一种基于反馈补偿的展收机构控制装置及其控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于反馈补偿的展收机构控制装置及其控制方法，基于反馈补偿的展收机构控制装置包括曲柄摇杆机构、单片机、电源、直流电机、电机驱动器和限位开关，曲柄摇杆机构通过齿轮连接有丝杠螺母，丝杠螺母的一端连接直流电机，直流电机通过编码器连接电机驱动器，电机驱动器还连接单片机和电源。本发明避免了传统的空间展收机构刚性伸展特性，同时减少了误差，克服了传统展收机构控制策略鲁棒性不足的缺点，通过缓冲区数据与编码器采集的实时信号进行不断的比较反馈，不断实时修正展收机构的展开或者收拢角度，从而有效的满足空间展收机构精确角度展收和控制的目的。
【专利说明】
一种基于反馈补偿的展收机构控制装置及其控制方法
技术领域
[0001]本发明涉及空间展收机构控制技术领域，具体是一种基于反馈补偿的展收机构控制装置及其控制方法。
【背景技术】
[0002]在空间展收机构进行展开或者收缩的实际过程中，控制系统最关心的是在给定的机构展开角度和安全范围内，机构展开过程中直流电机的输出驱动力矩随时间的变化关系，而这一关系恰好是为控制系统选择合适的电机，从而更优的设置控制系统的关键。现有展收机构只能进行完全展开或收拢状态的两自由度刚性调整，因此灵活展收的空间机构及其作用机理成为现有航天器或空间机构研究中亟待解决的关键问题。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种减少误差、控制准确的基于反馈补偿的展收机构控制装置及其控制方法，以解决上述【背景技术】中提出的问题。
[0004]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
一种基于反馈补偿的展收机构控制装置，包括曲柄摇杆机构、单片机、电源、直流电机、电机驱动器和限位开关，所述曲柄摇杆机构通过齿轮连接有丝杠螺母，所述丝杠螺母的一端连接直流电机，所述直流电机通过编码器连接电机驱动器，所述电机驱动器还连接单片机和电源;所述电源包括电源稳定模块和电源调理模块，所述单片机中设置有主控模块，所述电机驱动器中设置有驱动放大模块，所述编码器中设置有编码反馈模块;所述电源稳定模块的输出端通过电源调理模块分别连接主控模块的输入端和直流电机模块的输入端，所述主控模块的输出端通过驱动放大模块连接直流电机模块的输入端，直流电机模块的输出端的还通过编码反馈模块连接主控模块的输入端。
[0005]作为本发明进一步的方案:所述限位开关设置有两个，两个限位开关分别安装在曲柄摇杆机构的两端。
[0006]作为本发明进一步的方案:所述单片机还连接限位开关。
[0007]作为本发明进一步的方案:所述主控模块同于指令的发送，所述指令包括直流电机的转动方向、曲柄摇杆机构的展开角度、曲柄摇杆机构运动的开始停止信号。
[0008]作为本发明再进一步的方案:所述直流电机的转动方向选择通过缓冲区的数据与编码器采集的数据比较得到的正负进行决定。
[0009]基于反馈补偿的展收机构控制装置的控制方法，具体步骤如下:
1)根据展收机构正弦速度下直流电机的力矩输出值得到对应的速度离散数据，在单片机的寄存器中建立真值表，速度存放形式由电机PWM控制的各个时刻占空比设置；
2)在对各个I/O口和各个寄存器进行设置后，设置速度指针，根据编码器采集的数据与初始时刻位置比较，差值的正负作为直流电机转动方向的依据，再不断进行编码器的数据采集，直到各数据回到起始位置； 3)当位置调整结束，接受主控模块发出的上位机运动开始信号，并在时钟同步信号完毕后开始进行运动，根据寄存器中的值，执行相应不同的读表操作，并通过对编码器的数据采集的反馈比较，修正直流电机的运动，直到主控模块发出上位机运动停止信号。
[0010]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
本发明避免了传统的空间展收机构刚性伸展特性，同时减少了误差，克服了传统展收机构控制策略鲁棒性不足的缺点，通过缓冲区数据与编码器采集的实时信号进行不断的比较反馈，不断实时修正展收机构的展开或者收拢角度，从而有效的满足空间展收机构精确角度展收和控制的目的。
【附图说明】
