一种适用于不平衡转矩伺服系统的控制装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种适用于不平衡转矩伺服系统的控制装置，包括伺服电机执行单元、控制终端以及与控制终端连接的主控解算单元，所述的主控解算单元通过串口分别连接有角度编码器测角单元、陀螺测角速度单元和驱动电流检测单元，所述的陀螺测角速度单元和驱动电流检测单元之间连接有力矩反馈速度环补偿装置，所述的角度编码器测角单元、陀螺测角速度单元和驱动电流检测单元分别通过串口连接至伺服电机执行单元，所述的主控解算单元通过DA转换器与伺服电机执行单元连接；本专利通过实时测量力矩变化来调整伺服控制系统在运动中的驱动补偿，并时实调节驱动输出，使用简易适当的补偿算法对这一扰动进行有效抑制，且不增加硬件成本和降低可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于不平衡转矩伺服系统的控制装置
本技术属于机械自动化控制的应用技术，具体为一种适用于不平衡转矩伺服系统的控制装置，适用于异型设计光电跟踪侦查设备的伺服控制系统。
技术介绍
伺服控制单元是光电转台类设备的重要组成部分，是设备的驱动和执行元件，设备稳定、搜索、跟踪等功能都是由伺服单元完成的，整个设备性能是靠控制系统保证的，因此它是设备的关键环节。伺服控制单元主要由负载转台，轴向电机，以及驱动控制模块组成，其中转台结构决定了轴向电机的个数，一般包含方位俯仰两个轴向电机，使设备可以完成极坐标系下的转动；驱动控制模块由电机驱动器，驱动电源和伺服系统综合控制板组成。伺服系统由位置环和速度环和电流环组成电机闭环控制调节系统。位置环通过编码器测角模块或图像处理板的目标测偏量提供反馈，速度环通过陀螺仪测量或者测角与时间微分获得角速度反馈，电流环通过综控板DA采样获取驱动电流环反馈，伺服控制系统根据指定角度和当前指向器测角的偏差通过位置环PID运算得到需要达到的速度量，速度环再根据当前测速结果和速度给定测偏量通过速度环PID运算得到驱动电流给定，最后由电流经过PID整定后进行驱动输出。当转台伺服系统配重基本均衡时通过电流环的整定就可以较理想调整输出转矩和负载匹配，但在综合拒止设备中由于条件所限，设备在方位和俯仰两个方向上的配重都无法达到均衡以致产生了不平衡转矩，此时会存在不平衡力矩扰动，特别是当设备处在摇摆的工作环境中时，负载所受重力的分力与转动受力同向，会使转轴两端力矩产生明显的偏差，电机在这一轴向转动换向时的摩擦力发生改变，同时功耗也会有所不同，若要使指向器运动到指定位置停下，伺服控制器控制指向器会在指定位置附近做往返换向震荡，而传统的PID调节方法使用一套控制参数无法适应这种不平衡力矩带来的换向时的相应变化，从而导致伺服震荡时间延长甚至加剧。由于这种力矩的变化是随安装基座摇摆幅度和频率而变化的且变化快速且缺乏规律，又无法用多套PID参数来满足这种变化，为了提高控制的稳定性，需要采用其它的算法改进来弥补控制缺陷。
技术实现思路
本技术的目的在于根据现有技术的不足，提供一种适用于不平衡转矩伺服系统的控制装置。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种适用于不平衡转矩伺服系统的控制装置，包括伺服电机执行单元、控制终端以及与控制终端连接的主控解算单元，所述的主控解算单元通过串口分别连接有角度编码器测角单元、陀螺测角速度单元和驱动电流检测单元，所述的陀螺测角速度单元和驱动电流检测单元之间连接有力矩反馈速度环补偿装置，所述的角度编码器测角单元、陀螺测角速度单元和驱动电流检测单元分别通过串口连接至伺服电机执行单元，所述的主控解算单元通过DA转换器与伺服电机执行单元连接。进一步，所述的力矩反馈速度环补偿装置包括速度反馈环、位置反馈环和电流反馈环，电流反馈环上还并联连接有力矩补偿环，所述电流反馈环的输出端连接速度环调节单元，速度环调节单元连接电流环调节单元后与伺服电机连接，速度环调节单元前方连接有位置环调节单元，所述力矩补偿环和速度反馈环的输出端连接在位置环调节单元和速度环调节单元之间，位置环调节单元前方连接有位置输入单元，所述位置反馈环的输出端连接在位置输入单元和位置环调节单元之间。本技术的有益效果是：力矩反馈速度环补偿装置通过电流反馈环采集电机驱动器的电流反馈，同时通过速度反馈环采集转台角速度反馈，建立缓存保存电流反馈和速度反馈序列；分析电流反馈和速度反馈与时间的关系序列，当同一方向上电流反馈突然增大且速度反馈突然减小，说明力矩在此时发生改变产生了扰动，此时通过增益系数得到力矩变化补偿，此补偿表现为电流量补偿；同时用三点预测法对此补偿在下一个时间点的补偿做出预估，再将此补偿量加入到速度闭环调节后电流反馈环给定量进行补偿并参与到电流反馈环闭环运算。附图说明图1是本技术的结构示意图；图2是本技术力矩反馈速度环补偿装置的结构示意图；图3是本技术力矩反馈速度环补偿装置的控制流程图。