè)計(jì)了滿足指標(biāo)要求的控制器。在設(shè)計(jì)控制器時(shí)，首先是在沒有考慮摩擦死區(qū)造成的影響的情況下，設(shè)計(jì)出了滿足要求的控制器。然后考慮實(shí)際情況，加入死區(qū)特性，對控制器進(jìn)行了改進(jìn)，并最后驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的控制器滿足要求。因?yàn)楸巨D(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的是計(jì)算機(jī)控制，故在設(shè)計(jì)完模擬控制器后又將其進(jìn)行了離散化，并給出了可直接用于編制計(jì)算機(jī)程序的差分方程。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種伺服控制器，特別涉及一種針對飛行實(shí)驗(yàn)的高精度三軸轉(zhuǎn)臺的位置伺服控制器。
技術(shù)介紹
轉(zhuǎn)臺則是航空、航天等領(lǐng)域中進(jìn)行半實(shí)物仿真和測試的關(guān)鍵硬件設(shè)備，在飛行器的研制過程中起著極其重要的作用。轉(zhuǎn)臺可以在實(shí)驗(yàn)室條件下模擬飛行器在空中實(shí)際飛行時(shí)的各種姿態(tài)，復(fù)現(xiàn)其運(yùn)動時(shí)的動力學(xué)特征，從而對它們的制導(dǎo)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及其相應(yīng)器件的性能進(jìn)行反復(fù)仿真和測試，獲得試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并據(jù)此對其進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和改進(jìn)，達(dá)到總體設(shè)計(jì)的性能指標(biāo)要求。仿真轉(zhuǎn)臺性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到仿真實(shí)驗(yàn)的逼真性和置信度，是保證航空、航天型號產(chǎn)品和武器系統(tǒng)的精度和性能的基礎(chǔ)。隨著飛行器型號的不斷更新，性能的日益提高，對導(dǎo)航和制導(dǎo)設(shè)備的性能和精度的要求也在不斷提高。這就給仿真轉(zhuǎn)臺的整體制造水平提出了新的課題，也給轉(zhuǎn)臺伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)提出了更高的要求。對于轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)來說，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)就是在確定了臺體結(jié)構(gòu)、驅(qū)動方式及測量元件之后，最大限度地挖掘系統(tǒng)的潛力，使轉(zhuǎn)臺的性能達(dá)到或超過設(shè)計(jì)指標(biāo)。在轉(zhuǎn)臺角位置伺服系統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì)中，所碰到的主要的問題是系統(tǒng)頻帶擴(kuò)展及低速平穩(wěn)運(yùn)行問題。在頻率分析方法中，整個(gè)系統(tǒng)可以看成是一個(gè)濾波器，頻帶越寬輸出的復(fù)現(xiàn)精度越高。所以實(shí)際的系統(tǒng)總是希望帶寬要寬。但帶寬的拓展要受到噪聲干擾和不確定性的限制。由于摩擦死區(qū)的存在，造成系統(tǒng)存在穩(wěn)態(tài)誤差，而且會導(dǎo)致低速運(yùn)行時(shí)的跳動或爬行現(xiàn)象，而轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)要求低速運(yùn)行時(shí)具備平穩(wěn)性，因此就要消除或減小系統(tǒng)中摩擦力的影響。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是為高精度三軸轉(zhuǎn)臺提供一個(gè)能夠保證其平穩(wěn)、準(zhǔn)確運(yùn)行的伺服系統(tǒng)。