一种舵机抖动抑制电路及舵机系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于舵机控制领域，更具体地，涉及一种舵机抖动抑制电路及舵机系统。
【背景技术】
[0002]近年来，随着飞行攻击武器系统打击精度和机动性能要求的不断提高，与之相配套的舵伺服系统的精确性和稳定性的要求越来越高。目前的舵系统的性能要求正朝着大惯量、高频带的方向发展。
[0003]目前的舵伺服系统仍有很多采用模拟电路控制和谐波减速器以及直流电机控制，其控制方法相对简单且控制理论相对成熟。但是在高频带、大惯量的条件下，舵机的性能往往在满足总体系统提出的要求时存在一些难点。在大负载惯量的舵系统中，满足系统高频带性能的同时容易存在舵机抖动的问题。通过对舵机抖动机理的分析，其主要原因大致分为三个方面:(1)舵面的转动惯量偏大；(2)减速器的扭转刚度偏低；(3)控制算法需要改进。但是舵面的转动惯量根据系统要求是无法改变的，减速器的扭转刚度由于制造工艺和加工水平的原因无法在短时间内有较大幅度的提升，现有控制算法一般采用简单的PID控制算法，而一般的PID算法不能进一步提升系统的稳定裕度，在大负载惯量舵系统中可能无法有效抑制舵机抖动，因而通过改进控制算法以抑制舵机抖动是一种可行有效的方法。
[0004]现在一般采用的舵机抖动抑制方法主要采用增加系统刚度及调整控制参数以降低舵系统带宽等方面入手。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种舵机抖动抑制电路，旨在解决大负载惯量舵机在阶跃响应测试时抖动的问题。
[0006]本发明提供了一种舵机抖动抑制电路，包括放大器、第一单向导通元件、第二单向导通元件、电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第六电阻；所述第五电阻的一端作为舵机抖动抑制电路的输入端，所述第五电阻的另一端连接至放大器的输入负端；所述电容的一端通过所述第一电阻连接至所述放大器的信号输入端，所述电容的另一端通过所述第二电阻连接至放大器的信号输入端；所述第一单向导通元件的一端与所述电容的另一端连接，所述第一单向导通元件的另一端与电容的一端连接；所述第二单向导通元件的一端与电容的一端连接，所述第二单向导通元件的另一端与电容的另一端连接；所述第三电阻的一端与所述电容的另一端连接，所述第三电阻的另一端通过所述第四电阻连接至所述放大器的输出端；所述第三电阻和第四电阻的连接端还与所述放大器的反馈端连接；所述放大器的输入负端通过所述第六电阻接地，所述放大器的电源负端连接-15V电源，所述放大器的地端接地，所述放大器的电源正端连接+15V电源。
[0007]更进一步地，第一单向导通元件为第一二极管D1，所述第一二极管D1的阴极作为所述第一单向导通元件的一端，所述第一二极管D1的阳极作为所述第一单向导通元件的另一端；所述第二单向导通元件为第二二极管D2 ;所述第二二极管D2的阴极作为所述第二单向导通元件的一端，所述第二二极管D2的阳极作为所述第二单向导通元件的另一端。
[0008]更进一步地，工作时，当输入至舵机抖动抑制电路的信号中存在自激干扰信号时，优先通过电容C1和电阻R3，且所述第一单向导通元件和所述第二单向导通元件会将自激干扰信号削弱或消除，从而使得输出信号中的自激干扰得到抑制。
[0009]本发明中，由于舵机抖动抑制电路输入端电容并联二极管的存在，电路的滞后会减弱，在有效滤除干扰信号的同时也能很好的抑制电路输入端阻容电路的自激振荡，在高带宽要求和大惯量的舵系统中，这一作用很好的抑制了舵机的抖动，从而保证系统的稳定性。
[0010]本发明还提供了一种舵机系统，包括反馈电路，以及依次连接的加法器、信号放大调理电路，抖动抑制电路、信号处理与功率放大电路和伺服舵机；反馈电路的输入端连接所述伺服舵机的输出端，加法器的第一输入端用于接收外部的舵机控制信号，加法器的第二输入端连接至所述反馈电路的输出端；其特征在于，所述抖动抑制电路为上述的舵机抖动抑制电路。
[0011]通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，由于在控制系统中采用了一种具有超调抑制功能的有源滞后fe正电路，能够在保证航机动态性能的同时抑制航机抖动。
【附图说明】
[0012]图1是本发明实施例提供的舵机系统的原理框图；
[0013]图2是本发明实施例提供的舵机抖动抑制电路的电路图；
