一种高精度可拆分的三轴转台控制系统的制作方法
【技术领域】
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[0001]本发明属于转台定位控制领域，具体讲是一种采用以DSP芯片为控制核心、双电机消隙、伺服驱动器驱动、永磁同步电机作为执行机构的高精度可拆分的三轴转台控制系统，该三轴转台控制系统不但具有可拆开独立工作功能，可以独立控制单轴、两轴和三轴转台，而且能够有效提高转台控制精度，可以灵活地控制单轴、双轴和三轴转台，大大提高转台定位精度，且通用性强，可以降低整个转台的设计成本。
【背景技术】
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[0002]传统的三轴转台控制系统主要采用PLC(PCC)、伺服驱动器、伺服电机、齿轮传动链的系统集成模式。这种传统的控制系统具有系统简单、可靠、成本低廉等的优点，同时，这种控制系统也存在诸多缺点。采用单电机控制系统，只能用一台电机驱动一个轴，由于齿轮传动系统不可避免的存在齿轮间隙，单电机驱动系统由于转动惯量的作用和齿轮间隙的存在，在定位停止时，转台存在一个齿隙的自由空间，从而导致定位位置的不确定因素。控制系统采用PLC(PCC)作为处理核心，由于PLC(PCC)处理器的指令周期和任务周期相对于高性能的DSP较长，数据运算能力差，控制的实时性差，同时也不利于一些复杂的控制算法的实现。PLC主要完成逻辑运算，无法完成先进的控制算法，对转台的控制精度完全依赖于伺服驱动器，无法从一个大系统的层面来整体控制转台的控制精度。三轴转台是一个多电机和多轴的系统，需要各个轴的控制器之间信息具有较高的共享，才能有效的协调多电机、多轴控制，由于PLC集成程度较高，对控制器内部接口调用、算法调用程度有限，其次多个控制器的同步性和一致性也很难保证，很难实现多个控制器间高效的协调控制。由于PLC控制系统CPU和各种模块安装需要较大的体积，一般需要在转台外部配专用的控制箱，这样就人为的将转台和控制系统分成两部分，不利于运输和使用，这不符合现代高集成化、一体化的需求。最后，传统的三轴转台控制器没有考虑到只用其中某一个单轴的情况下，控制器能否拆分对其进行单轴控制。传统的控制器在一些对精度要求不高的场合得到了广泛的应用，但是随着新式转台对驱动系统的控制精度要求越来越高，鉴于传统的控制系统存在以上诸多不足，传统的转台控制系统已经难以满足这种越来越高的需求。
【发明内容】
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[0003]本发明要解决的技术问题是，提供一种不但具有可拆开独立工作功能，可以独立控制单轴、两轴和三轴转台，而且能够有效提高转台控制精度，可以灵活地控制单轴、双轴和三轴转台，大大提高转台定位精度，且通用性强，可以降低整个转台设计成本的高精度可拆分的三轴转台控制系统。
[0004]本发明的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的高精度可拆分的三轴转台控制系统，该三轴转台控制系统包括上方位轴控制器、俯仰轴控制器及下方位轴控制器，下方位轴控制器网口电连接有监控主机，下方位轴控制器的一个串口电连接有手持控制板，下方位轴控制器的另一个串口与上方位轴控制器的一个串口电连接，上方位轴控制器的另一个串口与俯仰轴控制器的一个串口电连接，每个轴上还均包含一个独立的电源模块、第一伺服驱动器、第二伺服驱动器、第一伺服电机、第二伺服电机以及旋转变压器，上方位轴控制器、俯仰轴控制器及下方位轴控制器均为一个以DSP28335芯片为控制核心的控制板。
[0005]本发明所述的高精度可拆分的三轴转台控制系统，其中，以DSP28335芯片为控制核心的控制板可设有一个实时边界仿真JTAG接口、一个自动复位电路、一个电源变换单元、一个时钟管理单元、一个看门狗单元、两路ADC采样电路、一路ADC校准电路、三路串行通信接口电路、故障保护电路、伺服驱动器驱动放大电路、旋变解码控制电路、旋变解码电路、数据总线逻辑控制单元、网口通信单元以及DA模拟量输出单元，所述实时边界仿真JTAG接口、自动复位电路、电源变换单元、时钟管理单元以及看门狗单元同时与系统控制的接口电连接，数据总线逻辑控制单元同时与DSP28335芯片的数据总线的接口、旋变解码电路、网口通信单元以及DA模拟量输出单元电连接，旋变解码电路、网口通信单元以及DA模拟量输出单元均与DSP28335芯片的数据总线的接口电连接，两路ADC采样电路和一路ADC校准电路均与DSP28335芯片的ADC采样单元的接口电连接，三路串行通信接口电路均与DSP28335芯片的SCI接口电连接，故障保护电路、伺服驱动器驱动放大电路和旋变解码控制电路均与DSP28335芯片的GP1接口电连接，旋变解码控制电路与旋变解码电路电连接。
