【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于伺服控制系统，具体涉及一种基于虚拟轴传动结构的高精度消隙伺服控制系统。
技术介绍
1、大型重载伺服传动机构不可避免的存在偏心，即便新增配重，也难以配到完全无偏心，偏心力矩、动摩擦力矩和船摇等综合负载会对高精度伺服控制带来不利影响。
2、另外，传统抗扰策略，例如利用干扰观测器对外界干扰进行估计和抑制，往往不对外界干扰加以区分，而实际由于干扰观测器的带宽有限，对高频干扰不能有效抑制。因此，需要合理设计抗扰控制器，克服这些综合干扰的影响。
技术实现思路
1、本专利技术目的是针对基于虚拟轴传动结构的大型重载虚拟轴传动机构，提供一种基于虚拟轴传动结构的高精度消隙伺服控制系统，能够通过抗扰策略实现对偏心、摩擦、未知船摇干扰的有效抑制，从而实现高精度伺服定位控制。
2、具体地说，本专利技术提供了一种基于虚拟轴传动结构的高精度消隙伺服控制系统，包括左圆弧轨道、左俯仰大齿圈、左减速器、左电机、粗通道同步轮系、粗通道旋转变压器、右圆弧轨道、右俯仰大齿圈、右减速器、右电机、精通道同步轮系、精通道旋转变压器、角码采集盒、负载、主控模块和消隙驱动器；
3、所述左圆弧轨道、右圆弧轨道支撑所述负载；粗通道旋转变压器与粗通道同步轮系同轴安装，精通道旋转变压器与精通道同步轮系同轴安装；粗通道同步轮系、精通道同步轮系分别与左俯仰大齿圈、右俯仰大齿圈通过齿轮啮合；左电机、右电机分别与左减速器、右减速器的输入轴同轴安装，左减速器、右减速器的输出轴分别与左俯仰大齿圈、右俯仰
4、所述主控模块接收所述负载的俯仰角度数字值，通过天线角度位置闭环控制实时生成俯仰旋转速度指令值，并传输给所述消隙驱动器；
5、所述消隙驱动器接收到所述俯仰旋转速度指令值后，通过电机电流闭环控制产生驱动指令分别驱动所述左电机和右电机旋转，实现负载的旋转动作。
6、进一步地，所述消隙驱动器包括速度回路校正模块、第一速度反馈模块、第二速度反馈模块、电消隙控制模块、第一电流回路校正模块、第一电流反馈模块、第一pwm功放、第一电机、第二电流回路校正模块、第二电流反馈模块、第二pwm功放、第二电机；
7、所述第一速度反馈模块、第二速度反馈模块分别采集第一电机、第二电机的转速，取平均转速后，计算与从主控模块实时接收的俯仰旋转速度指令值间的误差值，所述误差值输入速度回路校正模块，通过电机速度闭环控制，计算得到控制电流ic；
8、所述电消隙控制模块分别根据第一电流反馈模块、第二电流反馈模块的输出计算得到第一电机和第二电机的偏置电流值ip，第一电机和第二电机的电流给定分别为：ip+ic、ic-ip；
9、所述第一电流回路校正模块根据第一电机的电流给定ip+ic与第一电流反馈模块的电流之间的误差，实时控制第一pwm功放，第一pwm功放输出所述驱动指令至第一电机；
10、所述第二电流回路校正模块根据第二电机的电流给定ic-ip与第二电流反馈模块的电流之间的误差，实时控制第二pwm功放，第二pwm功放输出所述驱动指令至第二电机；完成所述电机速度闭环控制。
11、进一步地，所述角码采集盒包括：rdc模块、组合解算模块、零值输入模块和数据输出模块；
12、所述rdc模块将粗通道旋转变压器、精通道旋转变压器产生的所述俯仰角度模拟电压信号转换为角度数字量，通过所述组合解算模块实时解算出俯仰角度数字值；再通过所述零值输入模块接收所述现场can总线输入的扣零角度值，并与所述组合解算模块得到的俯仰角度数字值相减，得到俯仰真实角度值，完成零位标定；再由所述数据输出模块实时输出俯仰真实角度值，作为负载的俯仰角度数字值。
13、进一步地，所述rdc模块采用14位的解算模块，粗同步轮系、精同步轮系速比选用16。
14、进一步地，所述主控模块还包括自抗扰控制器、已知干扰补偿模块；
15、所述自抗扰控制器包括pi控制器和二阶扩张状态观测器；所述pi控制器为位置环控制器，完成天线角度位置闭环控制；所述二阶扩张状态观测器实现对船摇干扰的估计和补偿；具体包括所述主控模块按设定周期定时接收角码采集盒输出的负载的俯仰角度数字值θ，并实时计算二阶扩张状态观测器的负载角度估计值z1和船摇角速度干扰估计值z2，以及目标角度θin与负载角度估计值z1之间的误差e，经过所述pi控制器和二阶扩张状态观测器，输出俯仰旋转速度指令值u，消隙驱动器接收所述俯仰旋转速度指令值，并通过所述速度回路校正模块进行电机速度闭环控制、电流回路校正模块进行电机电流闭环控制，实现天线角度位置闭环控制和船摇角速度干扰估计值的补偿；
16、所述已知干扰补偿模块实现对偏心力矩m偏心与动摩擦力矩m摩擦的补偿；
17、经过所述速度回路校正模块和已知干扰补偿模块的共同作用，所述电流回路校正模块的输入控制电流为i′c，
18、i′c＝ic+i补偿 (5)
19、其中，i补偿为已知干扰补偿电流，ic为速度回路校正模块的输出；
