專利名稱：角沖擊臺控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于運(yùn)動控制領(lǐng)域，涉及一種角沖擊臺控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
汽車碰撞試驗測試用的角位移傳感器，用于測量在碰撞過程中，試驗假人頸部 的運(yùn)動狀態(tài)，其運(yùn)動過程是一角沖擊過程；飛機(jī)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中的陀螺用于測量飛機(jī)三 個方向的角速度，解算出飛機(jī)運(yùn)動的姿態(tài)；特種飛行器控制系統(tǒng)中用的角加速度傳感 器，直接測量特種飛行器運(yùn)動過程中的角加速度，用于對特種飛行器運(yùn)動狀態(tài)的控制。 當(dāng)飛機(jī)或特種飛行器作機(jī)動或突遇大氣流沖擊時，可將這一過程視為角沖擊過程。角沖 擊是在極短的時間過程中產(chǎn)生大的幅值變化。目前，沒有可產(chǎn)生角沖擊波的標(biāo)準(zhǔn)裝置來 實現(xiàn)對角運(yùn)動傳感器的動態(tài)校準(zhǔn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種能對角沖擊運(yùn)動方式進(jìn)行校準(zhǔn)的角沖擊臺控制系統(tǒng)。 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，該系統(tǒng)包括主控制系統(tǒng)、從運(yùn)動控制系統(tǒng)和波形控制系統(tǒng)三 部分，(1)主運(yùn)動控制系統(tǒng)包括主電機(jī)控制器、主電機(jī)、光柵，主電機(jī)控制器控制主電 機(jī)旋轉(zhuǎn)，主電機(jī)帶動光柵和波形反饋控制系統(tǒng)中的波形反饋標(biāo)準(zhǔn)傳感器同步旋轉(zhuǎn)，光柵 的測量信號反饋給主電機(jī)控制器，形成主運(yùn)動控制系統(tǒng)的閉環(huán)控制；(2)從運(yùn)動控制系統(tǒng)包括從電機(jī)控制器、從電機(jī)、編碼器，從電機(jī)控制器接收主 電機(jī)控制器發(fā)出的運(yùn)動控制信號，控制從運(yùn)動控制系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動跟隨，從電機(jī)控制器控 制從電機(jī)旋轉(zhuǎn)，從電機(jī)帶動編碼器同步旋轉(zhuǎn)，編碼器的輸出信號送入從電機(jī)控制器，形 成從運(yùn)動系統(tǒng)的閉環(huán)控制；(3)波形反饋控制系統(tǒng)包括控制計算機(jī)、波形控制器，波形反饋標(biāo)準(zhǔn)傳感器，波 形反饋標(biāo)準(zhǔn)傳感器的輸出信號反饋給波形反饋控制系統(tǒng)中的波形控制器，波形控制器的 輸出送入主電機(jī)控制器，波形控制器通過測量解算波形反饋標(biāo)準(zhǔn)傳感器的輸出信號與控 制計算機(jī)給定的目標(biāo)值比較，換算成相應(yīng)的控制電壓信號，重新計算輸入的控制電壓信 號，送入主電機(jī)控制器，形成運(yùn)動波形的反饋控制。所述的波形反饋控制系統(tǒng)中的控制計算機(jī)控制主運(yùn)動控制系統(tǒng)運(yùn)動或控制從運(yùn) 動控制系統(tǒng)運(yùn)動。