一种基于齿轮机构的伺服控制方法_2

文档序号:8487371阅读:来源:国知局
加速度都存在其阈值,一旦超过阈值则可能是数据本身有误。而且速度和加速度如果存在突变,也可能说明数据本身有问题。
[0037]进一步地,所述旋转平台包括操控系统,所述方法还包括基于从操控系统接收的指令来确定目标角度位置。
[0038]进一步地,所述预定时间长度为2ms。
[0039]优选地,本发明的旋转平台分别采用编码器和陀螺仪测量旋转平台相对于固定部分或地平面角度位置以及角速度。
[0040]优选地,在角位置或角速度测量时可以测量多组数据并进行平均。
[0041]这里所提到的PID调节是一种伺服控制中常用的调节方法,本发明不再详细描述。比例微分调节,则是在调解时去除了积分项的调节方式。
[0042]本发明提出的方法可以实现当误差幅度在门限内时且误差正在缩小条件下的积分分离伺服控制,从而使伺服系统能在小误差条件下持续稳定,而不会漂移振荡,使用比例调节(剔除积分环节)进行预减速控制,将电机正好在指定停止区域停止。停止后按照预定算法积分分离,如果偏差量无扩大迹象就不进行积分,电机停止运动,实现稳定的伺服控制方法。
[0043]当系统的位置指定(即根据操控系统等外部输入信息而推算的预期位置)发生变化时,实际位置与指定位置的差值(偏差量)就增加,当偏差量变大时,控制模型及时还原为PID控制,采用微分和积分环节快速驱动电机开始转动,从而达到了兼顾控制的稳定性和响应的迅速性。
[0044]本发明所提到的角位置值指的是:所述旋转平台固定部分和转动部分的相对角位置值。因为本发明执行伺服控制算法的直接输入量是角位置值和预期位置值差分得到的偏差量,与绝对位置无关。
[0045]本发明所提到的预定极限值指的是:由于所述旋转平台的转动部分的惯量较大,而驱动电机的功率有限,电机转动的最大角速度和最大角加速度,二者均为预先设计确定的。本发明所提到的偏差量阈值也是根据所驱动旋转平台的惯量等预先设定的。
[0046]此外,在本发明的控制方法实现时,通过详细的测试和兼顾控制器的运算能力。将控制周期从常用的20ms缩短到2ms,控制稳定度得到较大的提升。
[0047]本发明在旋转平台中采用位置编码器和光纤陀螺仪两种位置测量方式来进行位置测定的结合,同时检测偏差数据。两种数据源精度相当,但是传输途径和控制原理不同,可以作为互为备份、互为印证的冗余数据。经过数据融合算法作为旋转平台姿态信息数据源。
【附图说明】
[0048]图1示意性地示出了本发明一个实施例中的伺服控制方法的核心控制部分的流程图;
[0049]图2示出了本发明一个实施例中的伺服控制方法的原理示意图;
[0050]图3示出了本发明驱动旋转平台的电机工作过程示意图。
【具体实施方式】
[0051]图1示出了本发明的一个实施例的流程图。如图所示,在本实施例中,本发明的齿轮机构的伺服控制方法对旋转平台进行伺服控制。
[0052]旋转平台上安装有俯仰、方位电机(用于执行转动)。旋转平台上有固定部分和旋转部分,旋转部分通过正交的俯仰轴系和方位轴系与固定部分连接。通常情况,旋转部分能够在俯仰、方位电机驱动下相对于旋转平台的固定部分旋转,现有技术中存在多种类似旋转平台,这里不再详述)。角位置测量装置采用编码器,用于测量所述旋转平台的旋转角度,角速度测量装置采用陀螺仪,用于测量所述旋转部分相对于地平面或固定部分的俯仰和方位的角速度。
[0053]为了提升安全性,采用A237T型编码器和75型光纤陀螺仪同时检测指向数据。两种数据来源的精度相当,传输途径和控制方式不同,可以作为互为备份、互为参考的冗余数据。经过数据融合算法得到高度可信的旋转平台姿态信息参数。
