一种全数字式的双伺服电机消隙系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术涉及地面遥测接收系统伺服控制领域，具体涉及一种全数字式的双伺服电机消隙系统，包括伺服控制模块、伺服驱动模块和传感模块；所述伺服控制模块通过现场总线传递速度控制命令至伺服驱动模块；所述伺服驱动模块包括消隙控制单元和电机驱动单元，伺服驱动模块发送驱动信号至伺服电机并接收传感模块传来的速度反馈信号；所述传感模块传递伺服电机的速度反馈信号至伺服驱动模块，同时传递位置反馈信号至伺服控制模块。本发明专利技术还公开了一种全数字式的双伺服电机消隙系统的控制方法，极大地提高消隙的精度。

【技术实现步骤摘要】
一种全数字式的双伺服电机消隙系统及其控制方法
本专利技术涉及地面遥测接收系统伺服控制领域，更为具体的讲，涉及一种全数字式的双伺服电机消隙系统及其控制方法。
技术介绍
地面遥测接收系统通常使用大口径的抛物面天线为接收单元，要求伺服系统具有很高的驱动力矩和低速平稳性。常用的伺服电机额定转速较高，输出力矩较小，而负载则要求转速较低，驱动力矩较大，因此需要在电机和负载之间加入一个很大的减速器，它一方面放大力矩另一方面降低转速。但是减速器的引入会使传动链路存在齿隙，齿隙用来防止由于误差和热变形而使轮齿卡住，并且给齿面间的润滑油膜留有空间，但齿隙同时又给机构在反转时带来空程，使机构不能准确定位，造成伺服系统指向精度降低。为了减少或消除齿隙给机构带来的不利影响，需要采用消隙方法，通常可采用机械消隙或电消隙的方法解决。双电机消隙传动方式的实质是利用伺服控制电路使传动系统在启动和换向的过程中，两套完全一致的减速机构的输出齿轮分别贴紧在主轴大齿轮的相反的帖合面上，使主轴大齿轮受到偏置力矩，不能在齿隙中来回摆动，从而达到消隙的目的。机械消隙传动的方法包括双片齿轮加弹簧传动，利用偏心套调节齿轮中心距，以及弹簧预加载的办法。机械消隙传动只能用于传递较小的力矩，而对于较大力矩的动力传动最好采用电消隙传动的方法解决。由于天线经常工作在零速附近，传动链中齿隙的存在会使得传动产生相应滞后，甚至会产生极限环振荡，在动力传动链中，传统的机械消隙已经无法满足精度要求，电消隙技术具有更多优越性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对现有技术中存在的问题，提出一种全数字式的双伺服电机消隙系统及其控制方法，极大地提高消隙的精度。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种全数字式的双伺服电机消隙系统，其特征在于：包括伺服控制模块、伺服驱动模块和传感模块；所述伺服控制模块通过现场总线传递速度控制命令至伺服驱动模块；所述伺服驱动模块根据速度控制命令发送驱动信号至伺服电机并接收传感模块传来的速度反馈信号；所述传感模块传递伺服电机的速度反馈信号至伺服驱动模块，同时传递位置反馈信号至伺服控制模块。所述伺服控制模块包括通用工控机、串口通信卡和CAN卡。所述伺服控制模块包括由前馈控制和反馈控制结合成的复合控制单元，所述复合控制单元通过误差控制的增量式PID控制。所述伺服驱动模块包括消隙控制单元和电机驱动单元，所述消隙控制单元用于消除伺服电机的齿隙误差，所述电机驱动单元用于发送驱动信号给伺服电机。所述消隙控制单元为通用嵌入式通信控制板，设置有偏置电流控制器，所述偏置电流控制器通过大于200Hz的频率控制主伺服电机速度以及控制从伺服电机的力矩与电流关系，消除齿隙误差。所述现场总线使用的是CAN总线，所述串行总线使用的是RS422总线，构成全数字式控制系统。一种全数字式的双伺服电机消隙系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：一、伺服控制步骤：计算伺服电机运行速度，并将速度控制命令发送至伺服驱动步骤；二、伺服驱动步骤：接收来自伺服控制步骤的速度控制命令，驱动伺服电机；三、传感反馈步骤：采集伺服电机的速度信号和位置信号，将速度信号反馈至伺服驱动步骤，并将位置信号反馈至伺服控制步骤。所述伺服驱动步骤包括以下步骤：步骤1，配置驱动器初始工作模式，向伺服电机使能；步骤2，接收主驱动器的反馈，读取主驱动器工作电流；步骤3，收到速度控制命令，根据运动方向确定主伺服电机和从伺服电机；步骤4，配置驱动器工作模式，向主驱动器发送速度控制命令；步骤5，计算从驱动器的消隙电流；步骤6，向从驱动器发送电流控制命令。由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：伺服控制模块包括复合控制单元，复合控制单元通过误差控制的增量式PID控制，构成了电流环、速度环、位置环三环控制的双电机伺服系统模型，在误差控制的基础上，引入前馈补偿通道，在不影响系统稳定性的情况下很大程度上减小了伺服系统的跟踪误差，提高了控制精度；偏置电流控制器，经消隙控制算法对两个电机的速度和电流实时控制，可以实现消除齿轮传递间隙的功能。附图说明图1为本专利技术的系统结构示意图。图2为本专利技术中前馈控制系统结构图。图3为本专利技术中消隙控制模块的工作流程图。图4为本专利技术中电机驱动力矩与负载速度关系图。图5为本专利技术中修正后电机驱动力矩与负载速度关系图。图6为实施例1中速度环上升及下降沿阶跃响应曲线。图7为实施例1中单电机电流环与速度环阶跃响应曲线。图8为实施例2中未消隙时位置环阶跃响应曲线。图9为实施例3中消隙控制时位置环阶跃响应曲线。具体实施方式一种全数字式的双伺服电机消隙系统，包括伺服控制模块、伺服驱动模块和传感模块；所述伺服控制模块通过现场总线传递速度控制命令至伺服驱动模块；所述伺服驱动模块包括消隙控制单元和电机驱动单元，伺服驱动模块发送驱动信号至伺服电机并接收传感模块传来的速度反馈信号；所述传感模块传递伺服电机的速度反馈信号至伺服驱动模块，同时传递位置反馈信号至伺服控制模块。所述伺服控制模块包括通用工控机、串口通信卡和CAN卡。所述伺服控制模块包括由前馈控制和反馈控制结合成的复合控制单元，所述复合控制单元通过误差控制的增量式PID控制。所述消隙控制单元为通用嵌入式通信控制板，设置有偏置电流控制器，所述偏置电流控制器通过大于200Hz的频率控制主伺服电机速度以及控制从伺服电机的力矩与电流关系，消除齿隙误差。所述现场总线使用的是CAN总线，所述串行总线使用的是RS422总线，构成全数字式控制系统。一种全数字式的双伺服电机消隙系统的控制方法，包括以下步骤：一、伺服控制步骤：计算伺服电机运行速度，并将速度控制命令发送至伺服驱动步骤；二、伺服驱动步骤：接收来自伺服控制步骤的速度控制命令，驱动伺服电机；三、传感反馈步骤：采集伺服电机的速度信号和位置信号，将速度信号反馈至伺服驱动步骤，并将位置信号反馈至伺服控制步骤。所述伺服驱动步骤包括以下步骤：步骤1，配置驱动器初始工作模式，向伺服电机使能；步骤2，接收主驱动器的反馈，读取主驱动器工作电流；步骤3，收到速度控制命令，根据运动方向确定主伺服电机和从伺服电机；步骤4，配置驱动器工作模式，向主驱动器发送速度控制命令；步骤5，计算从驱动器的消隙电流；步骤6，向从驱动器发送电流控制命令。系统中首选PID控制算法，同时在PID控制的基础上引入前馈控制，在不影响系统稳定性的情况下大大减小了伺服系统的跟踪误差，提高了控制精度。由于本系统是采用的是数字计算机及RS422、CAN总线组成的数字系统，伺服控制采用增量式PID控制器，它根据采样时刻的偏差值计算控制量。（1）其中：KP为比例增益，KI为积分系数，KD为微分系数，u(k)为控制量，e(k-1)和e(k)分别为第(k-1)和第k控制周期所得的偏差。根据递推原理可得第k次的控制增量。（2）由于计算机控制系统采用恒定的采样周期T，一旦确定了KP、KI、KD，只要使用前三次测量值的偏差量，即可由式(2)求出u(k)的控制增量。当伺服控制系统处于跟踪状态时，要求其动态跟踪误差必须很小。在这种情况下，通常引入前馈控制的方式。前馈控制就是在误差控制的基础上，引入前馈补偿通道。它实际是一种开环+闭环控制，不等到输出量发生变化并形成偏差后才产生纠正偏离的控制作用，而是在控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全数字式的双伺服电机消隙系统，其特征在于：包括伺服控制模块、伺服驱动模块和传感模块；所述伺服控制模块通过现场总线传递速度控制命令至伺服驱动模块；所述伺服驱动模块根据速度控制命令发送驱动信号至伺服电机并接收传感模块传来的速度反馈信号；所述传感模块传递伺服电机的速度反馈信号至伺服驱动模块，同时传递位置反馈信号至伺服控制模块。