[0006]本发明所述的高精度可拆分的三轴转台控制系统，其中，俯仰轴控制器上的以DSP28335芯片为控制核心的控制板还包括一个外部中断电路，外部中断电路包括限位开关和光电隔离单元，光电隔离单元的一端与限位开关电连接，其另一端与DSP28335芯片的外部中断接口电连接，限位开关与俯仰轴控制器中的1接口电连接。
[0007]本发明所述的高精度可拆分的三轴转台控制系统，其中，两路ADC采样电路均可包括第一低通滤波器、电压偏置电路、比例运算单元和第一电压跟随单元，第一低通滤波器一端接收伺服驱动器反馈的驱动器转速模拟量，电压偏置电路一端与第一低通滤波器电连接，其另一端与比例运算单元电连接，第一电压跟随单元一端与比例运算单元电连接，其另一端与DSP28335芯片的ADC采样单元的接口电连接。
[0008]本发明所述的高精度可拆分的三轴转台控制系统，其中，ADC校准电路可包括基准电压电路、第二低通滤波器和第二电压跟随单元，第二低通滤波器一端与基准电压电路电连接，其另一端与第二电压跟随单元一端电连接，第二电压跟随单元另一端与DSP28335芯片的ADC采样单元的接口电连接。
[0009]本发明所述的高精度可拆分的三轴转台控制系统，其中，每路串行通信接口电路可包括差分转单端电路和单端转差分电路，差分转单端电路和单端转差分电路与DSP28335芯片的SCI接口电连接。
[0010]本发明所述的高精度可拆分的三轴转台控制系统，其中，故障保护电路中的故障信号是经过高速光耦后进入到DSP28335芯片的GP1接口。
[0011]本发明所述的高精度可拆分的三轴转台控制系统，其中，旋变解码控制电路可包括电平变换单元和旋转变压器解码芯片，旋变解码电路可包括旋转变压器解码芯片和电平转换单元，电平变换单元的一端与DSP28335芯片的GP1接口电连接，其另一端与旋转变压器解码芯片电连接，电平转换单元同时与DSP28335芯片的数据总线的接口、旋转变压器解码芯片以及数据总线逻辑控制单元电连接。
[0012]本发明所述的高精度可拆分的三轴转台控制系统，其中，网口通信单元可包括网卡芯片、隔离变压器和输出水晶头，隔离变压器的一端与网卡芯片电连接，其另一端与输出水晶头电连接，网卡芯片还同时与DSP28335芯片的数据总线的接口和数据总线逻辑控制单元电连接。
[0013]本发明所述的高精度可拆分的三轴转台控制系统，其中，DA模拟量输出单元可包括DA芯片、第三低通滤波器和第二比例运算器，第三低通滤波器的一端与DA芯片电连接，其另一端与第二比例运算器电连接，DA芯片还同时与DSP28335芯片的数据总线的接口和数据总线逻辑控制单元电连接。
[0014]本发明高精度可拆分的三轴转台控制系统的具体有益效果如下:
[0015]1、本发明控制系统中的上方位轴控制器、俯仰轴控制器及下方位轴控制器均具有独立的以DSP28335芯片为控制核心的控制板、独立电源模块、独立控制电路、独立通信接口和协议、独立的控制算法以及独立的驱动传动机构，因此，在某些情况下只需要用到一个方位轴或者只需要用方位轴和俯仰轴时，可以将下转台拆下来，变成一个单轴和一个两轴的转台，下方位单轴可以直接使用，上方位和俯仰双轴可以只稍加更改上方位控制程序就可运行，从而达到转台的可拆分使用的目的。
[0016]2、本发明控制系统包含六个伺服电机，每个轴采用两个驱动伺服电机，用DSP控制和DAC芯片根据参考力矩大小输出一个模拟量控制两个电机，一个电机输出力矩在参考力矩上增加一个固定大小的偏置力矩，另外一个电机在参考力矩上减小一个固定大小的偏置力矩，按照这种控制方法，在定位停止时，双电机会产生一个大小相等方向相反的夹紧力矩，该夹紧力矩使得转台定位停止不能自由活动，从而大大提高了控制系统的控制精度。
[0017]3、本控制系统具有双电机消隙的控制算法，能够在转台定位停止时，双边夹紧齿轮消除传动齿隙，正是传动齿隙误差地消除，从而大大提高了转台定位精度。
[0018]4、本发明控制系统的控制板硬件上具有驱动功能、信号检测功能、驱动保护功能、DAC转换功能、ADC转换