[0011]图1为本发明的结构框图。
[0012]图2为本发明的控制硬件框图。
[0013]图3为本发明的控制方法流程图。
[0014]图4为本发明控制下曲柄摇杆机构展开速度的曲线示意图。
[0015]图5为本发明控制下直流电机的输出力矩的曲线示意图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合【具体实施方式】对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
[0017]请参阅图1-5，一种基于反馈补偿的展收机构控制装置，包括曲柄摇杆机构1、单片机2、电源3、直流电机4、电机驱动器5和限位开关6，所述曲柄摇杆机构I通过齿轮连接有丝杠螺母7，所述丝杠螺母7的一端连接直流电机4，所述直流电机4通过编码器8连接电机驱动器5，所述电机驱动器5还连接单片机2和电源3;所述电源3包括电源稳定模块和电源调理模块，所述单片机2中设置有主控模块，所述电机驱动器5中设置有驱动放大模块，所述编码器8中设置有编码反馈模块;所述电源稳定模块的输出端通过电源调理模块分别连接主控模块的输入端和直流电机模块的输入端，所述主控模块的输出端通过驱动放大模块连接直流电机模块的输入端，直流电机模块的输出端的还通过编码反馈模块连接主控模块的输入端。
[0018]所述限位开关6设置有两个，两个限位开关6分别安装在曲柄摇杆机构I的两端。
[0019]所述单片机2还连接限位开关6。
[0020]所述主控模块同于指令的发送，所述指令包括直流电机4的转动方向、曲柄摇杆机构I的展开角度、曲柄摇杆机构I运动的开始停止信号。电机驱动器5起到连接单片机2与直流电机4的交通枢纽作用，一方面接受单片机2传送的运动指令，另一面将指令转换为驱动和控制直流电机4的信号控制直流电机4的转速与输出转矩，控制曲柄摇杆机构I的展收角度与速度。
[0021]所述直流电机4的转动方向选择通过缓冲区的数据与编码器8采集的数据比较得到的正负进行决定。
[0022]所述曲柄摇杆机构I的两端附近分别设置一个限位开关6，在曲柄摇杆机构I移动到端部时起到自动断电的功能，防止损坏直流电机4，从而限制曲柄摇杆机构I的运动，保护整个系统不受破坏，限位开关6、电机驱动器5都与单片机2相连，实现曲柄摇杆机构I与单片机2之间的数据交换;所述电源3负责提供稳定电源，主控模块作为执行单元上位机，负责信号AD转换与命令发出，命令发出经驱动放大电路放大，作为执行单元直流电机4的控制信号进行展收控制。
[0023]所述直流电机4是执行机构，编码器8作为测量元件，读取直流电机4转动的角位移，与给定的理论角度进行比较误差进行反馈修正，减小系统的误差，同时将其作为直流电机4转动速度的调整量，达到对直流电机4输出转矩控制的目的；所述的单片机2是基于stm32芯片控制的闭环反馈控制系统，各运动信号与模式通过编码一一对应，同时作为上位机与电机驱动器5相连实施控制;所述直流电机4的转动方向选择通过缓冲区的数据与编码器8采集的数据比较得到的正负进行决定，若为正，则继续正转补偿，否则电机反装。
[0024]所述基于反馈补偿的展收机构控制装置通过人为设定展收机构以正弦速度展开，观察在反馈补偿机制作用下直流电机4的力矩输出，可以看到在反馈机制的作用下，直流电机4的输出力矩得到了很大的优化，在反馈机制的建立下，直流电机4的力矩输出很好地契合了正弦速度下每一时刻所需的力矩输出，系统的效率得到了很大的改善，并具备了良好地控制精度，机构的适应能力和鲁棒性得到了很大程度的提高，系统具备了很好地使用性能。本发明是对基于编码器8角度反馈比较作为直流电机4的补偿信号施加控制，实现展收机构的精确角度展收控制要求。
[0025]基于反馈补偿的展收机构控制装置的控制方法，具体步骤如下:
1)根据展收机构正弦速度下直流电机4的力矩输出值得到对应的速度离散数据，在单片机2的寄存器中建立真值表，速度存放形式由电机PffM控制的各个时刻占空比设置；
2)在对各个I/O口和各个寄存器进行设置后，设置速度指针，根据编码器8采集的数据与初始时刻位置比较，差值的正负作为直流电机4转动方向的依据，再不断进行编码器8的数据采集，直到各数据回到起始位置；
