一种基于船用惯导的低速多轴电机驱动控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于船用惯导的低速多轴电机驱动控制系统，包括一个主控模块

【技术实现步骤摘要】
一种基于船用惯导的低速多轴电机驱动控制系统


[0001]本专利技术涉及机械自动化
，具体涉及一种基于船用惯导的低速多轴电机驱动控制系统
。

技术介绍

[0002]在船舶领域，三轴惯导系统被广泛应用于航行导航
、
姿态控制和定位等方面，相比于单轴惯导系统，三轴惯导系统独立于外部参考物体，可以在没有
GPS
或其他导航信号的环境中工作，连续自动提供航向
、
航速
、
航程
、
纵横摇角和位置坐标等多种导航数据
。
三轴惯导系统包括外环转动框架
、
中环转动框架和内环转动框架，分别由三个电机拖动轴框进行低速运转
。
[0003]在三轴惯导系统中，大多采用三个主控模块分别驱动三个电机的策略，线路连接复杂，占用空间较大，硬件资源不能共享，增加了系统的购买成本
、
安装成本和维护成本，由于每个电机都有独立的主控模块，实现电机之间的同步控制较为困难，需要确保各个主控模块之间的通信和协调，以保持电机的同步运转，不利于系统整体性能和效率的提高
。
此外，当电机在低速状态下运行时，由于摩擦力
、
负载变化和电机参数的不确定性等因素，系统容易受到较大的扰动影响，从而降低了控制精度，需要采取先进的控制算法，提高系统的低速控制性能
。
[0004]综上所述，如何提供一种基于船用惯导的低速多轴电机驱动控制方法，使用一个主控模块驱动三个电机在低转速状态下同步稳定运转，既节省空间，又便于维护，是本领域亟待解决的重要问题之一
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种基于船用惯导的低速多轴电机驱动控制系统，以解决现有技术中的不足，它能够使用一个主控模块驱动三个电机在低转速状态下同步稳定运转，既节省空间，又便于维护
。
[0006]本专利技术提供了一种基于船用惯导的低速多轴电机驱动控制系统，其中，包括一个主控模块
、
三个电机
、
三个编码器
、
隔离型功率逆变模块和信号隔离采样模块；
[0007]所述主控模块分别与所述信号隔离采样模块
、
隔离型功率逆变模块以及三个编码器电连接；
[0008]三个电机均与所述隔离型功率逆变模块电连接；三所述编码器分别与三个电机连接；三个所述编码器能够获得对应电机的编码信号；
[0009]三个电机分别用于驱动惯导系统的外环转动框架
、
中环转动框架
、
内环转动框架同步低速稳定运转；
[0010]所述主控模块用于根据具有自抗扰功能的控制策略，输出用于控制三个所述电机的信号
。
[0011]如上所述的基于船用惯导的低速多轴电机驱动控制系统，其中，可选的是，所述主
控模块包括跟踪微分器
、
状态反馈控制器和扩张状态观测器；
[0012]所述跟踪微分器包含比例放大器和积分器，所述比例放大器用于将输入信号进行高增益放大，以快速响应输入信号的变化提取准确的微分输出；积分器用于补偿比例放大器所引起的相位偏移；
[0013]所述扩张状态观测器用于对电机转速和系统扰动进行实时观测，并将观测结果输出至所述状态反馈控制器；
[0014]所述状态反馈控制器用于根据所述跟踪微分器给定的信号与扩张状态观测器得到的观测结果，利用组合方法计算控制量，补偿扰动
。
[0015]如上所述的基于船用惯导的低速多轴电机驱动控制系统，其中，可选的是，所述跟踪微分器采用二阶跟踪微分器；
[0016]所述跟踪微分器的输入是给定的速度信号
x(t)
＝
ω
*
；
[0017]其离散形式的表达式为：
[0018][0019]其中，
x1(k)
为跟踪微分器的输出量，可以无超调跟踪输入信号；
x2(k)
为通过跟踪微分器得到的一阶导数值；
fhan(x1‑
x(t),x2,r,h0)
为离散系统的最速控制综合函数；
h
为控制器周期，值为
0.0001
；
h0为
fhan(x1‑
x(t),x2,r,h0)
函数的步长，值为
0.001
；
r
为速度因子，取值为
10。
[0020]如上所述的基于船用惯导的低速多轴电机驱动控制系统，其中，可选的是，所述扩张状态观测器的输入量为编码器反馈的角度信号量化值，输出量为位置观测值