本專利技術(shù)的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種高精度三軸轉(zhuǎn)臺伺服控制器，其特征組成主要包括無刷直流電動機(jī)1和增量式碼盤2，控制器3，其中無刷直流電動機(jī)1和增量式碼盤2通過控制器連接，采用機(jī)理法建模建立了無刷直流電動機(jī)系統(tǒng)的機(jī)理模型，并通過實(shí)驗(yàn)的方法得到了模型的具體參數(shù)，設(shè)計(jì)了滿足指標(biāo)要求的控制器。根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度三軸轉(zhuǎn)臺伺服控制器，其特征在于所述的無刷直流電動機(jī)1，采用電流反饋型脈寬調(diào)制逆變驅(qū)動，簡稱SPWM，無刷直流電動機(jī)系統(tǒng)由永磁同步電動機(jī)、逆變驅(qū)動電路和轉(zhuǎn)子位置檢測及處理電路三部分組成。根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度三軸轉(zhuǎn)臺伺服控制器，其特征在于所述的增量式碼盤2的傳遞函數(shù)為:Gd(s)=1+αTs1+Ts,α<1φm=arcsin1-α1+α,φm∈(0,π2)ωm=1αT]]>在ωm＝0.2rad/s處加一個(gè)φm＝-60°左右的滯后校正環(huán)節(jié)。計(jì)算得出該環(huán)節(jié)Gd(s)=1.3398s+118.6598s+1]]>減小了動靜摩擦力矩之差，避免跳躍式跟蹤的出現(xiàn)，保持了轉(zhuǎn)臺速度的平穩(wěn)性，減小了伺服系統(tǒng)中摩擦力的影響。本專利技術(shù)中采用無刷直流電動機(jī)作為驅(qū)動元件，測角元件選用了增量式碼盤，并采用機(jī)理法建模建立了無刷直流電動機(jī)系統(tǒng)的機(jī)理模型，并通過實(shí)驗(yàn)的方法得到了模型的具體參數(shù)，設(shè)計(jì)了滿足指標(biāo)要求的控制器。在設(shè)計(jì)控制器時(shí)，首先是在沒有考慮摩擦死區(qū)造成的影響的情況下，設(shè)計(jì)出了滿足要求的控制器。然后考慮實(shí)際情況，加入死區(qū)特性，對控制器進(jìn)行了改進(jìn)，并最后驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的控制器滿足要求。因?yàn)楸巨D(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的是計(jì)算機(jī)控制，故在設(shè)計(jì)完模擬控制器后又將其進(jìn)行了離散化，并給出了可直接用于編制計(jì)算機(jī)程序的差分方程。電動轉(zhuǎn)臺的驅(qū)動元件選用無刷直流電動機(jī)，采用電流反饋型脈寬調(diào)制逆變驅(qū)動，簡稱SPWM。無刷直流電動機(jī)系統(tǒng)由永磁同步電動機(jī)、逆變驅(qū)動電路和轉(zhuǎn)子位置檢測及處理電路三部分組成。轉(zhuǎn)子位置檢測及處理電路對位置的輸入信號進(jìn)行處理，解算處轉(zhuǎn)子位置并合成三相單位電流信號upa=sin(θ)upb=sin(θ-23π)upc=sin(θ+23π)]]>三相單位電流信號與速度調(diào)節(jié)其輸出的電流給定信號u相乘得到三相電流指令信號ua*=u·sin(θ)ub*=u·sin(θ-23π)uc*=u·sin(θ+23π)]]>三相電流指令信號經(jīng)三相電流調(diào)節(jié)器作用后，產(chǎn)生三相電流凈給定指令用來控制由功率開關(guān)器件構(gòu)成的SPWM逆變驅(qū)動電路，在電機(jī)繞組中得到與三相電流指令相對應(yīng)的三相繞組電流，實(shí)現(xiàn)矢量控制。由于摩擦在具有相對運(yùn)動的機(jī)械系統(tǒng)中是不可避免的，造成死區(qū)在轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)中確實(shí)存在。死區(qū)特性最直接的影響是使系統(tǒng)存在穩(wěn)態(tài)誤差，而且還會導(dǎo)致低速運(yùn)行時(shí)的跳動或爬行現(xiàn)象。當(dāng)轉(zhuǎn)速足夠高時(shí)，控制信號起主導(dǎo)作用，運(yùn)動是平穩(wěn)的；當(dāng)系統(tǒng)低速運(yùn)行時(shí)，由于存在動靜摩擦力矩之差，會出現(xiàn)跳躍式跟蹤，不能保持速度的平穩(wěn)性。而轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)要求具有低速平穩(wěn)性，這就要減小或消除系統(tǒng)中摩擦力的影響。Gd(s)=1+αTs1+Ts,α<1φm=arcsin1-α1+α,φm∈(0,π2)ωm=1αT]]>在ωm＝0.2rad/s處加一個(gè)φm＝-60°左右的滯后校正環(huán)節(jié)。