在進(jìn)行勻速角運(yùn)動測量時，該系統(tǒng)包括主控制系統(tǒng)、從運(yùn)動控制系統(tǒng)二部分，(1)主運(yùn)動控制系統(tǒng)包括主電機(jī)控制器、主電機(jī)、光柵，主電機(jī)控制器控制主電 機(jī)旋轉(zhuǎn)，主電機(jī)帶動光柵同步旋轉(zhuǎn)，光柵的測量信號反饋給主電機(jī)控制器，形成主運(yùn)動 控制系統(tǒng)的閉環(huán)控制；(2)從運(yùn)動控制系統(tǒng)包括從電機(jī)控制器、從電機(jī)、編碼器，從電機(jī)控制器接收主 電機(jī)控制器發(fā)出的運(yùn)動控制信號，控制從運(yùn)動控制系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動跟隨，從電機(jī)控制器控制從電機(jī)旋轉(zhuǎn)，從電機(jī)帶動編碼器同步旋轉(zhuǎn)，編碼器的輸出信號送入從電機(jī)控制器，形 成從運(yùn)動系統(tǒng)的閉環(huán)控制。
在測量角度小于360度時，該系統(tǒng)包括主控制系統(tǒng)和波形控制系統(tǒng)二部分，
(1)主運(yùn)動控制系統(tǒng)包括主電機(jī)控制器、主電機(jī)、光柵，主電機(jī)控制器控制主電 機(jī)旋轉(zhuǎn)，主電機(jī)帶動光柵和波形反饋控制系統(tǒng)中的波形反饋標(biāo)準(zhǔn)傳感器同步旋轉(zhuǎn)，光柵 的測量信號反饋給主電機(jī)控制器，形成主運(yùn)動控制系統(tǒng)的閉環(huán)控制；
(2)波形反饋控制系統(tǒng)包括控制計算機(jī)、波形控制器，波形反饋標(biāo)準(zhǔn)傳感器，波 形反饋標(biāo)準(zhǔn)傳感器的輸出信號反饋給波形反饋控制系統(tǒng)中的波形控制器，波形控制器的 輸出送入主電機(jī)控制器，波形控制器通過測量解算波形反饋標(biāo)準(zhǔn)傳感器的輸出信號與控 制計算機(jī)給定的目標(biāo)值比較，換算成相應(yīng)的控制電壓信號，重新計算輸入的控制電壓信 號，送入主電機(jī)控制器，形成運(yùn)動波形的反饋控制。
所述的波形控制器通過測量解算波形反饋標(biāo)準(zhǔn)傳感器的輸出信號與控制計算機(jī) 給定的目標(biāo)值比較，不斷地計算修正輸入控制電壓信號，直到反饋標(biāo)準(zhǔn)傳感器的輸出信 號波形與設(shè)定的目標(biāo)值波形誤差控制在所需的范圍內(nèi)，測量記錄下此時測量系統(tǒng)測量到 的波形信息。
所述的波形反饋標(biāo)準(zhǔn)傳感器的輸出信號可以是與角位移相關(guān)的電壓信號、與角 速度相關(guān)的電壓信號或與角加速度相關(guān)的電壓信號。
波形反饋標(biāo)準(zhǔn)傳感器可以是角位移傳感器、角速度傳感器、角加速度傳感器或 線加速度傳感器。
本發(fā)明具有的優(yōu)點和有益效果，本發(fā)明根據(jù)不同的校準(zhǔn)需求，采用不同的工作 方式。由主控制系統(tǒng)、從運(yùn)動控制系統(tǒng)二部分工作，實現(xiàn)對傳感器的靜態(tài)校準(zhǔn)；當(dāng)角沖 擊臺主運(yùn)動軸轉(zhuǎn)過的角度小于等于360°時，可以選擇主控制系統(tǒng)和波形控制系統(tǒng)工作， 從控制系統(tǒng)不工作方式，否則，主控制系統(tǒng)和波形控制系統(tǒng)及從控制系統(tǒng)工作，實現(xiàn)對 傳感器的動態(tài)校準(zhǔn)。在動態(tài)校準(zhǔn)時，可產(chǎn)生不同脈寬、不同(角位移、角速度、角加速 度)幅值的半正弦波激勵、梯形波激勵或三角波激勵方式，由于采用了波形反饋控制， 系統(tǒng)重復(fù)性好，測量準(zhǔn)確度高。