[0014]图3是电动舵系统在应用本发明提供的抖动抑制电路前、后的阶跃相应波形图，其中(a)未增加舵机抖动抑制电路前的阶跃相应波形图；(b)增加了本发明提供的舵机抖动抑制电路后的阶跃相应波形图。
【具体实施方式】
[0015]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0016]本发明实现了一种舵机抖动抑制电路；在模拟电路控制和采用谐波减速器作为减速机构的舵系统中，由于某些型号的谐波减速器刚度偏低，当舵机与舵面装配后，在高频响、大惯量条件下，空气舵面在运动过程中形成的干扰力矩很容易引起舵面抖动。舵机在加速和减速的过程中需要具备较大的角加速度，在舵面转动惯量一定的情况下，舵面惯量产生的干扰力矩随之变大。当舵系统响应阶跃信号时，舵机经过加速、匀速、减速过程偏转到期望位置后，控制电压和舵轴反馈电压相减后的位置偏差信号为零，由于减速器刚度偏低，在舵面惯量矩作用下，舵机输出轴会继续向前偏转一定角度，导致与输出轴同轴安装的角度传感器反馈电压大于控制电压，从而重新产生位置偏差信号。当此位置偏差信号大于舵机启动电压所确定的位置偏差信号时，舵机会往相反的方向加速转动，以此类推，舵机带动舵片在一定范围内来回动作，形成抖动现象。
[0017]本发明通过理论分析进行电路设计，实现在系统中串联有源滞后校正环节，以增加系统的相位裕度，提高系统的相对稳定性，保证舵系统在刚度裕量不足的情况下也能实现系统稳定及性能达标。
[0018]本发明涉及一种基于模拟电路控制和采用谐波减速器作为减速机构的舵控制伺服系统，属于机电控制领域。通过一种具有很强的实用性和通用性的电路设计，达到滤除控制信号中存在的自激干扰信号以及低频小幅值干扰信号的作用，在一定程度上解决了基于模拟电路控制和采用谐波减速器作为减速机构的舵系统在舵机传动机构刚度较差的情况下受到自激干扰或类似干扰信号时舵机容易抖动的问题。
[0019]本发明提供了一种具有很强的实用性和通用性的舵机抖动抑制电路；该舵机抖动抑制电路是一种经过改进的有源滞后校正电路，其输入端与舵反馈误差信号连接，输出端与厚膜运算电路连接在滞后校正电路输入端电容两端并联一对反向硅二极管，利用二极管和电容构成泄放回路的特性滤除低频的小幅值干扰信号，使得系统自激产生的导致舵机抖动的信号得以滤除，从而抑制舵机抖动。
[0020]与正常的滞后电路相比，一种舵机抖动抑制电路能有效抑制控制系统的自激振荡。即通过建模仿真，在系统中增加一种特殊滞后电路，通过增加低频小信号滤波功能，使系统电路内部产生的自激信号在经过此电路时被滤除，从而抑制舵机因系统自激信号引起的抖动，对系统稳定性有一定的提升。
[0021]本发明在采用模拟电路控制+谐波减速器+直流电机控制的舵系统中，在系统位置环输出端的信号经过舵机抖动抑制电路后作为电流环输入端的信号。当位置环的输出信号变化时，通过舵机抖动抑制电路，信号产生滞后和滤波校正的效果，同时由于舵机抖动抑制电路输入端电容并联二极管的存在，电路的滞后会减弱，在有效滤除干扰信号的同时也能很好的抑制电路输入端阻容电路的自激振荡，在高带宽要求和大惯量的舵系统中，这一作用很好的抑制了舵机的抖动，从而保证系统的稳定性。
[0022]本发明通过在舵系统控制电路中加入具有很强的实用性和通用性的简单的电路，就能有效的抑制舵机的抖动。
[0023]为了更进一步的说明本发明。下面结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。
[0024]图1示出了本发明实施例提供的舵机系统的原理框图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下:
[0025]舵机系统包括加法器1、信号放大调理电路2，抖动抑制电路3、信号处理与功率放大电路4，伺服舵机5(主要包括电机和减速机构)以及反馈电路6 ;信号放大调理电路2主要用于接收舵系统控制信号并进行滤波和调理，将得到的信号传至信号处理与功率放大电路4，抖动抑制电路3用于抑制自激干扰信号及有效信号跟随；信号处理与功率放大电路4主要将调理和滤波后的信号进行功率放大并驱动伺服舵机5中的伺服电机进行相应运动，伺服舵机5通过减速机构和电机运动带动输出轴进行运动，反馈电路6用于感应舵机输出轴的运动位置，并将位置信号反馈至信号放大调理电路2形成闭环控制系统。
[0026]其中，信号放大调理电路2主要由跟随电路和滤波电路构成，其输入端接收到的控制信号经滤波电路后，通过跟随电路