[實用新型]一種適用于不平衡轉矩伺服系統的控制裝置

有效

• 申請號: 201621336704.7
• 申請日: 2016-12-07
• 公開（公告）號: CN206224153U
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（設計）人: 韓韜;黃濤;程鑫;羅靜玲;常明志;李海波;曾超;孫菲
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七一七研究所;武漢華中天勤防務技術有限公司
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42
• 代理公司: 武漢凌達知識產權事務所(特殊普通合伙)42221
• 代理人: 劉念濤,宋國榮

技術領域

本實用新型屬于機械自動化控制的應用技術，具體為一種適用于不平衡轉矩伺服系統的控制裝置，適用于異型設計光電跟蹤偵查設備的伺服控制系統。

背景技術

伺服控制單元是光電轉臺類設備的重要組成部分，是設備的驅動和執行元件，設備穩定、搜索、跟蹤等功能都是由伺服單元完成的，整個設備性能是靠控制系統保證的，因此它是設備的關鍵環節。伺服控制單元主要由負載轉臺，軸向電機，以及驅動控制模塊組成，其中轉臺結構決定了軸向電機的個數，一般包含方位俯仰兩個軸向電機，使設備可以完成極坐標系下的轉動；驅動控制模塊由電機驅動器，驅動電源和伺服系統綜合控制板組成。

伺服系統由位置環和速度環和電流環組成電機閉環控制調節系統。位置環通過編碼器測角模塊或圖像處理板的目標測偏量提供反饋，速度環通過陀螺儀測量或者測角與時間微分獲得角速度反饋，電流環通過綜控板DA采樣獲取驅動電流環反饋，伺服控制系統根據指定角度和當前指向器測角的偏差通過位置環PID運算得到需要達到的速度量，速度環再根據當前測速結果和速度給定測偏量通過速度環PID運算得到驅動電流給定，最后由電流經過PID整定后進行驅動輸出。

當轉臺伺服系統配重基本均衡時通過電流環的整定就可以較理想調整輸出轉矩和負載匹配，但在綜合拒止設備中由于條件所限，設備在方位和俯仰兩個方向上的配重都無法達到均衡以致產生了不平衡轉矩，此時會存在不平衡力矩擾動，特別是當設備處在搖擺的工作環境中時，負載所受重力的分力與轉動受力同向，會使轉軸兩端力矩產生明顯的偏差，電機在這一軸向轉動換向時的摩擦力發生改變，同時功耗也會有所不同，若要使指向器運動到指定位置停下，伺服控制器控制指向器會在指定位置附近做往返換向震蕩，而傳統的PID調節方法使用一套控制參數無法適應這種不平衡力矩帶來的換向時的相應變化，從而導致伺服震蕩時間延長甚至加劇。由于這種力矩的變化是隨安裝基座搖擺幅度和頻率而變化的且變化快速且缺乏規律，又無法用多套PID參數來滿足這種變化，為了提高控制的穩定性，需要采用其它的算法改進來彌補控制缺陷。

實用新型內容

本實用新型的目的在于根據現有技術的不足，提供一種適用于不平衡轉矩伺服系統的控制裝置。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：一種適用于不平衡轉矩伺服系統的控制裝置，包括伺服電機執行單元、控制終端以及與控制終端連接的主控解算單元，所述的主控解算單元通過串口分別連接有角度編碼器測角單元、陀螺測角速度單元和驅動電流檢測單元，所述的陀螺測角速度單元和驅動電流檢測單元之間連接有力矩反饋速度環補償裝置，所述的角度編碼器測角單元、陀螺測角速度單元和驅動電流檢測單元分別通過串口連接至伺服電機執行單元，所述的主控解算單元通過DA轉換器與伺服電機執行單元連接。

進一步，所述的力矩反饋速度環補償裝置包括速度反饋環、位置反饋環和電流反饋環，電流反饋環上還并聯連接有力矩補償環，所述電流反饋環的輸出端連接速度環調節單元，速度環調節單元連接電流環調節單元后與伺服電機連接，速度環調節單元前方連接有位置環調節單元，所述力矩補償環和速度反饋環的輸出端連接在位置環調節單元和速度環調節單元之間，位置環調節單元前方連接有位置輸入單元，所述位置反饋環的輸出端連接在位置輸入單元和位置環調節單元之間。

本實用新型的有益效果是：力矩反饋速度環補償裝置通過電流反饋環采集電機驅動器的電流反饋，同時通過速度反饋環采集轉臺角速度反饋，建立緩存保存電流反饋和速度反饋序列；分析電流反饋和速度反饋與時間的關系序列，當同一方向上電流反饋突然增大且速度反饋突然減小，說明力矩在此時發生改變產生了擾動，此時通過增益系數得到力矩變化補償，此補償表現為電流量補償；同時用三點預測法對此補償在下一個時間點的補償做出預估，再將此補償量加入到速度閉環調節后電流反饋環給定量進行補償并參與到電流反饋環閉環運算。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構示意圖；

圖2是本實用新型力矩反饋速度環補償裝置的結構示意圖；

圖3是本實用新型力矩反饋速度環補償裝置的控制流程圖。

圖中各附圖標記的名稱為：1—控制終端，2—主控解算單元，3—角度編碼器測角單元，4—陀螺測角速度單元，5—驅動電流檢測單元，6—力矩反饋速度環補償裝置，7—伺服電機執行單元。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型作進一步詳細說明。