本發(fā)明可在同一裝置上實現(xiàn)對角運(yùn)動傳感器的靜態(tài)或動態(tài)校準(zhǔn)的功能。尤其是 動態(tài)校準(zhǔn)功能，為角運(yùn)動傳感器特性的研究提供了新的方法和手段。


圖1運(yùn)動控制系統(tǒng)框圖。
具體實施方式
本發(fā)明提供一種多重運(yùn)動控制方式，其控制系統(tǒng)包括，主控制系統(tǒng)、從運(yùn)動控 制系統(tǒng)和波形控制系統(tǒng)三部分，
(1)主運(yùn)動控制系統(tǒng)包括主電機(jī)控制器、主電機(jī)、光柵，主電機(jī)控制器控制主電 機(jī)旋轉(zhuǎn)，主電機(jī)帶動光柵和波形反饋控制系統(tǒng)中的波形反饋標(biāo)準(zhǔn)傳感器同步旋轉(zhuǎn)，光柵 的測量信號反饋給主電機(jī)控制器，形成主運(yùn)動控制系統(tǒng)的閉環(huán)控制；
(2)從運(yùn)動控制系統(tǒng)包括從電機(jī)控制器、從電機(jī)、編碼器，從電機(jī)控制器接收主電機(jī)控制器發(fā)出的運(yùn)動控制信號，控制從運(yùn)動控制系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動跟隨，從電機(jī)控制器控 制從電機(jī)旋轉(zhuǎn)，從電機(jī)帶動編碼器同步旋轉(zhuǎn)，編碼器的輸出信號送入從電機(jī)控制器，形 成從運(yùn)動系統(tǒng)的閉環(huán)控制；(3)波形反饋控制系統(tǒng)包括控制計算機(jī)、波形控制器，波形反饋標(biāo)準(zhǔn)傳感器，波 形反饋標(biāo)準(zhǔn)傳感器的輸出信號反饋給波形反饋控制系統(tǒng)中的波形控制器，波形控制器的 輸出送入主電機(jī)控制器，波形控制器(波形控制器的型號Vib Runner，生產(chǎn)廠家德國 M+P公司)通過測量解算波形反饋標(biāo)準(zhǔn)傳感器的輸出信號與控制計算機(jī)給定的目標(biāo)值比 較，換算成相應(yīng)的控制電壓信號，重新計算輸入的控制電壓信號，送入主電機(jī)控制器， 形成運(yùn)動波形的反饋控制。所述的波形反饋控制系統(tǒng)中的控制計算機(jī)控制主運(yùn)動控制系統(tǒng)運(yùn)動或控制從運(yùn) 動控制系統(tǒng)運(yùn)動。在進(jìn)行勻速角運(yùn)動測量時，該系統(tǒng)包括主控制系統(tǒng)、從運(yùn)動控制系統(tǒng)二部分，(1)主運(yùn)動控制系統(tǒng)包括主電機(jī)控制器、主電機(jī)、光柵，主電機(jī)控制器控制主電 機(jī)旋轉(zhuǎn)，主電機(jī)帶動光柵同步旋轉(zhuǎn)，光柵的測量信號反饋給主電機(jī)控制器，形成主運(yùn)動 控制系統(tǒng)的閉環(huán)控制；(2)從運(yùn)動控制系統(tǒng)包括從電機(jī)控制器、從電機(jī)、編碼器，從電機(jī)控制器接收主 電機(jī)控制器發(fā)出的運(yùn)動控制信號，控制從運(yùn)動控制系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動跟隨，從電機(jī)控制器控 制從電機(jī)旋轉(zhuǎn)，從電機(jī)帶動編碼器同步旋轉(zhuǎn)，編碼器的輸出信號送入從電機(jī)控制器，形 成從運(yùn)動系統(tǒng)的閉環(huán)控制。