一种非线性干扰下的间接驱动高精度伺服实现方法技术

本发明专利技术公开了一种非线性干扰下的间接驱动高精度伺服实现方法，属于导引头稳定平台技术领域，该方法能够解决穿轴线缆引起的非线性干扰力矩，齿轮传动空回和摩擦力矩等因素引起的伺服性能变差问题。其中稳定平台所采用的穿轴线缆为螺旋式布线方式；该方法包括如下步骤：构建稳定平台的理想系统模型，对理想系统模型进行标定，得到理想系统模型的传递函数G0。采用伺服控制算法对导引头的稳定平台进行伺服控制，并比较框架的角速度v与电机输出电压u的极性，当v与u极性不同时，在伺服控制算法计算出的控制量中叠加空回补偿。根据稳定平台的输入量和输出量之差e的大小对伺服控制算法计算出的控制量叠加干扰补偿d。

【技术实现步骤摘要】
一种非线性干扰下的间接驱动高精度伺服实现方法
本专利技术涉及导引头稳定平台
，具体涉及一种非线性干扰下的间接驱动高精度伺服实现方法。
技术介绍
导引头做为制导武器的关键部件，包含稳定平台、目标探测器摄像机、红外热像仪、雷达、激光等和目标跟踪器三部分。稳定平台做为导引头的一部分，承载各种光学，雷达传感器，隔离外界扰动，保证探测器成像清晰，跟踪器跟踪稳定。同时稳定平台的伺服机构能快速响应收到的指令，确保及时地进行搜索或指向目标。随着技术的不断进步和应用环境越来越复杂，导引头向着小型化，复合化发展。这对稳定平台提出了更高的要求，小型化通常会让稳定平台放弃电机直驱的结构，而改用间接驱动；复合化导致平台内信号线变多，大量的线缆尤其是同轴线穿过伺服转动轴，增加了摩擦和形变引起的非线性干扰力矩，给伺服系统的精度和稳定指标实现带来了挑战。稳定平台要实现隔离扰动和指向目标，至少要能在水平和垂直两个方向运动，即至少包含两个相互正交的框架，称为方位框架和俯仰框架。方位框架承载各种目标探测器，由方位电机带动实现水平旋转，框架旋转的角度和角速度由方位旋转变压器和方位陀螺测量得到。方位码盘测量的角度即方位框架角。整个方位框架做为负载装在俯仰框架的旋转轴上，由于负载惯量大，空间有限，俯仰电机采用齿轮传动方式，间接驱动负载。俯仰框架同样有测量角度的俯仰旋转变压器，测量角速度的俯仰陀螺。以上的方位电机、方位旋转变压器、方位陀螺，和俯仰电压、俯仰旋转变压器、俯仰陀螺，均通过线缆连接到伺服电路板，由处理芯片中的伺服控制算法进行闭环运算，实现稳定平台的伺服功能。伺服电路板安装在稳定平台基座上，方位框架的电机、旋转变压器、陀螺的线缆需要穿过俯仰框轴，才能连到伺服电路板。而方位框架内承载的目标探测器，既要穿方位轴，又要穿俯仰轴，才能连接到稳定平台基座上的目标跟踪器。通常目标探测器的信号线缆是较硬的同轴线，会产生很大的弹性和摩擦干扰力矩。因此，如何在非线性干扰和间接驱动下实现高精度和强鲁棒性的伺服稳定平台，是目前亟待解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种非线性干扰下的间接驱动高精度伺服实现方法，能够解决穿轴线缆引起的非线性干扰力矩，齿轮传动空回和摩擦力矩等因素引起的伺服性能变差问题。为达到上述目的，本专利技术的技术方案为：一种非线性干扰下的间接驱动高精度伺服实现方法，用于对导引头的稳定平台进行伺服控制，稳定平台包含电机、框架以及齿轮驱动结构，其中齿轮驱动结构包括啮合的驱动端齿轮和负载端齿轮，其中驱动端齿轮套在电机的输出轴上，负载端齿轮套在框架的驱动轴上，稳定平台所采用的穿轴线缆为螺旋式布线方式；该方法包括如下步骤：构建稳定平台的理想系统模型，具体为：取出稳定平台中的穿轴线缆，采用外连接方式取代穿轴连接方式，并将电机的输出轴和框架的驱动轴直接连接，实现对框架的直驱。对理想系统模型进行标定，得到理想系统模型的传递函数G0。采用伺服控制算法对导引头的稳定平台进行伺服控制，并比较框架的角速度v与电机输出电压u的极性，当v与u极性不同时，在伺服控制算法计算出的控制量中叠加空回补偿，空回补偿的值为k×u，k为预设的可调参数；当v与u极性相同时，设定空回补偿为0。根据稳定平台的输入量和输出量之差e的大小对伺服控制算法计算出的控制量叠加干扰补偿d；设。其中H为传递函数G0的逆函数；a为设定的第一可调参数；b为设定的第二可调参数；c为设定的第三可调参数；T为设定的第四可调参数；e1为设定第一阈值；e2为设定的第二可调阈值，e2小于e1；s为传递函数G0的复变量。进一步地，稳定平台所采用的穿轴线缆为螺旋式布线方式具体为：转轴沿周向设置活动内挡板，活动内挡板上设有开口用于线缆走线；活动外挡板设置在活动内挡板的外环，活动外挡板一侧开口连接固定架；活动外挡板与活动内挡板之间的平滑区域为线槽；线缆穿过转轴之后通过活动内挡板上的开口走线，绕活动内挡板一周后，穿过固定夹固定。有益效果：本专利技术提供的一种非线性干扰下的间接驱动高精度伺服实现方法，包括穿轴线缆布局，理想系统模型标定，齿轮空回补偿和干扰分段补偿。螺旋布线将线缆形变方式固定，形变分散，从而使非线性力矩的变化更容易预测，同时减小力矩大小，解决了穿轴线缆引起的非线性干扰力矩的问题。同时齿轮空回补偿和干扰分段补偿能够解决齿轮传动空回和摩擦力矩等因素引起的伺服性能变差问题。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种非线性干扰下的间接驱动高精度伺服实现方法流程图；图2为本专利技术实施例中螺旋布线示意图；其中1为转轴，2为活动内档板，3为线缆，4为外档板，5为固定夹，2和4之间区域为线槽；图3为本专利技术实施例中螺旋布线时，转轴极限角度时的线缆状态示意图。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。本专利技术提供了一种非线性干扰下的间接驱动高精度伺服实现方法，用于对导引头的稳定平台进行伺服控制，稳定平台包含电机、框架以及齿轮驱动结构，其中齿轮驱动结构包括啮合的驱动端齿轮和负载端齿轮，其中驱动端齿轮套在电机的输出轴上，负载端齿轮套在框架的驱动轴上，其特征在于，稳定平台所采用的穿轴线缆为螺旋式布线方式；且该方法流程如图1所示，包括如下步骤：构建稳定平台的理想系统模型，具体为：取出稳定平台中的穿轴线缆，采用外连接方式取代穿轴连接方式，并将电机的输出轴和框架的驱动轴直接连接，实现对框架的直驱。对理想系统模型进行标定，得到理想系统模型的传递函数G0。采用伺服控制算法对导引头的稳定平台进行伺服控制，并比较框架的角速度v与电机输出电压u的极性，当v与u极性不同时，在伺服控制算法计算出的控制量中叠加空回补偿，空回补偿的值为k×u，k为预设的可调参数；当v与u极性相同时，设定空回补偿为0。根据稳定平台的输入量和输出量之差e的大小对伺服控制算法计算出的控制量叠加干扰补偿d。设。其中H为传递函数G0的逆函数；a为设定的第一可调参数；b为设定的第二可调参数；c为设定的第三可调参数；T为设定的第四可调参数；e1为设定第一阈值；e2为设定的第二可调阈值，e2小于e1；s为传递函数G0的复变量。其中a、b、c、T、e1和e2依据经验进行设定，可以根据最终的补偿效果，选取使得补偿效果最佳的数值。稳定平台所采用的穿轴线缆为螺旋式布线方式；如图2和3所示。转轴1沿周向设置活动内挡板2，活动内挡板2上设有开口用于线缆走线；活动外挡板4设置在活动内挡板2的外环，活动外挡板4一侧开口连接固定架5；活动外挡板4与活动内挡板2之间的平滑区域为线槽；线缆穿过转轴1之后通过活动内挡板2上的开口走线，绕活动内挡板2一周后，穿过固定夹5固定。综上所述，以上仅为本专利技术的较佳实施例而已，并非用于限定本专利技术的保护范围。凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非线性干扰下的间接驱动高精度伺服实现方法，用于对导引头的稳定平台进行伺服控制，所述稳定平台包含电机、框架以及齿轮驱动结构，其中所述齿轮驱动结构包括啮合的驱动端齿轮和负载端齿轮，其中驱动端齿轮套在所述电机的输出轴上，负载端齿轮套在框架的驱动轴上，其特征在于，所述稳定平台所采用的穿轴线缆为螺旋式布线方式；且该方法包括如下步骤：/n构建所述稳定平台的理想系统模型，具体为：取出所述稳定平台中的穿轴线缆，采用外连接方式取代穿轴连接方式，并将电机的输出轴和框架的驱动轴直接连接，实现对框架的直驱；/n对所述理想系统模型进行标定，得到所述理想系统模型的传递函数G0；/n采用伺服控制算法对所述导引头的稳定平台进行伺服控制，并比较框架的角速度v与电机输出电压u的极性，当v与u极性不同时，在伺服控制算法计算出的控制量中叠加空回补偿，所述空回补偿的值为k×u，k为预设的可调参数；当v与u极性相同时，设定空回补偿为0；/n根据稳定平台的输入量和输出量之差e的大小对伺服控制算法计算出的控制量叠加干扰补偿d；/n设。/n

