[發明專利]一種非線性干擾下的間接驅動高精度伺服實現方法

有效

• 申請號: 202010732428.0
• 申請日: 2020-07-27
• 公開（公告）號: CN112033233B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 吳盼良;商美霞;佐大偉;常志英;武因峰;王祿祿
• 申請（專利權）人: 河北漢光重工有限責任公司
• 主分類號: F42B15/01
• 分類號: F42B15/01
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 高會允

本發明公開了一種非線性干擾下的間接驅動高精度伺服實現方法，屬于導引頭穩定平臺技術領域，該方法能夠解決穿軸線纜引起的非線性干擾力矩，齒輪傳動空回和摩擦力矩等因素引起的伺服性能變差問題。其中穩定平臺所采用的穿軸線纜為螺旋式布線方式；該方法包括如下步驟：構建穩定平臺的理想系統模型，對理想系統模型進行標定，得到理想系統模型的傳遞函數G0。采用伺服控制算法對導引頭的穩定平臺進行伺服控制，并比較框架的角速度v與電機輸出電壓u的極性，當v與u極性不同時，在伺服控制算法計算出的控制量中疊加空回補償。根據穩定平臺的輸入量和輸出量之差e的大小對伺服控制算法計算出的控制量疊加干擾補償d。

技術領域

本發明涉及導引頭穩定平臺技術領域，具體涉及一種非線性干擾下的間接驅動高精度伺服實現方法。

背景技術

導引頭做為制導武器的關鍵部件，包含穩定平臺、目標探測器攝像機、紅外熱像儀、雷達、激光等和目標跟蹤器三部分。穩定平臺做為導引頭的一部分，承載各種光學，雷達傳感器，隔離外界擾動，保證探測器成像清晰，跟蹤器跟蹤穩定。同時穩定平臺的伺服機構能快速響應收到的指令，確保及時地進行搜索或指向目標。隨著技術的不斷進步和應用環境越來越復雜，導引頭向著小型化，復合化發展。這對穩定平臺提出了更高的要求，小型化通常會讓穩定平臺放棄電機直驅的結構，而改用間接驅動；復合化導致平臺內信號線變多，大量的線纜尤其是同軸線穿過伺服轉動軸，增加了摩擦和形變引起的非線性干擾力矩，給伺服系統的精度和穩定指標實現帶來了挑戰。

穩定平臺要實現隔離擾動和指向目標，至少要能在水平和垂直兩個方向運動，即至少包含兩個相互正交的框架，稱為方位框架和俯仰框架。方位框架承載各種目標探測器，由方位電機帶動實現水平旋轉，框架旋轉的角度和角速度由方位旋轉變壓器和方位陀螺測量得到。方位碼盤測量的角度即方位框架角。整個方位框架做為負載裝在俯仰框架的旋轉軸上，由于負載慣量大，空間有限，俯仰電機采用齒輪傳動方式，間接驅動負載。俯仰框架同樣有測量角度的俯仰旋轉變壓器，測量角速度的俯仰陀螺。以上的方位電機、方位旋轉變壓器、方位陀螺，和俯仰電壓、俯仰旋轉變壓器、俯仰陀螺，均通過線纜連接到伺服電路板，由處理芯片中的伺服控制算法進行閉環運算，實現穩定平臺的伺服功能。伺服電路板安裝在穩定平臺基座上，方位框架的電機、旋轉變壓器、陀螺的線纜需要穿過俯仰框軸，才能連到伺服電路板。而方位框架內承載的目標探測器，既要穿方位軸，又要穿俯仰軸，才能連接到穩定平臺基座上的目標跟蹤器。通常目標探測器的信號線纜是較硬的同軸線，會產生很大的彈性和摩擦干擾力矩。

因此，如何在非線性干擾和間接驅動下實現高精度和強魯棒性的伺服穩定平臺，是目前亟待解決的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種非線性干擾下的間接驅動高精度伺服實現方法，能夠解決穿軸線纜引起的非線性干擾力矩，齒輪傳動空回和摩擦力矩等因素引起的伺服性能變差問題。

為達到上述目的，本發明的技術方案為：一種非線性干擾下的間接驅動高精度伺服實現方法，用于對導引頭的穩定平臺進行伺服控制，穩定平臺包含電機、框架以及齒輪驅動結構，其中齒輪驅動結構包括嚙合的驅動端齒輪和負載端齒輪，其中驅動端齒輪套在電機的輸出軸上，負載端齒輪套在框架的驅動軸上，穩定平臺所采用的穿軸線纜為螺旋式布線方式；該方法包括如下步驟：

構建穩定平臺的理想系統模型，具體為：取出穩定平臺中的穿軸線纜，采用外連接方式取代穿軸連接方式，并將電機的輸出軸和框架的驅動軸直接連接，實現對框架的直驅。

對理想系統模型進行標定，得到理想系統模型的傳遞函數G0。

采用伺服控制算法對導引頭的穩定平臺進行伺服控制，并比較框架的角速度v與電機輸出電壓u的極性，當v與u極性不同時，在伺服控制算法計算出的控制量中疊加空回補償，空回補償的值為k×u，k為預設的可調參數；當v與u極性相同時，設定空回補償為0。

根據穩定平臺的輸入量和輸出量之差e的大小對伺服控制算法計算出的控制量疊加干擾補償d；

設。