計(jì)算得出該環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為Gd(s)=1.3398s+118.6598s+1]]>本專利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：無刷直流電動機(jī)作為驅(qū)動元件，測角元件選用了增量式碼盤，并采用機(jī)理法建模，之后對數(shù)字控制器進(jìn)行了設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)的時(shí)候考慮了轉(zhuǎn)臺在實(shí)際使用中的摩擦影響控制精度的因素，提高了系統(tǒng)的控制精度。附圖說明圖1為本專利技術(shù)的控制系統(tǒng)框圖；圖2為無刷直流電動機(jī)系統(tǒng)原理框圖；圖3為考慮低速運(yùn)行死區(qū)影響時(shí)原系統(tǒng)校正后的階躍響應(yīng)曲線。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖舉例對本專利技術(shù)做更詳細(xì)地描述：結(jié)合圖1，圖1為本專利技術(shù)的控制系統(tǒng)框圖。首先確定了轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案，然后建立了無刷直流電動機(jī)系統(tǒng)的機(jī)理模型，并通過實(shí)驗(yàn)的方法得到了模型的具體參數(shù)，設(shè)計(jì)了滿足指標(biāo)要求的控制器。在設(shè)計(jì)控制器時(shí)，首先是在沒有考慮摩擦死區(qū)造成的影響的情況下，設(shè)計(jì)出了滿足要求的控制器。然后考慮實(shí)際情況，加入死區(qū)特性，對控制器進(jìn)行了改進(jìn)，并最后驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的控制器滿足要求。因?yàn)楸巨D(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的是計(jì)算機(jī)控制，故在設(shè)計(jì)完模擬控制器后又將其進(jìn)行了離散化，并給出了可直接用于編制計(jì)算機(jī)程序的差分方程。結(jié)合圖2，圖2為無刷直流電動機(jī)系統(tǒng)原理框圖。電動轉(zhuǎn)臺的驅(qū)動元件選用本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種高精度三軸轉(zhuǎn)臺伺服控制器，其特征組成主要包括無刷直流電動機(jī)(1)和增量式碼盤(2)，控制器(3)，其中無刷直流電動機(jī)(1)和增量式碼盤(2)通過控制器連接，采用機(jī)理法建模建立了無刷直流電動機(jī)系統(tǒng)的機(jī)理模型，并通過實(shí)驗(yàn)的方法得到了模型的具體參數(shù)，設(shè)計(jì)了滿足指標(biāo)要求的控制器。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種高精度三軸轉(zhuǎn)臺伺服控制器，其特征組成主要包括無刷直流電動機(jī)
(1)和增量式碼盤(2)，控制器(3)，其中無刷直流電動機(jī)(1)和增量式碼
盤(2)通過控制器連接，采用機(jī)理法建模建立了無刷直流電動機(jī)系統(tǒng)的機(jī)理模
型，并通過實(shí)驗(yàn)的方法得到了模型的具體參數(shù)，設(shè)計(jì)了滿足指標(biāo)要求的控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度三軸轉(zhuǎn)臺伺服控制器，其特征在于所
述的無刷直流電動機(jī)(1)，采用電流反饋型脈寬調(diào)制逆變驅(qū)動，簡稱SPWM，無
刷直流電動機(jī)系統(tǒng)由永磁同步電動機(jī)、逆變驅(qū)動電路和轉(zhuǎn)子位置檢測及處理電
路三部分組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：趙彬彬，趙晶，韓雪，
申請(專利權(quán))人：哈爾濱功成科技創(chuàng)業(yè)投資有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：黑龍江;23
還沒有人留言評論。發(fā)表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。