一种单轴高精度伺服控制系统调测装置的制作方法

本发明涉及一种通用的单轴高精度伺服控制系统调测装置，它可以实现对单轴伺服控制系统进行控制方案的设计和评估。

技术背景

很多伺服控制系统需要实现负载的高精度指向控制，如机械臂、光电瞄准机构、伺服跟踪机构等。由于不同伺服系统的控制精度受机构传动间隙、传动刚度、负载偏心、扰动阻力矩等影响，系统调试难度较大。因此需要研制通用的单轴高精度伺服控制系统调测装置，可调方便调整以上这些影响环节，从而用于控制方案的早期设计和评估。

目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

技术实现要素：

为了解决现有技术的不足，本发明涉及一种通用的单轴高精度伺服控制系统调测装置，它可以实现对单轴伺服控制系统进行控制方案的设计和评估。

为了实现上述技术方案，本发明的一种单轴高精度伺服控制系统调测装置，包括：伺服控制组件、伺服角度编码器、伺服扭矩传感器、传动机构/扭力杆、惯量盘、加载扭矩传感器、监测角度编码器、扰动模拟力矩电机和安装支架；

所述安装支架对整个测试装置提供各类安装机械接口，包括伺服控制组件、伺服扭矩传感器、加载扭矩传感器和扰动模拟力矩电机的安装面，以及其他组件的相对位置；安装支架的一侧部分为伺服控制组件、伺服角度编码器和伺服扭矩传感器，其组成被考核测试的伺服系统，用于模拟转速控制、位置控制和力矩控制系统；安装支架的中间部分为传动机构/扭力杆和惯量盘组合，用于模拟伺服系统的负载； 安装支架的另一侧部分为扰动模拟力矩电机、加载扭矩传感器和监测角度编码器，扰动模拟力矩电机、加载扭矩传感器对伺服系统的外部摩擦力矩、扰动阻力矩进行模拟，监测角度编码器用于监测伺服控制系统的控制精度。

优选的，所述安装支架上布置有高精移动导轨，可以实现各类传动链组合。

优选的，所述传动机构/扭力杆采用传动机构和柔性扭转管材用于模拟机构传动间隙、传动刚度；所述传动机构/扭力杆采用的传动机构为直齿轮减速器、谐波减速器或蜗轮蜗杆。

优选的，所述惯量盘采用标准惯量盘各类组合等效实际负载的转动惯量，模拟负载惯量和负载偏心

进一步，本发明的伺服控制组件、伺服角度编码器和伺服扭矩传感器的组合可以模拟任何的转速控制、位置控制和力矩控制伺服系统，可以用于验证控制方案的正确性和鲁棒性。

通过本发明可以方便地实现对伺服机构的传动间隙、传动刚度、负载偏心、扰动阻力矩进行适应性调整，对伺服控制系统进行控制方案设计与效果评估。

附图说明

图1为单轴高精度伺服控制系统调测装置结构示意图；

图2为伺服控制组件构造示意图；

图3为扰动阻力矩加载闭环控制系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详尽的描述：

参考图1为为单轴高精度伺服控制系统调测装置方案示意图，通过本发明可以方便地实现对伺服机构的传动间隙、传动刚度、负载偏心、扰动阻力矩等进行适应性调整，从而对单轴高精度伺服控制系统进行控制方案设计与效果评估。

本发明所提供的测试装置包括：伺服控制组件1、伺服角度编码器2、伺服扭矩传感器3、传动机构/扭力杆4、惯量盘5、加载扭矩传感器6、监测角度编码器7、扰动模拟力矩电机8和安装支架9九个部分。

安装支架9对整个测试装置提供各类安装机械接口，包括伺服控制组件1、伺服扭矩传感器3、加载扭矩传感器6和扰动模拟力矩电机8的安装面，以及其他组件的相对位置。同时，安装支架9上布置有高精移动导轨，可以实现各类传动链组合。

安装支架9的左侧部分为伺服控制组件1、伺服角度编码器2和伺服扭矩传感器3，它们组成被考核测试的伺服系统。它可模拟任何的转速控制、位置控制和力矩控制系统。

安装支架9的中间部分为传动机构/扭力杆4和惯量盘5组合，用于模拟伺服系统的负载。其中传动机构/扭力杆4用于模拟机构传动间隙、传动刚度，惯量盘5可以模拟负载惯量和负载偏心。

安装支架9的右侧部分为扰动模拟力矩电机8和加载扭矩传感器6，可以对伺服系统的外部摩擦力矩、扰动阻力矩进行模拟。监测角度编码器7用于监测伺服控制系统的控制精度

图2为伺服控制组件构造示意图。伺服控制组件1由如下部件组成：永磁同步电机101、电机角度传感器102、鼓式码盘201、读数头202、扭矩传感器301和连轴器302。伺服控制组件1可以实现电流环、速度环、位置环、力矩环控制，以及四环控制中的多环复合控制。

图3为扰动阻力矩加载闭环控制系统示意图。扰动阻力矩加载闭环控制系统由如下部件组成：力矩加载电机801、力矩电机角度传感器802、盘式码盘701、读数头702、扭矩传感器601和连轴器602。扰动阻力矩加载闭环控制系统可以实现对外部摩擦力矩、扰动阻力矩的精确模拟。

对于其他未叙述的部件功能，由附图中可以明显看出，且为本领域普通技术人员所熟知，在此不一一详述。需要说明的是，上述只对本发明进行示意性的阐述和说明，对本发明的任意修改和替换，都属于本发明的保护范围。