专利名称：一种伺服转台角加速度自适应测量方法
技术领域：
本发明涉及一种伺服转台角加速度自适应测量方法，属于自动控制领域，适用于对伺服控制系统角加速度信号测量方法的改进。
背景技术：
伺服转台的控制中，将运动系统的角加速度信号反馈作用于伺服控制器的研究愈加受到关注，构建基于角加速度信号的反馈控制系统已成为提高伺服转台控制性能指标的主要技术手段。角加速度信号的测量及其精度是伺服控制效果的重要保障，在光电跟踪系统中，通常采用光电编码器来间接计算出系统的角加速度，编码器是位置测量元件，对编码器输出位置信号进行一阶差分就可以得到角速度，再进行差分就可以得到角加速度。由于角速度和角加速度信号均取自于对编码器输出信号的差分，会引入不可避免的测量误差， 同时差分运算也会对误差进行不断放大，从而带来计算噪声，因此会降低角加速度信号的精度，影响控制效果。也有人在光电伺服转台中采用线加速度计阵列来间接测量并计算出角加速度，但线性加速度计的安装往往要求有很高的精度，根据测量的线加速度计算出角加速度也需要很复杂的数学计算，在实际工程应用中，此种方法的效率和精度受到极大的制约。
发明内容
本发明的目的是提供一种伺服转台角加速度自适应测量方法，采用了精度高、性能稳定的压电角加速度计直接测量角加速度信号，应用DSP构成自适应HR滤波器，并对测量信号进行自适应滤波和误差处理，解决角加速度信号测量方法复杂，且测量误差偏大、精度不高的问题。本发明的技术方案是这样实现的一种伺服转台角加速度自适应测量方法，包括有角加速度计、A/D转换模块、DSP滤波模块、计算机；其特征在于具体方法如下首先在伺服转台上安装角加速度计，角加速度计直接感应测量伺服系统的角加速度，输出与伺服系统的角加速度信号a相对应的直流电压V，并直接输入到A/D转换模块进行A/D转换，再将转数字化的电压信号输入给DSP滤波模块，由DSP实现基于LMS算法的自适应FIR滤波器，并完成对角加速度信号的自适应HR滤波和误差修正，再根据角加速度计给定的“输入角加速度a-输出电压V”线性对应关系，对处理完的角加速度信号进行标定转换，进而实现伺服转台角加速度信号的自适应测量。所述的角加速度计选用CJ41A-2E型压电角加速度计，测量范围(_100 +100) (° )/s2，工作电压士 15 V，输出电压-8 V +8 V，接口采用J14A-9ZJB型插座。所述的A/D转换模块采用ADS1210芯片，动态范围的M位Σ- Δ型A / D转换
ο所述的DSP滤波模块是以TMS320LF2407芯片为核心。所述的自适应FIR滤波器为32阶，结构采用横向型滤波器。
所述的误差修正方法如下在角加速度计安装调试完毕后，根据测量范围，按照伺服转台动态特性的高低设定一组标准角加速度值afe，分别与实时测量值进行比较分析发现，系统测量误差随着角加速度值的改变而发生变化，根据标准值与测量值之间的误差关系，得出误差大小及范围1)H ≥ 30° /s2，系统误差 e=0. 0002° /s2 ； 2) 30< N ≤ 50° /s2，系统误差 e=0. 0005° /s2 ； 3) N >50° /s2，系统误差e=0. 0008° /s2 ；当自适应FIR滤波完成后，可根据转台动态特
性的高低，亦即角加速度值的大小来选定系统误差值，进而补偿测量值)，实现自适应误差修正。本发明的积极效果是由于本发明避免了间接计算角加速度过程中的测量误差和计算噪声，并对数字化的角加速度信号进行自适应滤波处理和误差修正，进而实现角加速度信号的自适应测量，改善了加速度信号的测量结果，提高了测量精度。所得到的角加速度信号可作为前馈控制信号传送给伺服控制机构，也可用于监控伺服转台的动态性能，对于光电跟踪系统伺服控制技术的研究具有积极意义。