[0054]在方法开始时,可以先从编码器开始也可以先从陀螺仪开始。比如,可以首先从所述编码器采集所述旋转平台的转动部分相对于固定部分的俯仰轴和方位轴相对零位的旋转角度数据(旋转角度数据采用二进制格雷码协议编码方式,满量程为360° )。该旋转角度数据本身就可以用于作为旋转平台的当前旋转位置的位置数据使用。但是为了保证数据的可靠性,本实施例中,采集俯仰和方位编码器角度数据并存储三个控制周期的角度数据,然后,基于所存储的转动部分相对于固定部分的旋转角度数据计算旋转平台的第一瞬时角速度测量值,并且基于所计算的旋转平台的第一瞬时角速度测量值计算旋转平台的第一角加速度测量值。这样就从编码器获得了旋转平台的俯仰轴系和方位轴系的角速度和角加速度值。这两个值用于与来自陀螺仪的数据进行比对校验,判断这两个值的置信度。
[0055]本发明的控制方法是循环执行的,以2ms为一个周期进行重复,因此,在上一周期时,也会获得相应的测量结果。
[0056]如果从所述编码器所采集的数据以及从所述陀螺仪所采集的数据均无效,则基于上两个周期从所述编码器和陀螺仪测得的测量值预测当前所述旋转平台的位置值,预测采用线性外推算法,这是基于2ms时间内所述光电平台的伺服执行机构的角加速度不大,不至于产生与线性外推算法较大偏离。
[0057]如果从所述编码器所采集的数据无效并且从所述陀螺仪所采集的数据有效,则将所述陀螺仪测得的数据作为所述旋转平台的位置值;
[0058]如果从所述编码器所采集的数据有效并且从所述陀螺仪所采集的数据无效,则将所述编码器测得的数据作为所述旋转平台的位置值;
[0059]如果从所述编码器所采集的数据和从所述陀螺仪所采集的数据均有效,则将所述编码器所测得的位置数据与所述陀螺仪所测得的位置数据进行等权融合,数据融合一般按照加权方式融合,权重分配的一般性原则按照数据精度和有效概率进行权重分配。对于所述旋转平台的编码器和陀螺仪数据分辨率精度和误码率相当,且经过计算数据角速度和角加速度突变性检查,数据的真实有效性得到了验证。对有效数据进行数据融合可以提高数据的信噪比约一倍,进一步降低可能潜在的误码对伺服系统产生冲击,改善控制稳定性。所述旋转平台转动部分的俯仰轴系和方位轴系相对于旋转平台固定部分的角位置值在编码器所采集的数据和陀螺仪所采集的数据均为有效的条件下,按照等权融合作为所述旋转平台的位置值。
[0060]需要说明的是,上面对于编码器和陀螺仪所测量数据的有效性的验证,不分先后,可以先对其中任何一个进行验证。
[0061]基于上面的判断,不管怎样都会获得用于对旋转平台进行进一步控制的位置数据。然后,基于获得的所述旋转平台的位置值与所述旋转平台的预期位置值进行差分,计算当前位置与预期位置的偏差量;判断所计算出的偏差量是否超过预定门限(预定门限与机械部件的加工精度和装配工艺有关,当机械部件的加工和装配较好时,伺服系统晃动量会较小,反之会较大。所以预定门限设计成一个现场可调的动态参数,一般约等于原始晃动量的一半时,可以确保伺服系统收敛,稳定停止在设定位置,实际调试中该门限一般设定为< 0.03° ),如果所述偏差量超过预定门限,则对所述旋转平台的齿轮机构执行PID调节;否则基于当前周期的偏差量和上一周期的偏差量判断当前周期的偏差量相比于上一周期是否增大;如果当前周期的偏差量相比于上一周期增大,则对所述旋转平台的齿轮机构执行PID调节
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