在測量角度小于360度時，該系統(tǒng)包括主控制系統(tǒng)和波形控制系統(tǒng)二部分，(1)主運(yùn)動控制系統(tǒng)包括主電機(jī)控制器、主電機(jī)、光柵，主電機(jī)控制器控制主電 機(jī)旋轉(zhuǎn)，主電機(jī)帶動光柵和波形反饋控制系統(tǒng)中的波形反饋標(biāo)準(zhǔn)傳感器同步旋轉(zhuǎn)，光柵 的測量信號反饋給主電機(jī)控制器，形成主運(yùn)動控制系統(tǒng)的閉環(huán)控制；(2)波形反饋控制系統(tǒng)包括控制計算機(jī)、波形控制器，波形反饋標(biāo)準(zhǔn)傳感器，波 形反饋標(biāo)準(zhǔn)傳感器的輸出信號反饋給波形反饋控制系統(tǒng)中的波形控制器，波形控制器的 輸出送入主電機(jī)控制器，波形控制器通過測量解算波形反饋標(biāo)準(zhǔn)傳感器的輸出信號與控 制計算機(jī)給定的目標(biāo)值比較，換算成相應(yīng)的控制電壓信號，重新計算輸入的控制電壓信 號，送入主電機(jī)控制器，形成運(yùn)動波形的反饋控制。所述的波形控制器通過測量解算波形反饋標(biāo)準(zhǔn)傳感器的輸出信號與控制計算機(jī) 給定的目標(biāo)值比較，不斷地計算修正輸入控制電壓信號，直到反饋標(biāo)準(zhǔn)傳感器的輸出信 號波形與設(shè)定的目標(biāo)值波形誤差控制在所需的范圍內(nèi)，測量記錄下此時測量系統(tǒng)測量到 的波形信息。所述的波形反饋標(biāo)準(zhǔn)傳感器的輸出信號可以是與角位移相關(guān)的電壓信號、與角 速度相關(guān)的電壓信號或與角加速度相關(guān)的電壓信號。波形反饋標(biāo)準(zhǔn)傳感器可以是角位移傳感器、角速度傳感器、角加速度傳感器或 線加速度傳感器。主電機(jī)控制器控制主電機(jī)驅(qū)動設(shè)備的主運(yùn)動軸運(yùn)動，安裝在主運(yùn)動軸上的測角 光柵測量主運(yùn)動軸不同時刻運(yùn)動的角度信息，反饋給主控制器，與波形控制器給出的信 號比較，形成主運(yùn)動的閉環(huán)反饋控制。
從控制控制器控制從電機(jī)，驅(qū)動設(shè)備的從運(yùn)動軸運(yùn)動，安裝在從運(yùn)動軸上的編 碼器測量從運(yùn)動軸不同時刻的角度信息，反饋給從控制器，與主控制器發(fā)給其的指令進(jìn) 行比較，形成對從運(yùn)動的閉環(huán)反饋控制。主運(yùn)動軸上的測角光柵線數(shù)為M線/周，從運(yùn)動軸上的編碼器的線數(shù)為N線/ 周，為保證主、從軸在單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)過相同的角度，設(shè)置主、從控制的比例系數(shù)為(M/ N) 1。波形控制器依據(jù)計算機(jī)給出的目標(biāo)信號，不同幅值與不同的脈寬，換算成相應(yīng) 的控制電壓控制信號，送給主電機(jī)控制器驅(qū)動主軸運(yùn)動；安裝在臺面上的波形反饋標(biāo)準(zhǔn) 傳感器(根據(jù)被校傳感器類型選擇相應(yīng)的角位移、角速度和角加速度傳感器作為波形反 饋標(biāo)準(zhǔn)傳感器)將所測得波形反饋給波形控制器，與計算機(jī)給出的指令進(jìn)行比較、計算 出相應(yīng)的控制電壓信號，實現(xiàn)波形控制的閉環(huán)反饋控制。
權(quán)利要求
