一种基于修正参考模型的双轴转台同步控制方法技术

本发明专利技术提出了一种基于修正参考模型的双轴转台同步控制方法，包括设计两轴控制器并比较其响应结果，利用

【技术实现步骤摘要】
一种基于修正参考模型的双轴转台同步控制方法
本专利技术属于双轴转台同步控制
，特别是涉及一种基于修正参考模型的双轴转台同步控制方法。
技术介绍
转台是惯导测试和运动仿真中的重要实验设备。转台以绕轴线的回转运动为特点，可以提供一个或多个运动自由度。双轴转台可以提供两个运动自由度。在一些特殊的工作条件需求下，需要使两轴以一定精度保持同步运动。例如一种特殊的双轴转台，双轴精密离心机，为保证被测负载相对惯性空间指向不变的特殊需求，需要回转轴完全抵消主轴的转动，即实现两轴的高精度同步运动。同步控制是一种常用工控技术，就是通过采用适当控制方法调节两个或多个被控对象输出，使其误差保持在一定精度范围内。从控制设计角度来说，常用的同步控制方法包括并联同步控制方法、串联同步控制方法、串并联混合同步控制方法以及交叉耦合同步控制方法。并联同步控制方法是两个对象分别控制，通过输入相同指令实现同步；串联同步控制方法利用各被控对象特性的差异，将一个被控对象的输出作为另一个被控对象的指令输入；定参数的串并联混合同步控制方法通过将并联同步控制方法和串联同步控制方法相结合消除同步误差；交叉耦合同步控制方法将同步误差作为反馈量进行设计，通过调节各回路控制参数，实现同步效果。现有同步控制方法或同步误差大，或动态性能差，或设计较为复杂。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有的同步控制方法或同步误差大，或动态性能差，或设计较为复杂的技术问题，而提出的一种基于修正参考模型的双轴转台同步控制方法。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种基于修正参考模型的双轴转台同步控制方法，包括以下步骤：步骤1、基于经典的频域法，分别设计转台两轴控制器并比较其响应效果，根据比较得出的响应效果，选定跟踪性能较好的作为轴，跟踪性能较差的作为ψ轴；步骤2、利用轴包含控制器在内的开环特性建立该轴数学模型；步骤3、根据步骤2得到的轴数学模型，在计算机中建立轴的闭环数学模型，根据该闭环数学模型对输入指令θc(t)的跟踪误差e2m(t)和轴对输入指令θc′(t)的跟踪误差e2(t)，拟合修正环节函数其中，θc(t)为ψ轴输入角位置指令，θc′(t)为轴输入角位置指令；步骤4、根据ψ轴对输入指令θc(t)的跟踪误差e1(t)和修正的跟踪误差e2′m(t)，求取加权系数对输入到ψ轴的指令信号θc(t)以α(t)进行加权，求两时变信号乘积为α(t)θc(t)；对ψ轴的输出信号θ1(t)以1-α(t)进行加权，求其乘积为(1-α(t))θ1(t)；将两个加权过的信号进行求和，作为输入到轴上的指令信号，即θc′(t)＝α(t)θc(t)+(1-α(t))θ1(t)；步骤5、读取ψ轴和轴各自的输出θ1(t)和θ2(t)，计算同步误差Δθ(t)＝θ2(t)-θ1(t)，以此验证同步控制效果。进一步地，所述步骤1具体为：利用经典的频域法，基于被控对象特性分别设计两轴控制器；测试两轴包含控制器在内的开环系统频率响应特性，比较两轴低频增益和带宽，选定跟踪性能较好的作为轴，跟踪性能较差的作为ψ轴，将两系统闭环。进一步地，所述步骤2具体为：利用步骤1得到的轴包含控制器在内的对象特性，采用预测误差法对该轴的频率响应特性进行拟合，得到被控对象模型KG2m(s)。进一步地，所述根据该闭环数学模型对输入指令θc(t)的跟踪误差e2m(t)和轴对输入指令θc′(t)的跟踪误差e2(t)，拟合修正环节函数具体为：串联一个修正环节A(t)，使得修正的跟踪误差e′2m(t)与轴对输入指令θc′(t)的跟踪误差e2(t)相等，即e2′m(t)＝e2(t)＝A(t)e2m(t)；根据修正环节A(t)与对应的轴转速采用最小二乘法进行拟合，得到A(t)关于转速的函数关系已有的同步控制方法，或难以消除同步误差，或对速度变化的指令信号的同步控制效果较差，或结构与设计过程较为复杂。本专利技术利用双轴转台的实时跟踪误差修正轴的参考输入，可以自适应地调节控制环节参数，使双轴转台系统具有动态调节能力，能够有效地降低同步跟踪误差，且结构简单、易于工程实现。附图说明图1为基于修正参考模型的双轴转台同步控制方法流程图；图2本专利技术修正模型参数计算的基本框图；图3为本专利技术同步控制部分的基本框图；图4A为转台主轴的开环频率特性测量结果；图4B为转台俯仰轴的开环频率特性测量结果；图5为轴对象特性测定和拟合曲线图；图6为修正函数的测定及拟合图像；图7A为执行最大速度为45deg/s，加速段加速度为50deg/s2，减速段为-50deg/s2的加速—匀速—减速指令(共计60s)时不同方法的同步误差实验曲线图；图7B为执行速度变化为20deg/s—80deg/s—40deg/s(各阶段均为15s)，加速段加速度为40deg/s2，减速段加速度为-40deg/s2的变速指令时，不同方法的同步误差实验曲线图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。结合图1，一种基于修正参考模型的双轴转台同步控制方法，包括以下步骤：步骤1、基于经典的频域法，分别设计转台两轴控制器并比较其响应效果，根据比较得出的响应效果，选定跟踪性能较好的作为轴，跟踪性能较差的作为ψ轴；所述步骤1具体为：利用经典的频域法，基于被控对象特性分别设计两轴控制器；测试两轴包含控制器在内的开环系统频率响应特性，比较两轴低频增益和带宽，选定跟踪性能较好的作为轴，跟踪性能较差的作为ψ轴，将两系统闭环。步骤2、利用轴包含控制器在内的开环特性建立该轴数学模型；所述步骤2具体为：利用步骤1得到的轴包含控制器在内的对象特性，采用预测误差法对该轴的频率响应特性进行拟合，得到被控对象模型KG2m(s)。结合图2，图中符号表示加法器，t为时间变量，s为拉普拉斯算子。θc(t)为输入角位置指令。KG2(s)为轴的实际对象传递函数，KG2m(s)为建立的轴模型传递函数。e2(t)为轴对输入指令θc(t)的跟踪误差，e2m(t)为轴模型对输入指令θc(t)的跟踪误差。f1为在线计算两输入变量比值的函数，A(t)为修正环节即两输入的比值。步骤3、根据步骤2得到的轴数学模型，在计算机中建立轴的闭环数学模型，根据该闭环数学模型对输入指令θc(t)的跟踪误差e2m(t)和轴对输入指令θc′(t)的跟踪误差e2(t)，拟合修正环节函数其中，θc(t)为ψ轴输入角位置指令，θc′(t)为轴输入角位置指令；所述根据该闭环数学模型对输入指令θc(t)的跟踪误差e2m(t)和轴对输入指令θc′(t)的跟踪误差e2(t)，拟合修正环节函数具体为：串联一个修正环节A(t)，使得修正的跟踪误差e′2m(t)与轴对输入指令θc′(t)的跟踪误差e2(t)相等，即e2′m(t)＝e2(t)＝A(t)e2m(t)；根据修正环节A(t)与对应的轴转速采用最小二乘法进行拟合，得到A(t)关于转速的函数关系结合图3，图中符号表示加法器，t为时间变量，s为拉普拉斯算子。θc(t)为ψ轴输入角位置指令，θc′(t)为轴的输入角位置指令。θ本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于修正参考模型的双轴转台同步控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、基于经典的频域法，分别设计转台两轴控制器并比较其响应效果，根据比较得出的响应效果，选定跟踪性能较好的作为

