本发明属于双轴转台同步控制技术领域,特别是涉及一种基于修正参考模型的双轴转台同步控制方法。
背景技术:
转台是惯导测试和运动仿真中的重要实验设备。转台以绕轴线的回转运动为特点,可以提供一个或多个运动自由度。双轴转台可以提供两个运动自由度。在一些特殊的工作条件需求下,需要使两轴以一定精度保持同步运动。例如一种特殊的双轴转台,双轴精密离心机,为保证被测负载相对惯性空间指向不变的特殊需求,需要回转轴完全抵消主轴的转动,即实现两轴的高精度同步运动。
同步控制是一种常用工控技术,就是通过采用适当控制方法调节两个或多个被控对象输出,使其误差保持在一定精度范围内。从控制设计角度来说,常用的同步控制方法包括并联同步控制方法、串联同步控制方法、串并联混合同步控制方法以及交叉耦合同步控制方法。并联同步控制方法是两个对象分别控制,通过输入相同指令实现同步;串联同步控制方法利用各被控对象特性的差异,将一个被控对象的输出作为另一个被控对象的指令输入;定参数的串并联混合同步控制方法通过将并联同步控制方法和串联同步控制方法相结合消除同步误差;交叉耦合同步控制方法将同步误差作为反馈量进行设计,通过调节各回路控制参数,实现同步效果。现有同步控制方法或同步误差大,或动态性能差,或设计较为复杂。
技术实现要素:
本发明为了解决现有的同步控制方法或同步误差大,或动态性能差,或设计较为复杂的技术问题,而提出的一种基于修正参考模型的双轴转台同步控制方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现:一种基于修正参考模型的双轴转台同步控制方法,包括以下步骤:
步骤1、基于经典的频域法,分别设计转台两轴控制器并比较其响应效果,根据比较得出的响应效果,选定跟踪性能较好的作为
步骤2、利用
步骤3、根据步骤2得到的
步骤4、根据ψ轴对输入指令θc(t)的跟踪误差e1(t)和修正的跟踪误差e2′m(t),求取加权系数
θc′(t)=α(t)θc(t)+(1-α(t))θ1(t);
步骤5、读取ψ轴和
进一步地,所述步骤1具体为:利用经典的频域法,基于被控对象特性分别设计两轴控制器;测试两轴包含控制器在内的开环系统频率响应特性,比较两轴低频增益和带宽,选定跟踪性能较好的作为
进一步地,所述步骤2具体为:利用步骤1得到的
进一步地,所述根据该闭环数学模型对输入指令θc(t)的跟踪误差e2m(t)和
已有的同步控制方法,或难以消除同步误差,或对速度变化的指令信号的同步控制效果较差,或结构与设计过程较为复杂。本发明利用双轴转台的实时跟踪误差修正
附图说明
图1为基于修正参考模型的双轴转台同步控制方法流程图;
图2本发明修正模型参数计算的基本框图;
图3为本发明同步控制部分的基本框图;
图4a为转台主轴的开环频率特性测量结果;
图4b为转台俯仰轴的开环频率特性测量结果;
图5为
图6为修正函数的测定及拟合图像;
图7a为执行最大速度为45deg/s,加速段加速度为50deg/s2,减速段为-50deg/s2的加速—匀速—减速指令(共计60s)时不同方法的同步误差实验曲线图;
图7b为执行速度变化为20deg/s—80deg/s—40deg/s(各阶段均为15s),加速段加速度为40deg/s2,减速段加速度为-40deg/s2的变速指令时,不同方法的同步误差实验曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
结合图1,一种基于修正参考模型的双轴转台同步控制方法,包括以下步骤:
步骤1、基于经典的频域法,分别设计转台两轴控制器并比较其响应效果,根据比较得出的响应效果,选定跟踪性能较好的作为
步骤2、利用
结合图2,图中符号
步骤3、根据步骤2得到的
结合图3,图中符号
步骤4、根据ψ轴对输入指令θc(t)的跟踪误差e1(t)和修正的跟踪误差e2′m(t),求取加权系数α(t),
θc′(t)=α(t)θc(t)+(1-α(t))θ1(t);
步骤5、读取ψ轴和
以具备主轴和俯仰轴的双轴转台为例,实施本发明基于修正参考模型的同步控制方法。具体实施例为:
第一步、利用频域法,基于被控对象特性分别设计转台两轴控制器。测试两轴包含控制器在内的开环系统频率响应特性,如图4a和图4b所示,图中“+”点表示测定的带串联校正环节的转台对特定频率信号响应,其中横轴为输入信号的角频率(frequency,单位:rad/s),纵轴分别为输出信号的幅值(magnitude,单位:db)和输出信号的相位(phase,单位:deg)。通过比较可知,转台俯仰轴低频增益和带宽较小,即稳态误差较大、动态性能较差。因此,选定转台主轴作为
第二步、利用
对比该拟合结果与实验结果,如图5所示,通过比较可知,拟合结果在中低频段与实验曲线符合程度很高,因此可以用作系统模型。图中“+”点表示测定的带串联校正的转台对特定频率信号响应,实线表示拟合的对象的特性。其中横轴为角频率(frequency,单位:rad/s),纵轴分别为幅值(magnitude,单位:db)和相位(phase,单位:deg)。
第三步、根据图2所示框图,采用最小二乘法拟合得到修正环节如下:
测量结果和拟合结果如图6所示,通过图6可知,拟合曲线与测量结果符合程度较高,因此可以用作模型稳态误差的修正环节。图中“+”点表示实验测定结果,实线表示拟合的函数。其中横轴为指令速度(commandspeed,单位:deg/s),纵轴表示离线计算求得的
第四步、根据图2所示框图,基于修正参考模型,设计同步控制器。
第五步、进行同步控制效果检验。以该转台为例,分别采用串联同步控制方法、并联同步控制方法和本发明方法进行实验,比较三种方法所得同步误差曲线,实验过程中以速度指令0deg/s伺服2s后开始执行。图7a和图7b中横轴为时间(time,单位:s),纵轴为同步误差(error,单位:deg);点线为并联同步方法的同步误差,虚线为串联方法的同步误差,实线为本发明的基于修正模型的双轴转台同步控制方法实现的同步误差。从图7a和图7b可以看出,采用本发明给出的同步控制方法,可以保证转台两轴运动在稳态和动态变化过程中,其同步误差都有明显的降低,且优于当前广泛使用的并联和串联同步控制方法,这与本发明的预期目标一致。由图7a和图7b可知,本发明方法相对于串联同步控制方法和并联同步控制方法,具有同步误差小的优势;相对于并联同步控制方法,有动态响应更好的优势。
本发明首先通过实验比较转台两轴对同一参考信号的跟踪误差及响应速度;对跟踪性能较好的一个轴(
以上对本发明所提供的一种基于修正参考模型的双轴转台同步控制方法,进行了详细介绍,本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。