[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于PID控制的模擬轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711034314.3
• 申請(qǐng)日: 2017-10-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107703755A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-02-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王才旺
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 王才旺
• 主分類(lèi)號(hào): G05B13/04
• 分類(lèi)號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 鄭州銘晟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙)41134
• 代理人: 趙倫

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及轉(zhuǎn)臺(tái)控制領(lǐng)域，尤其涉及一種基于PID控制的模擬轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

轉(zhuǎn)臺(tái)廣泛應(yīng)用于航空、航天、兵器、航海、機(jī)器人等領(lǐng)域，有各種不同的類(lèi)型和用途，模擬轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)是導(dǎo)引頭裝前測(cè)試系統(tǒng)的重要組成部分，模擬轉(zhuǎn)臺(tái)與可見(jiàn)光目標(biāo)模擬器一起構(gòu)成可見(jiàn)光目標(biāo)模擬檢測(cè)系統(tǒng)，用以完成某型電視末制導(dǎo)導(dǎo)引頭的裝前測(cè)試。可見(jiàn)光目標(biāo)模擬器模擬產(chǎn)生電視導(dǎo)引頭在測(cè)試和試驗(yàn)過(guò)程中所需的各種目標(biāo)圖像，模擬轉(zhuǎn)臺(tái)的俯仰和方位運(yùn)動(dòng)可帶動(dòng)目標(biāo)模擬器形成滿(mǎn)足導(dǎo)引頭要求的圖像視場(chǎng)及目標(biāo)運(yùn)動(dòng)特性，作為導(dǎo)引頭測(cè)試的模擬目標(biāo)。可見(jiàn)，模擬轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)性能的優(yōu)劣對(duì)能否成功地完成導(dǎo)引頭的性能測(cè)試和檢驗(yàn)有重要的影響。

近年來(lái)，針對(duì)模擬轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)的控制問(wèn)題，各種新的方法不斷涌現(xiàn)，現(xiàn)有的傳統(tǒng)控制系統(tǒng)知識(shí)比較粗劣的控制方法，不僅成本昂貴，而且控制精度差，控制效果不理想，難以得到滿(mǎn)意的控制效果，從而影響轉(zhuǎn)臺(tái)的性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于PID控制的模擬轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)，不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，而且控制精度高，能夠保證轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于PID控制的模擬轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)，包括測(cè)控單元、執(zhí)行單元及反饋單元，測(cè)控單元經(jīng)執(zhí)行單元連接模擬轉(zhuǎn)臺(tái)，所述測(cè)控單元包括DSP運(yùn)動(dòng)控制卡，DSP運(yùn)動(dòng)控制卡與執(zhí)行單元相連，所述執(zhí)行單元包括依次相連的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、伺服電機(jī)和減速器，減速器與模擬轉(zhuǎn)臺(tái)相連，所述模擬轉(zhuǎn)臺(tái)經(jīng)反饋單元與控制器相連，所述反饋單元包括速度反饋裝置和位置反饋裝置，速度反饋裝置包括速度環(huán)及速度環(huán)控制器，速度環(huán)控制器采用PI控制器，所述位置反饋裝置包括位置環(huán)及位置環(huán)控制器，位置環(huán)控制器采用PID控制器。

優(yōu)選地，所述速度環(huán)采用角度編碼器，角度編碼器設(shè)置于伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，角度編碼器的輸出端與速度環(huán)控制器相連，速度環(huán)控制器的輸出端與執(zhí)行單元的輸入端相連；所述位置環(huán)采用光電編碼器，光電編碼器設(shè)置于模擬轉(zhuǎn)臺(tái)的軸上，光電編碼器的輸出端與位置環(huán)控制器相連，所述位置環(huán)控制器的輸入端與DSP運(yùn)動(dòng)控制卡的輸出端相連，位置環(huán)控制器的輸出端與速度環(huán)控制器的輸入端相連。

優(yōu)選地，所述位置環(huán)控制器的工作過(guò)程如下：

（1）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定PID控制器的比例系數(shù)、積分系數(shù)、微分系數(shù)及采樣周期T，其中，下標(biāo)P、下標(biāo)I及下標(biāo)D均為區(qū)分作用，并非變量；

（2）將光電編碼器采集到的轉(zhuǎn)臺(tái)在第k個(gè)采樣時(shí)刻的實(shí)際位置值與DSP運(yùn)動(dòng)控制卡給定的轉(zhuǎn)臺(tái)在第k個(gè)采樣時(shí)刻的預(yù)定位置值輸入PID控制器，由控制器計(jì)算偏差值 =，其中，k=1，2，……，k；

（3）根據(jù)下式計(jì)算PID控制器的輸出：

其中，表示第k個(gè)采樣時(shí)刻PID控制器的輸出值，表示第k-1個(gè)采樣時(shí)刻PID控制器的輸出值，，表示積分時(shí)間常數(shù)，，表示微分時(shí)間常數(shù)。

優(yōu)選地，所述伺服電機(jī)采用單邊交流伺服電機(jī)，減速器采用行星齒輪減速器。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通過(guò)測(cè)控單元、執(zhí)行單元和反饋單元來(lái)對(duì)模擬轉(zhuǎn)臺(tái)的運(yùn)行進(jìn)行控制，能夠提高模擬轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)行的平穩(wěn)性，保證模擬轉(zhuǎn)臺(tái)穩(wěn)定地運(yùn)行；反饋單元采用內(nèi)回路速度反饋裝置和外回路位置反饋裝置組成的雙閉環(huán)裝置，雙閉環(huán)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的位置控制，且這種閉環(huán)控制均由驅(qū)動(dòng)器來(lái)完成，無(wú)需增加上位控制器的負(fù)擔(dān)，提高了模擬轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)行的平穩(wěn)性；速度反饋裝置能夠改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，減少過(guò)渡過(guò)程的震蕩，改善系統(tǒng)阻尼，補(bǔ)償非線(xiàn)性，改善電機(jī)特性，增加調(diào)速范圍，提高系統(tǒng)的剛度，抑制干擾；位置反饋裝置能夠改善系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性，達(dá)到要求的動(dòng)、靜態(tài)性能，為系統(tǒng)的高精度控制提供保障。此外，位置環(huán)控制器采用PID控制器，PID控制器的算法簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)、魯棒性好及可靠性高，保證了加入控制裝置的系統(tǒng)的性能指標(biāo)能夠滿(mǎn)足運(yùn)行要求。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的原理框圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的其他所有實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。