【技术特征摘要】
1.一种基于修正参考模型的双轴转台同步控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、基于经典的频域法，分别设计转台两轴控制器并比较其响应效果，根据比较得出的响应效果，选定跟踪性能较好的作为轴，跟踪性能较差的作为ψ轴；步骤2、利用轴包含控制器在内的开环特性建立该轴数学模型；步骤3、根据步骤2得到的轴数学模型，在计算机中建立轴的闭环数学模型，根据该闭环数学模型对输入指令θc(t)的跟踪误差e2m(t)和轴对输入指令θ′c(t)的跟踪误差e2(t)，拟合修正环节函数其中，θc(t)为ψ轴输入角位置指令，θ′c(t)为轴输入角位置指令；步骤4、根据ψ轴对输入指令θc(t)的跟踪误差e1(t)和修正的跟踪误差e′2m(t)，求取加权系数α(t)，对输入到ψ轴的指令信号θc(t)以α(t)进行加权，求两时变信号乘积为α(t)θc(t)；对ψ轴的输出信号θ1(t)以1-α(t)进行加权，求其乘积为(1-α(t))θ1(t)；将两个加权过的信号进行求和，作为输入到轴上的指令信号，即θ′c(t)＝α(t)θc(t)+(1-α(t))θ1(t)；步骤5、读取ψ轴和轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍鑫，王孟渝，邢宝祥，王玘玥，王博，刘刚，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23