本实用新型涉及跟踪控制领域，具体涉及一种基于加速度传感器反馈的跟踪控制装置。
背景技术：
在现有技术中，采用加速度传感器反馈的装置较多，包括基于加速度反馈信号反馈的柔性机器人的振动主动控制，基于加速度传感器的柔性结构振动测量与反馈控制，基于加速度的桥梁振动检测和故障监测等等。但是还没有采用加速度传感器在轨迹动态跟踪技术的应用，
在利用加速度传感器测量信号过程中，由于加速度传感器由大量噪声，现有的处理方法会对控制精度有影响或者产生时间延迟和幅值衰减。
技术实现要素：
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本实用新型提供一种基于加速度传感器反馈的跟踪控制装置。
本实用新型采用如下技术方案：
一种基于加速度传感器反馈的跟踪控制装置，包括直线位移传感器、直线驱动器、加速度传感器及运动负载，所述直线驱动器的输出轴连接运动负载，所述加速度传感器设置在运动负载上，所述直线位移传感器设置在直线驱动器的正上方，测量直线驱动器的位移；
还包括伺服放大器、电荷放大器、运动控制卡及计算机；
所述加速度传感器检测的运动负载的信号经过电荷放大器放大后，经过运动控制卡输入计算机；直线位移传感器检测直线驱动器的位移信号经过运动控制卡输入计算机；
计算机输出运动信号经过运动控制卡到伺服放大器，驱动直线驱动器控制运动负载的运动。
所述加速度传感器采用压电式电荷加速度计。
一种基于加速度传感器反馈的跟踪控制装置的控制方法，包括如下步骤：
第一步规划运动负载的期望动态运动轨迹，包括期望的位移轨迹、速度轨迹和加速度轨迹，计算机根据规划的期望动态运动轨迹输出运动信号，通过运动控制卡，进一步驱动直线驱动器，使运动负载进行运动；
第二步直线位移传感器检测直线驱动器的位移信号，经过运动控制卡输入计算机，然后对位移信号进行一次微分得到速度信息，加速度传感器检测运动负载按照预定轨迹进行运动后产生的加速度信号，经过电荷放大器后经过运动控制卡，输入计算机；
第三步将期望的位移轨迹、速度轨迹和加速度轨迹分别与得到的实际运动的位移信号、速度和加速度信号分别进行相减，得到位置环、速度环和加速度环的偏差信号；并将加速度环的偏差信号进行一次积分处理，然后得到控制量或者控制量为将控制量经过运动控制卡D/A转换后经过伺服放大器控制直线驱动器的跟踪运动；
其中，Kp和Kv分别为位置环和速度环控制增益，e(t)＝pd(t)-p(t)和分别为位置环和速度环期望的信号与实际测量信号之间的偏差，pd(t)和vd(t)分别为期望的位置和速度信息，p(t)和v(t)分别为位移传感器测量的位移信号和对该信号的微分；ad(t)为期望的加速度信息，a(t)为加速度传感器实际测量的加速度，Ka为速度环反馈控制增益。
本实用新型的有益效果：
(1)加速度传感器的频带宽，引入加速度闭环对于跟踪控制系统在有效抑制外部扰动的影响，可以在较大的频带宽度上抑制系统的扰动；
(2)采用对加速度环偏差信号进行积分方式的加速度信号滤波处理方法，避免了由于对单独的加速度信号积分产生的相位滞后而影响跟踪控制精度，也避免了对加速度环偏差信号进行积分处理带来的相位滞后而影响跟踪控制性能；
(3)利用该装置可以很容易地验证加速度反馈控制的研究方法，为加速度反馈控制的信号处理的相关方法提供参考。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，一种基于加速度传感器反馈的跟踪控制装置，包括直线位移传感器1、直线驱动器2、加速度传感器3及运动负载4，所述直线驱动器2的输出轴连接运动负载，可以驱动运动负载根据期望的轨迹往复直线运动，所述加速度传感器设置在运动负载上，所述直线位移传感器设置在直线驱动器的正上方，测量直线驱动器的位移；
还包括伺服放大器5、电荷放大器6、运动控制卡7及计算机8；
所述加速度传感器检测的运动负载的信号经过电荷放大器放大后，经过运动控制卡输入计算机；直线位移传感器检测直线驱动器的位移信号经过运动控制卡输入计算机；
计算机输出运动信号，经过运动控制卡到伺服放大器，驱动直线驱动器控制运动负载的运动，从而实现了轨迹跟踪控制。
一种基于加速度传感器反馈的跟踪控制方法，包括如下步骤:
第一步规划运动负载的期望动态运动轨迹，包括期望的位移轨迹、速度轨迹和加速度轨迹，计算机根据规划的期望动态运动轨迹输出运动信号，通过运动控制卡，进一步驱动直线驱动器，使运动负载进行运动；
第二步直线位移传感器检测直线驱动器的位移信号，经过运动控制卡输入计算机，然后对位移信号进行一次微分得到速度信息，加速度传感器检测运动负载按照预定轨迹进行运动后产生的加速度信号，经过电荷放大器后经过运动控制卡，输入计算机；