3)当位置调整结束，接受主控模块发出的上位机运动开始信号，并在时钟同步信号完毕后开始进行运动，根据寄存器中的值，执行相应不同的读表操作，并通过对编码器8的数据采集的反馈比较，修正直流电机4的运动，直到主控模块发出上位机运动停止信号。
[0026]所述基于反馈补偿的展收机构控制装置的控制方法通过PC端输入的展收角度量，将此角度进行数据格式处理，使之成为能被单片机2识别的文件格式，数据格式转换工作完成后通过串口将转换后的数据发送至单片机2，同时读取串口数据缓冲区的反馈数据进行比较，将此差值作为反馈补偿信号进行补偿动作，直至满足要求;用来实现展收机构精确柔性控制，使展收机构直流电机4的输出力矩得到较大优化，系统效率得到较大提高。
[0027]本发明避免了传统的空间展收机构刚性伸展特性，同时减少了误差，克服了传统展收机构控制策略鲁棒性不足的缺点，通过缓冲区数据与编码器8采集的实时信号进行不断的比较反馈，不断实时修正展收机构的展开或者收拢角度，从而有效的满足空间展收机构精确角度展收和控制的目的。
[0028]上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。
【主权项】
1.一种基于反馈补偿的展收机构控制装置，其特征在于，包括曲柄摇杆机构(I)、单片机(2)、电源(3)、直流电机(4)、电机驱动器(5)和限位开关(6)，所述曲柄摇杆机构(I)通过齿轮连接有丝杠螺母(7)，所述丝杠螺母(7)的一端连接直流电机(4)，所述直流电机(4)通过编码器(8)连接电机驱动器(5)，所述电机驱动器(5)还连接单片机(2)和电源(3);所述电源(3)包括电源稳定模块和电源调理模块，所述单片机(2)中设置有主控模块，所述电机驱动器(5)中设置有驱动放大模块，所述编码器(8)中设置有编码反馈模块;所述电源稳定模块的输出端通过电源调理模块分别连接主控模块的输入端和直流电机模块的输入端，所述主控模块的输出端通过驱动放大模块连接直流电机模块的输入端，直流电机模块的输出端的还通过编码反馈模块连接主控模块的输入端。2.根据权利要求1所述的基于反馈补偿的展收机构控制装置，其特征在于，所述限位开关(6)设置有两个，两个限位开关(6)分别安装在曲柄摇杆机构(I)的两端。3.根据权利要求1所述的基于反馈补偿的展收机构控制装置，其特征在于，所述单片机(2)还连接限位开关(6)。4.根据权利要求1所述的基于反馈补偿的展收机构控制装置，其特征在于，所述主控模块同于指令的发送，所述指令包括直流电机(4)的转动方向、曲柄摇杆机构(I)的展开角度、曲柄摇杆机构(I)运动的开始停止信号。5.根据权利要求1所述的基于反馈补偿的展收机构控制装置，其特征在于，所述直流电机(4)的转动方向选择通过缓冲区的数据与编码器(8)采集的数据比较得到的正负进行决定。6.—种如权利要求1-5任一所述的基于反馈补偿的展收机构控制装置的控制方法，其特征在于，具体步骤如下: 1)根据展收机构正弦速度下直流电机(4)的力矩输出值得到对应的速度离散数据，在单片机(2 )的寄存器中建立真值表，速度存放形式由电机PffM控制的各个时刻占空比设置； 2)在对各个I/O口和各个寄存器进行设置后，设置速度指针，根据编码器(8)采集的数据与初始时刻位置比较，差值的正负作为直流电机(4)转动方向的依据，再不断进行编码器(8 )的数据采集，直到各数据回到起始位置； 3)当位置调整结束，接受主控模块发出的上位机运动开始信号，并在时钟同步信号完毕后开始进行运动，根据寄存器中的值，执行相应不同的读表操作，并通过对编码器(8)的数据采集的反馈比较，修正直流电机(4)的运动，直到主控模块发出上位机运动停止信号。
【文档编号】G05D3/20GK106094891SQ201610413424
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月14日 公开号201610413424.X, CN 106094891 A, CN 106094891A, CN 201610413424, CN-A-106094891, CN106094891 A, CN106094891A, CN201610413424, CN201610413424.X
【发明人】徐林森, 裴稳, 冯宝林, 徐群山
【申请人】中国科学院合肥物质科学研究院, 常州先进制造技术研究所