[發明專利]一種高頻角振動轉臺控制方法

有效

• 申請號: 202011141639.3
• 申請日: 2020-10-22
• 公開（公告）號: CN112304336B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 劉志華;梁志豪;蔡晨光;翟國棟;葉文;張穎;夏巖
• 申請（專利權）人: 中國計量科學研究院;中國礦業大學（北京）
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 北京睿博行遠知識產權代理有限公司 11297
• 代理人: 劉桂榮

1.一種高頻角振動轉臺控制方法，其特征在于：由控制器向驅動器發送電流控制信號，驅動器驅動力矩電機運動，同時驅動器接收光柵傳感器的角位移反饋，并將角位移反饋實時上傳至控制器，控制器利用光柵傳感器的角位移反饋和電流控制命令，通過高通濾波器和低通濾波器組成的互補濾波器，結合光柵傳感器在低頻段和電流控制命令在高頻段的優勢，實現寬頻帶的角運動狀態估計；通過構建位置閉環，實現角位移、角速度以及角振動運動，實現傳感器的靜態定位校準、勻速校準以及高頻角振動校準；

利用電流控制命令的高頻角運動估計方法具體包括：

通過控制器向驅動器發送電流信號指令，驅動器工作在電流環控制模式，因此電流信號轉化為角位移的傳遞函數為：

式中，P(s)為力矩電機的角位移，I(s)為電流指令，ω_cc為電流環帶寬，K_T為電動機動力常數，J_T為運動部件轉動慣量；

通過電流信號利用式(1)估計力矩電機的角位移，將根據電流信號估計的角位移通過高通濾波器得到高頻角位移信號；

基于互補濾波器的寬頻帶運動狀態估計方法具體包括：

在得到控制器向驅動器發送電流信號指令以及利用圓光柵測量得到的角位移之后，將通過高通濾波器的電流指令推算出的角位移信號與通過低通濾波器測得的位移信號求和，結果即為狀態估計；基于互補濾波器的狀態估計表達式為：

式中，P₀(s)為狀態估計，G_h(s)為高通濾波器，I_c(s)為電流命令，G_l(s)為低通濾波器，P_M(s)為圓光柵測得的角位移；

采用高頻電流命令和低頻光柵角位移測量相結合，即通過互補濾波器的方式，估計寬頻帶運動狀態，將光柵測得的位置信號通過低通濾波器得到低頻角位移信號，將根據電流信號估計的角位移通過高通濾波器得到高頻角位移信號，確保低通濾波器和高通濾波器總和為1，一起形成了互補濾波器，用估計的運動狀態代替光柵傳感器，實現兩個輸入源信號的充分利用。

2.根據權利要求1所述的一種高頻角振動轉臺控制方法，其特征在于：

為實現高頻角振動轉臺的高頻響角運動需要構建高頻響的位置閉環控制，該位置閉環控制方法具體包括：

在以上高頻角振動轉臺的控制中，利用互補濾波器估計寬頻帶的運動狀態，將估計的運動狀態作為角位移，位置控制器采用相位超前網絡補償器，對模型進行補償；相位超前網絡補償表達式為：

式中，G_C(s)為控制器，k_C為增益，ω_a為極點頻率，ω_b為零頻率。

3.根據權利要求1所述的一種高頻角振動轉臺控制方法，其特征在于：

針對寬頻帶運動狀態估計方法主要包括以下步驟：

步驟S10：電流命令I_c通過電流環作用在力矩電動機上；

步驟S20：力矩電動機產生的角位移通過圓光柵測得位置狀態P_M；

步驟S30：位置狀態P_M結果交由低通濾波器G_l(s)處理；

步驟S40：電流命令I_c通過代表的電流回路、力矩電動機和二重積分組成的理論模型；

步驟S50：理論模型輸出的結果交由高通濾波器G_h(s)處理；

步驟S60：通過低通濾波器G_l(s)測得的位置狀態P_M與通過高通濾波器G_h(s)處理后的電流指令共同作為正反饋得到估計位置狀態P_O。