[發明專利]基于諧波減速機構的轉臺雙位置環控制方法及控制系統

有效

• 申請號: 202210406398.3
• 申請日: 2022-04-18
• 公開（公告）號: CN114488782B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 曹鈺;王海濤;李昕;韓俊鋒;常亮;張旭榮;宋天莉;王帆;王磊;郭山
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G05B13/02
• 分類號: G05B13/02;G05D3/12
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 趙逸宸

本發明屬于轉臺控制方法及控制系統，為解決目前基于減速機構的轉臺控制系統中，半閉環控制系統響應速度和穩定性受限，輸出位置精度也無法保障，全閉環控制系統不穩定，輸出速度平穩性較差的技術問題，提供一種基于諧波減速機構的轉臺雙位置環控制方法及控制系統，用到兩個位置反饋，分別借助于安裝在電機軸上的第一位置傳感器，以及安裝在諧波減速器輸出端的第二位置傳感器，電機軸位置反饋響應快，諧波減速器輸出端上的第二位置傳感器能夠直接測量諧波輸出端的位置，降低了非線性因素對控制系統的影響，同時兼具兩者的優點。

技術領域

本發明屬于轉臺控制方法及控制系統，具體涉及一種基于諧波減速機構的轉臺雙位置環控制方法及控制系統。

背景技術

高分辨率成像已成為發展趨勢，被廣泛應用于各種領域。跟蹤轉臺作為成像系統的搭載設備，其速度平穩性是高分辨率穩定成像的基礎。特別是在航天領域，對峰值功耗、保持力矩、速度平穩性和位置跟蹤精度均有較高要求，空間轉動機構的先進程度和功能強弱，通常都直接與其控制系統的性能有關。

帶諧波減速機構的控制系統之所以比純剛性關節的控制復雜很多，主要有以下幾方面原因：①因為動力學方程中的參數會隨轉動機構運動時的位移而改變，所以系統是一種時變的、強烈非線性的剛柔耦合系統；②系統呈現的非線性，理論上屬于無窮維，系統的自由度大于通常控制變量的數目，因而病態特性會被呈現出來；③由于諧波減速器柔輪的擠壓變形，使得系統呈現非最小相位特性，這對于非并置系統（傳感器和驅動器處在不同位置）很容易造成失穩。因此，對于帶有諧波減速機構的空間轉動機構，針對其控制的研究，主要是針對高精度的位置控制研究和低速度下的平穩性研究。

現有研究中，基于減速機構的轉臺，根據反饋傳感器安裝位置的不同，可將其控制系統分為半閉環控制系統和全閉環控制系統。其中，反饋傳感器安裝在電機軸上，通過間接方式測量諧波端輸出位置的方式，稱為半閉環系統。目前，諧波減速機構的控制器大多都是基于電機位置反饋傳感器信息進行設計的，半閉環控制系統的速度平穩性高，但是受非線性因素的影響較大，會使系統的軌跡跟蹤能力降低，跟蹤誤差增大，導致輸出位置精度無法保障。還有部分轉臺控制器是基于諧波輸出位置反饋傳感器信息進行設計的，位置傳感器安裝在諧波減速器輸出軸直接測量輸出端位移，稱為全閉環控制系統，這種方式下，雖然諧波傳動中非線性因素的存在并不能影響它的輸出位置精度，但通過勞斯穩定判據可知，控制器比例增益系數的取值范圍有一定的局限性，很容易導致系統不穩定，并且輸出速度的平穩性也較差。另外，基于諧波減速機構的二維轉臺控制器也未針對外部的非線性干擾進行自抗擾設計，導致系統響應速度和穩定性受限的同時，也會造成系統控制精度下降。

如公開號為CN104166372A的中國發明專利申請，公開了一種進給系統雙位置環反抗的抗擾控制器，在實時補償總擾動的基礎上，利用輸入信號與反饋測量信號的誤差及其微分設計線性反饋率，獲得較高的控制帶寬。但是，該專利申請中，內環采用電機角位置信號作為反饋信號，外環采用負載位置端反饋信號，并未考慮柔性關節前后的位置擾動帶來的差異。

發明內容

本發明為解決目前基于減速機構的轉臺控制系統中，半閉環控制系統響應速度和穩定性受限，輸出位置精度也無法保障，全閉環控制系統不穩定，輸出速度平穩性較差的技術問題，提供一種基于諧波減速機構的轉臺雙位置環控制方法及控制系統。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

一種基于諧波減速機構的轉臺雙位置環控制方法，其特殊之處在于，包括以下步驟：

S1，采集第一位置信息和第二位置信息

采集安裝在電機軸上的第一位置傳感器輸出的第一位置信息，以及安裝在諧波減速器輸出端的第二位置傳感器輸出的第二位置信息；

S2，提取角速度、角度和電流

分別從第一位置信息中提取電機角速度、電機角度，分別從第二位置信息中提取負載角度和負載角速度；同時，獲取電機電流；

S3，閉環控制