[發明專利]基于步進驅動的指揮鏡兩維轉臺隨動控制系統及控制方法

有效

• 申請號: 201710219973.8
• 申請日: 2017-04-06
• 公開（公告）號: CN106774459B
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發明（設計）人: 萬其;周磊;王建紅;高金鳳;陳桂
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: G05D3/12
• 分類號: G05D3/12
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 王素琴

1.基于步進驅動的指揮鏡兩維轉臺隨動控制系統，其特征在于：包括上位機接口、運動控制器、方位步進電機驅動器、方位步進電機、方位減速機、高低步進電機驅動器、高低步進電機、高低減速機、隨動轉臺、指揮鏡，運動控制器接收上位機隨動位置給定，分別產生方位、高低控制指令信號通過與方位步進電機驅動器、高低步進電機驅動器之間的連接電纜傳輸給方位步進電機驅動器、高低步進電機驅動器，完成方位步進電機、高低步進電機的位置控制；方位步進電機輸出軸、高低步進電機輸出軸分別與方位減速機輸入轉軸、高低減速機輸入轉軸相連，帶動方位減速機、高低減速機轉動，方位減速機輸出軸、高低減速機輸出軸分別與隨動轉臺的方位、高低轉軸相連，控制隨動轉臺兩維轉動，指揮鏡安裝在隨動轉臺上，跟隨隨動轉臺轉動，所述方位步進電機驅動器、高低步進電機驅動器的控制信號形式為轉動方向信號、頻率信號，所述運動控制器包括微處理器、和可編程邏輯器件；所述微處理器使用的資源包括現場總線、定時器一、定時器二、定時器三、普通輸出口一、普通輸出口二、數據總線、地址總線；所述可編程邏輯器件實現功能包括可逆計數器一、可逆計數器二、方位最大值、高低最大值，所述定時器一用于產生控制方位步進電機驅動器的方位脈沖輸出信號，同時通過印制線連接到可編程邏輯器件的可逆計數器一的計數輸入端，普通輸出口一用于產生方位方向輸出信號，同時通過印制線連接到可編程邏輯器件的可逆計數器一的計數方向輸入端，所述定時器二用于產生控制高低步進電機驅動器的高低脈沖輸出信號，同時通過印制線連接到可編程邏輯器件的可逆計數器二的計數輸入端，普通輸出口二用于產生高低方向輸出信號，同時通過印制線連接到可編程邏輯器件的可逆計數器二的計數方向輸入端；微處理器通過數據總線和地址總線讀取可逆計數器一、可逆計數器二的計數值，微處理器通過現場總線和上位機通訊，接收上位機方位、高低的隨動位置值，方位脈沖輸出信號、方位方向輸出信號通過微處理器的連接器與方位步進電機驅動相連，控制方位步進電機轉動，高低脈沖輸出信號、高低方向輸出信號通過微處理器的連接器與高低步進電機驅動相連，控制高低步進電機轉動，所述方位最大值用于限定可逆計數器一的計數最大值，所述高低最大值用于限定可逆計數器二的計數最大值，所述可編程邏輯器件中的可逆計數器一計數方法是當方位脈沖輸出信號上升沿時,如果方位方向輸出信號為高電平，首先判斷可逆計數器一的計數值是否達到方位最大值，如達到方位最大值，可逆計數器一的計數值置零，如沒有達到方位最大值，則增計數，如果方位方向輸出信號為低電平，首先判斷可逆計數器一的計數值是否為零，如為零，可逆計數器一的計數值置為方位最大值，如不為零，則減計數；方位最大值等于方位減速機速比乘以步進電機驅動系統細分數減去1。

2.根據權利要求1所述基于步進驅動的指揮鏡兩維轉臺隨動控制系統的運動控制器，其特征在于：所述微處理器中定時器三用于產生定時中斷，定時中斷周期選擇為4～20毫秒，完成方位隨動位置控制、高低隨動位置控制的控制運算。

3.根據權利要求2所述基于步進驅動的指揮鏡兩維轉臺隨動控制系統的運動控制器其特征在于：所述方位隨動位置控制包括位置給定、位置校正、頻率控制函數、方向輸出信號、頻率輸出、位置反饋，所述位置給定通過現場總線接收上位機方位隨動位置給定值，位置給定值需要根據實際情況轉換成脈沖數量，所述位置校正采用比例積分調節器或比例調節器等位置校正控制算法，實現隨動轉臺的方位位置控制，位置校正輸出即期望方位步進電機轉動速度值，期望方位步進電機轉動速度值與方位脈沖頻率成線性關系，期望方位步進電機轉動速度值傳輸給頻率控制函數，頻率控制函數輸出給定時器一，由定時器一產生方位脈沖輸出信號，同時頻率控制函數輸出控制方位方向輸出信號，所述位置反饋是通過數據總線和地址總線讀取可逆計數器一的計數值。

4.根據權利要求3所述基于步進驅動的指揮鏡兩維轉臺隨動控制系統的運動控制器，其特征在于：所述頻率控制函數計算方法及步驟如下：

1)設期望方位步進電機轉動速度值對應的脈沖頻率為f(位置校正輸出值)，上次采樣周期實際輸出脈沖頻率為f₀(f₀的初始值為0)；計算期望輸出頻率增量Δf₁如式(1)，(Δf₁物理意義對應方位步進電機的角加速度)；

Δf₁＝f-f₀?????????????????????????????(1)

2)依據式(2)對式(1)的計算結果Δf₁進行約束計算：

式(2)中：

Δf₀----上次采樣周期實際脈沖頻率增量；

Δf_max----指揮鏡隨動轉臺系統的運行角加速度最大變化量(對應的脈沖頻率變化量的變化量)，此值在實際系統中以不損害指揮鏡為原則測試確定，為常數；

式(2)中Δf₁-Δf₀為角加速度的變化量，式(2)限制角加速度的變化量，即限制步進電機角加速度突變對指揮鏡的沖擊；

3)為防止步進電機失步，對依據式(3)對Δf₁進一步約束計算，

式(3)中，f_Δ為方位隨動轉臺允許的最大角加速度對應的脈沖頻率變化量，根據實際系統確定，為常數；

4)實際輸出脈沖頻率f₁依據式(4)計算；

式(4)中，f_max為方位脈沖輸出信號的最大頻率，對應方位步進電機的最高轉速，依據實際系統確定，是常數；

5)如果f₁≥0，將普通輸出口一置為高電平，否則將普通輸出口一置為低電平；

6)更新變量f₀：f₀＝f₁；更新變量Δf₀：Δf₀＝Δf₁；

7)取f₁絕對值傳輸給定時器一，由定時器一產生對應頻率的方位脈沖輸出信號；

8)本次采樣周期計算結束，下一采樣周期從步驟(1)開始執行。