第三步将期望的位移轨迹、速度轨迹和加速度轨迹分别与得到的实际运动的位移信号、速度和加速度信号分别进行相减，得到位置环、速度环和加速度环的偏差信号；并将加速度环的偏差信号进行一次积分处理，然后得到控制量或者控制量为将控制量经过运动控制卡D/A转换后经过伺服放大器控制直线驱动器的跟踪运动；
其中，Kp和Kv分别为位置环和速度环控制增益，e(t)＝pd(t)-p(t)和分别为位置环和速度环期望的信号与实际测量信号之间的偏差，pd(t)和vd(t)分别为期望的位置和速度信息，p(t)和v(t)分别为位移传感器测量的位移信号和对该信号的微分；ad(t)为期望的加速度信息，a(t)为加速度传感器实际测量的加速度，Ka为速度环反馈控制增益。
现有技术中的位置环和速度环反馈控制的控制量为其中Kp和Kv分别为位置环和速度环反馈控制增益；e(t)＝pd(t)-p(t)和分别为位置环和速度环期望的信号与实际测量信号的偏差，这里pd(t)和vd(t)分别为期望的位置和速度信息，p(t)和v(t)分别为位移传感器测量的位移信号和对该信号的微分即速度信号。
当把加速度环的反馈引入控制量中，则控制量由位置偏差、速度偏差和加速度偏差三个环路的反馈信号构成：其中，Ka为速度环反馈控制增益，为加速度环偏差信号，这里ad(t)为期望的加速度信息，a(t)为加速度传感器实际测量的加速度信息。
采用加速度传感器信号进行反馈控制时，最大的问题就是对加速度传感器检测的信号进行信号处理，因为加速度传感器测量信号含有大量的噪声信号；如果直接对加速度传感器实际测量的加速度信号a(t)进行低通滤波处理，则会引起滤波后的加速度信号在相位上产生滞后和幅值衰减现象，滤波后的加速度信号为af(t-△t1)，其中△t1为滤波处理引起加速度传感器测量信号的时间延迟，即相位滞后，并且幅值也有所衰减；那么ad(t)-af(t-△t1)的加速度偏差信号就会有所影响，即不是实际的加速度偏差信号了，对系统的闭环控制精度会有很大的影响。
为了避免对测量加速度传感器进行滤波引起的时间延迟和幅值衰减，一种是采用对加速度偏差信号进行滤波处理，即对进行低通滤波处理，就得到也就是这样处理后加速度偏差信号的幅值有所衰减，相位有所滞后；△t2为滤波处理引起加速度偏差信号的时间延迟，即加速度环偏差信号的相位滞后；而此时控制量为为了达到较高的跟踪精度，需要最终趋近于但是这种反馈控制影响跟踪控制精度。
本实用新型控制方法为了避免上述问题，设计引入了加速度反馈控制，利用加速度传感器测量的频带较宽，加速度反馈控制对较宽频率范围的扰动信号能够更好的抑制，提高控制精度；但加速度传感器测量噪声较大，应用加速度反馈控制时，需要对加速度传感器信号进行滤波处理，为了保证位置环，速度环和加速度环的反馈跟踪控制精度，采用对加速度传感器偏差信号进行积分滤波处理的方法，即其中Kp和Kv分别为位置环和速度环控制增益；e(t)＝pd(t)-p(t)和分别为位置环和速度环期望的信号与实际测量信号之间的偏差，这里pd(t)和vd(t)分别为期望的位置和速度信息，p(t)和v(t)分别为位移传感器测量的位移信号和对该信号的微分；ad(t)为期望的加速度信息，a(t)为加速度传感器实际测量的加速度，Ka为速度环反馈控制增益；因为这样对加速度传感器的偏差进行积分滤波处理后，加速度偏差的相位滞后了90度，正好与速度的相位相同，相当于
除了上述的三个闭环的位置、速度和加速度闭环控制律外，还可以采用积分型加速度环反馈控制的控制律为加速度偏差的相位滞后了90度，正好与速度的相位相同，相当于
由于加速度传感器的带宽比较宽，所以此种方法的加速度反馈控制可以有效抑制动态干扰等特性，提高动态跟踪精度，通过引入加速度环的反馈控制，可以有效地增加了闭环控制系统的频带宽度，可以在较宽频率范围内有效抑制扰动对跟踪控制性能的影响，增加了系统的动态跟踪控制精度。
本实施例运动控制卡7选用由固高公司生产的型号为GTS系统的多轴运动控制卡，有多通道A/D转换功能和多通道D/A转换功能，计算机8选用的CPU型号为core76650U2.2GHz，内存4G，主板中有PCI-e插槽，可以安装运动控制卡7。加速度传感器3可选丹麦Bruel&Kjaer公司生产的振动传感器中型号为4384的压电式电荷加速计，其标称灵敏度为1.0pc/ms-2，测量频率范围为0.1～12.6kHz，具有高灵敏度、频带宽等特点。电荷放大器6可选丹麦Bruel&Kjaer公司生产的型号为2692-A-0S4型四通道电荷型适调放大器。直线位移传感器1可选用FAGOR光栅尺，型号为MKT-82线性光栅尺，由北京发格自动化设备有限公司供应。运动负载4通过机械设计和加工得到。直线驱动器2可选用三菱LM-U2系列属于无铁芯类型同样适用于大推力场合的电机，与之兼容的高性能伺服放大器MR-J3-B可作为本实用新型的伺服放大器5。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。