20、将所述电流回路校正模块的输入控制电流i′c分别叠加偏置电流值ip或减去偏置电流值ip，分别得到第一电机、第二电机的电流给定ip+i′c、i′c-ip，再分别经所述第一电流回路校正模块、第一pwm功放，第二电流回路校正模块、第二pwm功放，输出驱动指令，驱动电机完成旋转。
21、进一步地，所述pi控制器表达式如下：
22、
23、其中，u0为pi控制器输出，kp为pi控制器的比例系数，e为pi控制器的角度误差项，ki为pi控制器的积分系数，s为pi控制器的积分项；
24、所述二阶扩张状态观测器如下：
25、
26、其中，e为pi控制器的角度误差项，z1为二阶扩张状态观测器对角度状态量x1的估计，y为所述基于虚拟轴传动结构的高精度消隙伺服控制系统的输出角度，z2为二阶扩张状态观测器对速度干扰的估计值，β1、β2分别为二阶扩张状态观测器系数，b0为转速系数，u为俯仰旋转速度指令值；
27、所述自抗扰控制器输出的俯仰旋转速度指令值u为
28、
29、进一步地，β1＝2ωg，β2＝ωg2，ωg为观测器带宽。
30、进一步地，所述已知干扰补偿模块实现对偏心力矩m偏心与动摩擦力矩m摩擦的补偿，具体包括：
31、所述主控模块按设定周期定时接收角码采集盒输出的负载的俯仰角度数字值θ并实时计算俯仰旋转速度指令值u，当u大于0时，偏心力矩m偏心与动摩擦力矩m摩擦的补偿值为m摩擦-εmgcos(θ+φ)；当u小于0时，偏心力矩m偏心与动摩擦力矩m摩擦的补偿值为εmgcos(θ+φ)+m摩擦；其中，ε为负载偏心量，mg为负载受到的重力，φ为负载偏本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于虚拟轴传动结构的高精度消隙伺服控制系统，其特征在于，包括左圆弧轨道、左俯仰大齿圈、左减速器、左电机、粗通道同步轮系、粗通道旋转变压器、右圆弧轨道、右俯仰大齿圈、右减速器、右电机、精通道同步轮系、精通道旋转变压器、角码采集盒、负载、主控模块和消隙驱动器；
2.根据权利要求1所述的基于虚拟轴传动结构的高精度消隙伺服控制系统，其特征在于，所述消隙驱动器包括速度回路校正模块、第一速度反馈模块、第二速度反馈模块、电消隙控制模块、第一电流回路校正模块、第一电流反馈模块、第一PWM功放、第一电机、第二电流回路校正模块、第二电流反馈模块、第二PWM功放、第二电机；
3.根据权利要求1所述的基于虚拟轴传动结构的高精度消隙伺服控制系统，其特征在于，所述角码采集盒包括：RDC模块、组合解算模块、零值输入模块和数据输出模块；
4.根据权利要求3所述的基于虚拟轴传动结构的高精度消隙伺服控制系统，其特征在于，所述RDC模块采用14位的解算模块，粗同步轮系、精同步轮系速比选用16。
5.根据权利要求1所述的基于虚拟轴传动结构的高精度消隙伺服控制系统，
6.根据权利要求5所述的基于虚拟轴传动结构的高精度消隙伺服控制系统，其特征在于，所述PI控制器表达式如下：
7.根据权利要求6所述的基于虚拟轴传动结构的高精度消隙伺服控制系统，其特征在于，β1＝2ωg，β2＝ωg2，ωg为观测器带宽。
8.根据权利要求5所述的基于虚拟轴传动结构的高精度消隙伺服控制系统，其特征在于，所述已知干扰补偿模块实现对偏心力矩M偏心与动摩擦力矩M摩擦的补偿，具体包括：
9.根据权利要求8所述的基于虚拟轴传动结构的高精度消隙伺服控制系统，其特征在于，所述负载偏心量ε、负载偏心角φ、动摩擦力矩M摩擦通过以下方式获得：
...【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟轴传动结构的高精度消隙伺服控制系统，其特征在于，包括左圆弧轨道、左俯仰大齿圈、左减速器、左电机、粗通道同步轮系、粗通道旋转变压器、右圆弧轨道、右俯仰大齿圈、右减速器、右电机、精通道同步轮系、精通道旋转变压器、角码采集盒、负载、主控模块和消隙驱动器；
2.根据权利要求1所述的基于虚拟轴传动结构的高精度消隙伺服控制系统，其特征在于，所述消隙驱动器包括速度回路校正模块、第一速度反馈模块、第二速度反馈模块、电消隙控制模块、第一电流回路校正模块、第一电流反馈模块、第一pwm功放、第一电机、第二电流回路校正模块、第二电流反馈模块、第二pwm功放、第二电机；
3.根据权利要求1所述的基于虚拟轴传动结构的高精度消隙伺服控制系统，其特征在于，所述角码采集盒包括：rdc模块、组合解算模块、零值输入模块和数据输出模块；
4.根据权利要求3所述的基于虚拟轴传动结构的高精度消隙伺服控制系...
【专利技术属性】
技术研发人员：荣海，陈诚，杨琪，高嵩，朱元超，杜春江，魏忠良，陈亚峰，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十四研究所，
类型：发明
国别省市：
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