图中各附图标记的名称为：1—控制终端，2—主控解算单元，3—角度编码器测角单元，4—陀螺测角速度单元，5—驱动电流检测单元，6—力矩反馈速度环补偿装置，7—伺服电机执行单元。具体实施方式下面结合附图对本技术作进一步详细说明。参照图1、图2所示，本技术公开了一种新型的力矩采集、分析、补偿的控制模型，能有效抑制不平衡力矩扰动对伺服系统的影响，提高伺服系统在不平衡转矩条件下的控制精度，实现综合拒止伺服控制系统在配重不均衡造成转动力矩不平衡的条件下的稳定，包括伺服电机执行单元7、控制终端1以及与控制终端1连接的主控解算单元2，所述的主控解算单元2通过串口分别连接有角度编码器测角单元3、陀螺测角速度单元4和驱动电流检测单元5，所述的陀螺测角速度单元4和驱动电流检测单元5之间连接有力矩反馈速度环补偿装置6，所述的角度编码器测角单元3、陀螺测角速度单元4和驱动电流检测单元5分别通过串口连接至伺服电机执行单元7，所述的主控解算单元2通过DA转换器与伺服电机执行单元7连接。其中，所述的力矩反馈速度环补偿装置6包括速度反馈环、位置反馈环和电流反馈环，电流反馈环上还并联连接有力矩补偿环，所述电流反馈环的输出端连接速度环调节单元，速度环调节单元连接电流环调节单元后与伺服电机连接，速度环调节单元前方连接有位置环调节单元，所述力矩补偿环和速度反馈环的输出端同时连接在位置环调节单元和速度环调节单元之间，位置环调节单元前方连接有位置输入单元，所述位置反馈环的输出端连接在位置输入单元和位置环调节单元之间。力矩反馈速度环补偿装置6通过实时采集电流反馈环的输入分析计算当前所对应的转动力矩，并根据力矩的改变计算出相应的力矩补偿，配合速度反馈环、位置反馈环和电流反馈环的PID控制算法，使得伺服系统在不平衡力矩扰动下，可以确保控制的稳定性不受其影响；电流反馈环力矩的反馈会产生延时，实际输出补偿加入了预估控制算法，解决系统反应滞后的问题，使控制模型更加趋近于真实的运动环境，从而兼顾控制的稳定性和响应的迅速性。本专利作为一种针对不平衡转矩的伺服控制控制算法法的应用技术，其承载和执行主体是一块伺服综合控制板，该控制板通过DA转换器与电机驱动器交换数据，包括接收到电机驱动器反馈的响应电流和电机驱动输出电压，此外综合控制接收响应各类控制和传感器信息以实现对伺服电机的闭环控制。本专利针对综合拒止设备转台负载的不均衡配重造成的不平衡转矩控制问题，提出一种通过实时测量力矩变化来调整伺服控制系统在运动中的驱动补偿，并时实调节驱动输出的控制算法；采用较为简便的方法对不平衡转动力矩进行采样分析计算；并能够使用简易适当的补偿算法对这一扰动进行有效抑制，且不增加硬件成本和降低可靠性。该实施方案主要为软件开销，实现无需增加任何额外器件和硬件成本。如图3所示，该算法通过系统电流反馈环与力矩的线性比例关系得出当前力矩变化，并根据这一变化计算出当前驱动输出所应提供的补偿，弥补换向时单一PID控制参数计算匹配的不足，实现在伺服系统能在小误差条件下持续稳定，缩短超调时间，提高跟踪精度，实现稳定的运动控制。本专利以PID控制算法为基础，通过电流反馈环实时反馈电流与响应转矩之间的正比关本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于不平衡转矩伺服系统的控制装置，其特征在于：包括伺服电机执行单元（7）、控制终端（1）以及与控制终端（1）连接的主控解算单元（2），所述的主控解算单元（2）通过串口分别连接有角度编码器测角单元（3）、陀螺测角速度单元（4）和驱动电流检测单元（5），所述的陀螺测角速度单元（4）和驱动电流检测单元（5）之间连接有力矩反馈速度环补偿装置（6），所述的角度编码器测角单元（3）、陀螺测角速度单元（4）和驱动电流检测单元（5）分别通过串口连接至伺服电机执行单元（7），所述的主控解算单元（2）通过DA转换器与伺服电机执行单元（7）连接。

【技术特征摘要】
1.一种适用于不平衡转矩伺服系统的控制装置，其特征在于：包括伺服电机执行单元（7）、控制终端（1）以及与控制终端（1）连接的主控解算单元（2），所述的主控解算单元（2）通过串口分别连接有角度编码器测角单元（3）、陀螺测角速度单元（4）和驱动电流检测单元（5），所述的陀螺测角速度单元（4）和驱动电流检测单元（5）之间连接有力矩反馈速度环补偿装置（6），所述的角度编码器测角单元（3）、陀螺测角速度单元（4）和驱动电流检测单元（5）分别通过串口连接至伺服电机执行单元（7），所述的主控解算单元（2）通过DA转换器与伺服...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩韬，黄涛，程鑫，罗静玲，常明志，李海波，曾超，孙菲，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一七研究所，武汉华中天勤防务技术有限公司，
类型：新型
国别省市：湖北,42