、
转速观测值
、
扰动观测值；
[0021]所述扩张状态观测器的离散表达式为：
[0022][0023]其中，
e
为位置输出误差，
θ
q
为编码器输出位置量化信号，
h
为控制器计算周期，为位置观测值，为转速观测值，为扰动观测值，
β1、
β2、
β3为各阶误差增益值；
u(k)
为状态观测器补偿后的最终控制量；
b
为控制量增益
。
[0024]如上所述的基于船用惯导的低速多轴电机驱动控制系统，其中，可选的是，所述状态反馈控制器的离散表达式为：
[0025][0026]其中，
e
ω
为转速估计误差，
ω1为跟踪微分器输出的速度跟踪信号，为状态观测器输出的转速观测值，为扰动观测值，
k
p
为误差反馈控制率，
u0为状态观测器补偿前的状态反馈控制量，
b
为控制量增益，
u
状态观测器补偿后的最终控制量
。
[0027]如上所述的基于船用惯导的低速多轴电机驱动控制系统，其中，可选的是，还包括供电电源和电源模块；
[0028]所述电源模块与所述供电电源
、
所述主控模块
、
所述隔离型功率逆变模块电连接；
[0029]所述电源模块用于按设定的电压给所述主控模块
、
所述隔离型功率逆变模块供电
。
[0030]如上所述的基于船用惯导的低速多轴电机驱动控制系统，其中，可选的是，所述隔离型功率逆变模块包括光耦隔离驱动电路
、MOSFET
功率器件和电流采样电路；
[0031]所述光耦隔离驱动电路用于将主控模块输出的信号放大，并将该放大后的信号传输给
MOSFET
功率器件，以控制开关管的开通与关断，输出电机控制信号
。
[0032]如上所述的基于船用惯导的低速多轴电机驱动控制系统，其中，可选的是，还包括通讯模块，所述通讯模块与所述主控制模块
、
三个所述编码器电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于船用惯导的低速多轴电机驱动控制系统，其特征在于：包括一个主控模块
、
三个电机
、
三个编码器
、
隔离型功率逆变模块和信号隔离采样模块；所述主控模块分别与所述信号隔离采样模块
、
隔离型功率逆变模块以及三个编码器电连接；三个电机均与所述隔离型功率逆变模块电连接；三所述编码器分别与三个电机连接；三个所述编码器能够获得对应电机的编码信号；三个电机分别用于驱动惯导系统的外环转动框架
、
中环转动框架
、
内环转动框架同步低速稳定运转；所述主控模块用于根据具有自抗扰功能的控制策略，输出用于控制三个所述电机的信号
。2.
根据权利要求1所述的基于船用惯导的低速多轴电机驱动控制系统，其特征在于：所述主控模块包括跟踪微分器
、
状态反馈控制器和扩张状态观测器；所述跟踪微分器包含比例放大器和积分器，所述比例放大器用于将输入信号进行高增益放大，以快速响应输入信号的变化提取准确的微分输出；积分器用于补偿比例放大器所引起的相位偏移；所述扩张状态观测器用于对电机转速和系统扰动进行实时观测，并将观测结果输出至所述状态反馈控制器；所述状态反馈控制器用于根据所述跟踪微分器给定的信号与扩张状态观测器得到的观测结果，利用组合方法计算控制量，补偿扰动
。3.
根据权利要求2所述的基于船用惯导的低速多轴电机驱动控制系统，其特征在于：所述跟踪微分器采用二阶跟踪微分器；所述跟踪微分器的输入是给定的速度信号
x(t)
＝
ω
*
；其离散形式的表达式为：其中，
x1(k)
为跟踪微分器的输出量，可以无超调跟踪输入信号；
x2(k)
为通过跟踪微分器得到的一阶导数值；
fhan(x1‑
x(t),x2,r,h0)
为离散系统的最速控制综合函数；
h
为控制器周期，值为
0.0001
；
h0为
fhan(x1‑
x(t),x2,r,h0)
函数的步长，值为
0.001
；
r
为速度因子，取值为
10。4.
根据权利要求2所述的基于船用惯导的低速多轴电机驱动控制系统，其特征在于：所述扩张状态观测器的输入量为编码器反馈的角度信号量化值，输出量为位置观测值
、
转速观测值
、
...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵蒙，张华，唐勇斌，李志阔，祝波，刘博，孟楠，曹兴帅，
申请(专利权)人：航天科工智能机器人有限责任公司，
类型：发明
国别省市：