高精度三轴转台伺服控制器制造技术

本发明专利技术为高精度三轴转台提供一个能够保证其平稳、准确运行的伺服系统。高精度三轴转台伺服控制器，其特征是：包括计算机，D/A转换器，驱动器，直流电机；所述计算机内设有测角处理电路和控制器；所述控制器连接D/A转换器，D/A转换器连接驱动器，驱动器连接直流电机；所述测角处理电路连接测角元件。本发明专利技术用无刷直流电动机作为驱动元件，测角元件选用了增量式码盘，并采用机理法建模，之后对数字控制器进行了设计，在设计的时候考虑了转台在实际使用中的摩擦影响控制精度的因素，提高了系统的控制精度。

【技术实现步骤摘要】
高精度三轴转台伺服控制器
本专利技术涉及一种伺服控制器，特别涉及一种针对飞行实验的高精度三轴转台的位置伺服控制器。
技术介绍
转台则是航空、航天等领域中进行半实物仿真和测试的关键硬件设备，在飞行器的研制过程中起着极其重要的作用。转台可以在实验室条件下模拟飞行器在空中实际飞行时的各种姿态，复现其运动时的动力学特征，从而对它们的制导系统、控制系统及其相应器件的性能进行反复仿真和测试，获得试验数据，并据此对其进行重新设计和改进，达到总体设计的性能指标要求。仿真转台性能的优劣直接关系到仿真实验的逼真性和置信度，是保证航空、航天型号产品和武器系统的精度和性能的基础。随着飞行器型号的不断更新，性能的日益提高，对导航和制导设备的性能和精度的要求也在不断提高。这就给仿真转台的整体制造水平提出了新的课题，也给转台伺服控制系统的设计与实现提出了更高的要求。对于转台系统来说，控制系统设计就是在确定了台体结构、驱动方式及测量元件之后，最大限度地挖掘系统的潜力，使转台的性能达到或超过设计指标。在转台角位置伺服系统的控制器设计中，所碰到的主要的问题是系统频带扩展及低速平稳运行问题。在频率分析方法中，整个系统可以看成是一个滤波器，频带越宽输出的复现精度越高。所以实际的系统总是希望带宽要宽。但带宽的拓展要受到噪声干扰和不确定性的限制。由于摩擦死区的存在，造成系统存在稳态误差，而且会导致低速运行时的跳动或爬行现象，而转台系统要求低速运行时具备平稳性，因此就要消除或减小系统中摩擦力的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是为高精度三轴转台提供一个能够保证其平稳、准确运行的伺服系统。本专利技术的目的是这样实现的：高精度三轴转台伺服控制器，其特征是：包括计算机，D/A转换器，驱动器，直流电机；所述计算机内设有测角处理电路和控制器；所述控制器连接D/A转换器，D/A转换器连接驱动器，驱动器连接直流电机；所述测角处理电路连接测角元件。所述直流电机是无刷直流电机。本专利技术中采用无刷直流电动机作为驱动元件，测角元件选用了增量式码盘，并采用机理法建模建立了无刷直流电动机系统的机理模型，并通过实验的方法得到了模型的具体参数，设计了满足指标要求的控制器。在设计控制器时，首先是在没有考虑摩擦死区造成的影响的情况下，设计出了满足要求的控制器。然后考虑实际情况，加入死区特性，对控制器进行了改进，并最后验证所设计的控制器满足要求。因为本转台控制系统要实现的是计算机控制，故在设计完模拟控制器后又将其进行了离散化，并给出了可直接用于编制计算机程序的差分方程。电动转台的驱动元件选用无刷直流电动机，采用电流反馈型脉宽调制逆变驱动(简称SPWM)。无刷直流电动机系统由永磁同步电动机、逆变驱动电路和转子位置检测及处理电路三部分组成。转子位置检测及处理电路对位置的输入信号进行处理，解算处转子位置并合成三相单位电流信号三相单位电流信号与速度调节其输出的电流给定信号u相乘得到三相电流指令信号三相电流指令信号经三相电流调节器作用后，产生三相电流净给定指令用来控制由功率开关器件构成的SPWM逆变驱动电路，在电机绕组中得到与三相电流指令相对应的三相绕组电流，实现矢量控制。