【技术特征摘要】
1.一种非线性干扰下的间接驱动高精度伺服实现方法，用于对导引头的稳定平台进行伺服控制，所述稳定平台包含电机、框架以及齿轮驱动结构，其中所述齿轮驱动结构包括啮合的驱动端齿轮和负载端齿轮，其中驱动端齿轮套在所述电机的输出轴上，负载端齿轮套在框架的驱动轴上，其特征在于，所述稳定平台所采用的穿轴线缆为螺旋式布线方式；且该方法包括如下步骤：
构建所述稳定平台的理想系统模型，具体为：取出所述稳定平台中的穿轴线缆，采用外连接方式取代穿轴连接方式，并将电机的输出轴和框架的驱动轴直接连接，实现对框架的直驱；
对所述理想系统模型进行标定，得到所述理想系统模型的传递函数G0；
采用伺服控制算法对所述导引头的稳定平台进行伺服控制，并比较框架的角速度v与电机输出电压u的极性，当v与u极性不同时，在伺服控制算法计算出的控制量中叠加空回补偿，所述空回补偿的值为k×u，k为预设的可调参数；当v与u极性相同时，设定空回补偿为0；...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴盼良，商美霞，佐大伟，常志英，武因峰，王禄禄，
申请(专利权)人：河北汉光重工有限责任公司，
类型：发明
国别省市：河北;13