图1本发明伺服转台角加速度自适应测量示意图。图2典型压电角加速度计原理图。图3 CJ41A-2E型角加速度计原理图。图4角加速度信号处理流程。图5自适应滤波示意图。图6 HR滤波器结构图。图7自适应HR滤波DSP实现流程。图8角加速度a—输出电压V对应关系。图9实例测量结果1。图10实例测量结果2。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步说明如图1所示，一种伺服转台角加速度自适应测量方法，包括有角加速度计、A/D转换模块、DSP滤波模块、计算机。角加速度计选用CJ41A-2E型压电角加速度计，测量范围(-100 +100)(° )/s2， 工作电压士 15 V，输出电压-8 V +8 V，接口采用J14A-9ZJB型插座，接点分配如表1。 A/D转换器采用采用ADS1210芯片，它是一款具有高精度、宽动态范围的对位Σ-Δ型A / D转换器，具有芯片自校正功能，片内集成了传统的分立式数据采集通道中的模拟开关、采样保持、信号放大等一系列功能，占用口线少、精度高，各种参数可调以适应不同输入信号要求。DSP采用TMS320LFM07芯片，该芯片采用高性能静态CMOS技术和改进的哈佛结构， 具有很高的实时控制和运算能力，对角加速度信息处理的软件算法将固化到TMS320LFM07 芯片以支持DSP滤波模块实现对角加速度信号的自适应滤波及误差处理。计算机采用研华610型工业控制计算机，用于监测角加速度信号，并实现对光电跟踪平台的伺服控制。
表1 J14A-9ZJB型插座接点分配
权利要求
1.一种伺服转台角加速度自适应测量方法，包括有角加速度计、A/D转换模块、DSP滤波模块、计算机；其特征在于具体方法如下首先在伺服转台上安装角加速度计，角加速度计直接感应测量伺服系统的角加速度，输出与伺服系统的角加速度信号a相对应的直流电压V，并直接输入到A/D转换模块进行A/D转换，再将转数字化的电压信号输入给DSP滤波模块，由DSP实现基于LMS算法的自适应FIR滤波器，并完成对角加速度信号的自适应HR 滤波和误差修正，再根据角加速度计给定的“输入角加速度输出电压V”线性对应关系， 对处理完的角加速度信号进行标定转换，进而实现伺服转台角加速度信号的自适应测量。
2.根据权利要求1所述的一种伺服转台角加速度自适应测量方法，其特征在于所述的角加速度计选用CJ41A-2E型压电角加速度计，测量范围(-100 +100) (° )/s2，工作电压士15 V，输出电压-8 V +8 V，接口采用J14A-9ZJB型插座。
3.根据权利要求1所述的一种伺服转台角加速度自适应测量方法，其特征在于所述的 A/D转换模块采用ADS1210芯片，动态范围的对位Σ-Δ型A / D转换器。
4.根据权利要求1所述的一种伺服转台角加速度自适应测量方法，其特征在于所述的 DSP滤波模块是以TMS320LFM07芯片为核心。
5.根据权利要求1所述的一种伺服转台角加速度自适应测量方法，其特征在于所述的自适应FIR滤波器为32阶，结构采用横向型滤波器。
6.根据权利要求1所述的一种伺服转台角加速度自适应测量方法，其特征在于所述的误差修正方法如下在角加速度计安装调试完毕后，根据测量范围，按照伺服转台动态特性的高低设定一组标准角加速度值，分别与实时测量值进行比较分析发现，系统测量误差随着角加速度值的改变而发生变化，根据标准值与测量值之间的误差关系，得出误差大小及范围1)W <30。/s2，系统误差 e=0. 0002° /s2 ； 2)30< N 彡 50° /s2，系统误差 e=0. 0005° /s2 ；3) N >50° /s2, 系统误差e=0.0008° Ii ；当自适应FIR滤波完成后，可根据转台动态特性的高低，亦即角加速度值的大小来选定系统误差值，进而补偿测量值(,4^ )，实现自适应误差修正。
全文摘要
本发明涉及一种伺服转台角加速度自适应测量方法，其特征在于具体方法如下首先在伺服转台上安装角加速度计，角加速度计直接感应测量伺服系统的角加速度，输出与伺服系统的角加速度信号a相对应的直流电压V，并直接输入到A/D转换模块进行A/D转换，再将转数字化的电压信号输入给DSP滤波模块，由DSP实现基于LMS算法的自适应FIR滤波器，并完成对角加速度信号的自适应FIR滤波和误差修正，再根据角加速度计给定的“输入角加速度a-输出电压V”线性对应关系，对处理完的角加速度信号进行标定转换，进而实现伺服转台角加速度信号的自适应测量。其实现了角加速度信号的自适应测量，改善了加速度信号的测量结果，提高了测量精度。
文档编号G01P15/09GK102175889SQ20111002568
公开日2011年9月7日 申请日期2011年1月24日 优先权日2011年1月24日
发明者梁伟, 陈娟 申请人:长春工业大学