由于摩擦在具有相对运动的机械系统中是不可避免的，造成死区在转台伺服系统中确实存在。死区特性最直接的影响是使系统存在稳态误差，而且还会导致低速运行时的跳动或爬行现象。当转速足够高时，控制信号起主导作用，运动是平稳的；当系统低速运行时，由于存在动静摩擦力矩之差，会出现跳跃式跟踪，不能保持速度的平稳性。而转台伺服系统要求具有低速平稳性，这就要减小或消除系统中摩擦力的影响。在ωm＝0.2rad/s处加一个φm＝-60°左右的滞后校正环节。计算得出该环节的传递函数为本专利技术的优点：无刷直流电动机作为驱动元件，测角元件选用了增量式码盘，并采用机理法建模，之后对数字控制器进行了设计，在设计的时候考虑了转台在实际使用中的摩擦影响控制精度的因素，提高了系统的控制精度。附图说明图1为本专利技术的控制系统框图；图2为无刷直流电动机系统原理框图；图3为考虑低速运行死区影响时原系统校正后的阶跃响应曲线。具体实施方式下面结合附图举例对本专利技术做更详细地描述：结合图1，图1为本专利技术的控制系统框图。首先确定了转台伺服系统的实现方案，然后建立了无刷直流电动机系统的机理模型，并通过实验的方法得到了模型的具体参数，设计了满足指标要求的控制器。在设计控制器时，首先是在没有考虑摩擦死区造成的影响的情况下，设计出了满足要求的控制器。然后考虑实际情况，加入死区特性，对控制器进行了改进，并最后验证所设计的控制器满足要求。因为本转台控制系统要实现的是计算机控制，故在设计完模拟控制器后又将其进行了离散化，并给出了可直接用于编制计算机程序的差分方程。结合图2，图2为无刷直流电动机系统原理框图。电动转台的驱动元件选用无刷直流电动机，采用电流反馈型脉宽调制逆变驱动(简称SPWM)。无刷直流电动机系统由永磁同步电动机、逆变驱动电路和转子位置检测及处理电路三部分组成。转子位置检测及处理电路对位置的输入信号进行处理，解算处转子位置并合成三相单位电流信号三相单位电流信号与速度调节其输出的电流给定信号u相乘得到三相电流指令信号三相电流指令信号经三相电流调节器作用后，产生三相电流净给定指令用来控制由功率开关器件构成的SPWM逆变驱动电路，在电机绕组中得到与三相电流指令相对应的三相绕组电流，实现矢量控制。结合图3，图3为考虑低速运行死区影响时原系统校正后的阶跃响应曲线。由于摩擦在具有相对运动的机械系统中是不可避免的，造成死区在转台伺服系统中确实存在。死区特性最直接的影响是使系统存在稳态误差，而且还会导致低速运行时的跳动或爬行现象。当转速足够高时，控制信号起主导作用，运动是平稳的；当系统低速运行时，由于存在动静摩擦力矩之差，会出现跳跃式跟踪，不能保持速度的平稳性。而转台伺服系统要求具有低速平稳性，这就要减小或消除系统中摩擦力的影响。在ωm＝0.2rad/s处加一个φm＝-60°左右的滞后校正环节。计算得出该环节的传递函数为：本文档来自技高网...

【技术保护点】
高精度三轴转台伺服控制器，其特征是：包括计算机，D/A转换器，驱动器，直流电机；所述计算机内设有测角处理电路和控制器；所述控制器连接D/A转换器，D/A转换器连接驱动器，驱动器连接直流电机；所述测角处理电路连接测角元件。

【技术特征摘要】
1.高精度三轴转台伺服控制器，其特征是：包括计算机，D/A转换器，驱动器，直流电机；所述计算机内设有测角处理电路和控制器；所述控制器连接D/A转换器，D/A...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄东梅，
申请(专利权)人：哈尔滨米米米业科技有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23