[發明專利]一種基于虛擬主軸的雙絲桿同步控制方法

有效

• 申請號: 201710307008.6
• 申請日: 2017-05-04
• 公開（公告）號: CN107102537B
• 公開（公告）日: 2021-08-06
• 發明（設計）人: 周兵;劉朝亮
• 申請（專利權）人: 武漢濱湖電子有限責任公司
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42
• 代理公司: 武漢帥丞知識產權代理有限公司 42220
• 代理人: 朱必武

本發明屬于自動控制領域，涉及一種基于虛擬主軸的雙絲桿同步控制方法。本發明通過虛擬主軸的同步控制方式實現雷達陣面驅動絲桿的同步運行，將位置指令作為一個虛擬的主軸，兩臺伺服電機都視為從動軸，兩臺電機同時跟隨主軸運行。本方法實現了相控陣雷達陣面快速、高精度的架設要求，解決了絲桿同步驅動中存在從軸滯后、兩根絲桿位置或力矩差異較大、調整過快導致系統振蕩、同步可靠性較差的問題，在該領域內具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于自動控制領域，涉及一種基于虛擬主軸的雙絲桿同步控制方法。

背景技術

隨著雷達技術的發展，越來越多的雷達普遍采用了相控陣天線，考慮到雙絲桿機構具有減小天線陣面集中應力以及方便結構布局的優點，因此雙絲桿同步技術被廣泛地應用在了雷達天線陣面的折疊、俯仰、舉升等驅動機構上。目前雙絲桿同步有兩種方式：雙絲桿機械同步驅動機構，即采用一個力矩輸入兩個力矩輸出的聯動裝置將兩根絲桿連接，當電機轉動時，聯動裝置將電機輸出力矩和轉速分配到兩根絲桿上，帶動兩根絲桿同步運行；雙絲桿伺服同步驅動機構，即由兩套伺服電機驅動，分別通過各自的減速機構將電機輸出力矩放大，帶動兩根絲杠同步運行。

雙絲桿機械同步驅動方式，主要是通過運動軸之間添加聯動裝置來實現，控制系統簡單，但存在調整困難、擴展性差、傳動能量損耗等缺陷，若聯動裝置和雙絲桿由于加工及安裝誤差較大時，會出現絲桿運行卡滯或天線陣面扭曲現象，將會影響系統的功能、降低雷達的測量精度。

雙絲桿伺服同步驅動方式，兩個伺服電機分別驅動各自絲桿，并根據同步控制算法可實現雙絲桿的同步驅動，結構較為簡單，核心為同步控制算法。目前同步控制多采用主從同步控制方式和主令參考控制方式。主從同步控制，是將運動軸分為主軸和從軸，主軸采用速度或位置控制，使主動軸電機保持穩定的轉速運行，同時主軸的位置或速度信號作為從軸的參考輸入信號，從軸電機不斷跟隨主軸運行,如圖2所示。若主軸的負載發生擾動，從軸可以做出相應的補償，以達到同步驅動的目的。若補償準確、及時，則同步性能良好，若補償遲鈍、補償量不準，極有可能造成系統振蕩。由于該方式中主軸一直運行在前面，從軸對主軸進行跟隨，運動滯后，因此，主軸一直保持大負荷運行，對系統負載力矩平衡不利。

主令參考同步控制方式，如圖3所示，所有伺服驅動器的位置或速度指令輸入來自同一個信號，即主令參考信號。每個運動軸在該信號的控制下并行工作，互不相干。若其中一個軸受到擾動，由此產生的同步誤差只能通過該軸自身來調節，其它軸不會做出響應。這種同步方式對于運動軸自身的控制性能和使用負載環境要求較高，僅適用于擾動較小的場合，像雷達天線這種工作中受風載荷脈動較大的情況下就不能采用該種控制方式。

發明內容

針對現有技術的不足，特提供了一種基于虛擬主軸的雙絲桿同步控制方法。本發明通過虛擬主軸的同步控制方式實現雷達陣面驅動絲桿的同步運行，將位置指令作為一個虛擬的主軸，兩臺伺服電機都視為從動軸，兩臺電機同時跟隨主軸運行。本方法實現了相控陣雷達陣面快速、高精度的架設要求，解決了絲桿同步驅動中存在從軸滯后、兩根絲桿位置或力矩差異較大、調整過快導致系統振蕩、同步可靠性較差的問題，在該領域內具有廣闊的應用前景。

本發明的技術方案是：一種基于虛擬主軸的雙絲桿同步控制方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟一、控制器內部建立虛擬主軸，包括同步控制器和虛擬電子主軸，輸入控制指令與雙絲桿的位置負反饋信號形成同步控制器的輸入參考信號；所述雙絲桿位置的采樣周期設為4ms～16ms；

虛擬主軸在加減速時，虛擬主軸采用S加速曲線進行變速，虛擬主軸在其他時間均保持勻速運行；

步驟二、將兩個從軸絲桿的位置信號與虛擬主軸的位置進行對比，并進行初步的同步誤差分析；若同步誤差比較小，進入步驟三進行補償分析；若同步誤差超出預設門限，則系統停止運行并告警；