【技术特征摘要】
1.一种全数字式的双伺服电机消隙系统，其特征在于：包括伺服控制模块、伺服驱动模块和传感模块；所述伺服控制模块通过现场总线传递速度控制命令至伺服驱动模块；所述伺服驱动模块根据速度控制命令发送驱动信号至伺服电机并接收传感模块传来的速度反馈信号；所述传感模块传递伺服电机的速度反馈信号至伺服驱动模块，同时传递位置反馈信号至伺服控制模块。2.根据权利要求1所述的一种全数字式的双伺服电机消隙系统，其特征在于：所述伺服控制模块包括通用工控机、串口通信卡和CAN卡。3.根据权利要求1所述的一种全数字式的双伺服电机消隙系统，其特征在于：所述伺服控制模块包括由前馈控制和反馈控制结合成的复合控制单元，所述复合控制单元通过误差控制的增量式PID控制。4.根据权利要求1所述的一种全数字式的双伺服电机消隙系统，其特征在于：所述伺服驱动模块包括消隙控制单元和电机驱动单元，所述消隙控制单元用于消除伺服电机的齿隙误差，所述电机驱动单元用于发送驱动信号给伺服电机。5.根据权利要求4所述的一种全数字式的双伺服电机消隙系统，其特征在于：所述消隙控制单元为通用嵌入式通信控制板，设置有偏置电流控制器，通过大于200Hz的频率控制主伺服电机...

【专利技术属性】
技术研发人员：解邦福，李相森，杨冬冬，杨国敏，杨雷，蔡茂佼，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院电子工程研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51