1.一種角沖擊臺控制系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括主控制系統(tǒng)、從運(yùn)動控制系統(tǒng) 和波形控制系統(tǒng)三部分，(1)主運(yùn)動控制系統(tǒng)包括主電機(jī)控制器、主電機(jī)、光柵，主電機(jī)控制器控制主電機(jī)旋 轉(zhuǎn)，主電機(jī)帶動光柵和波形反饋控制系統(tǒng)中的波形反饋標(biāo)準(zhǔn)傳感器同步旋轉(zhuǎn)，光柵的測 量信號反饋給主電機(jī)控制器，形成主運(yùn)動控制系統(tǒng)的閉環(huán)控制；(2)從運(yùn)動控制系統(tǒng)包括從電機(jī)控制器、從電機(jī)、編碼器，從電機(jī)控制器接收主電機(jī) 控制器發(fā)出的運(yùn)動控制信號，控制從運(yùn)動控制系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動跟隨，從電機(jī)控制器控制從 電機(jī)旋轉(zhuǎn)，從電機(jī)帶動編碼器同步旋轉(zhuǎn)，編碼器的輸出信號送入從電機(jī)控制器，形成從 運(yùn)動系統(tǒng)的閉環(huán)控制；(3)波形反饋控制系統(tǒng)包括控制計算機(jī)、波形控制器，波形反饋標(biāo)準(zhǔn)傳感器，波形反 饋標(biāo)準(zhǔn)傳感器的輸出信號反饋給波形反饋控制系統(tǒng)中的波形控制器，波形控制器的輸出 送入主電機(jī)控制器，波形控制器通過測量解算波形反饋標(biāo)準(zhǔn)傳感器的輸出信號與控制計 算機(jī)給定的目標(biāo)值比較，換算成相應(yīng)的控制電壓信號，重新計算輸入的控制電壓信號， 送入主電機(jī)控制器，形成運(yùn)動波形的反饋控制。
2.根據(jù)權(quán)利1要求所述的角沖擊臺控制系統(tǒng)，其特征在于所述的波形反饋控制系 統(tǒng)中的控制計算機(jī)控制主運(yùn)動控制系統(tǒng)運(yùn)動或控制從運(yùn)動控制系統(tǒng)運(yùn)動。
3.根據(jù)權(quán)利1要求所述的角沖擊臺控制系統(tǒng)，其特征在于在進(jìn)行勻速角運(yùn)動測量 時，該系統(tǒng)包括主控制系統(tǒng)、從運(yùn)動控制系統(tǒng)二部分，(1)主運(yùn)動控制系統(tǒng)包括主電機(jī)控制器、主電機(jī)、光柵，主電機(jī)控制器控制主電機(jī)旋 轉(zhuǎn)，主電機(jī)帶動光柵同步旋轉(zhuǎn)，光柵的測量信號反饋給主電機(jī)控制器，形成主運(yùn)動控制 系統(tǒng)的閉環(huán)控制；(2)從運(yùn)動控制系統(tǒng)包括從電機(jī)控制器、從電機(jī)、編碼器，從電機(jī)控制器接收主電機(jī) 控制器發(fā)出的運(yùn)動控制信號，控制從運(yùn)動控制系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動跟隨，從電機(jī)控制器控制從 電機(jī)旋轉(zhuǎn)，從電機(jī)帶動編碼器同步旋轉(zhuǎn)，編碼器的輸出信號送入從電機(jī)控制器，形成從 運(yùn)動系統(tǒng)的閉環(huán)控制。
4.根據(jù)權(quán)利1要求所述的角沖擊臺控制系統(tǒng)，其特征在于在測量角度小于360度 時，該系統(tǒng)包括主控制系統(tǒng)和波形控制系統(tǒng)二部分，(1)主運(yùn)動控制系統(tǒng)包括主電機(jī)控制器、主電機(jī)、光柵，主電機(jī)控制器控制主電機(jī)旋 轉(zhuǎn)，主電機(jī)帶動光柵和波形反饋控制系統(tǒng)中的波形反饋標(biāo)準(zhǔn)傳感器同步旋轉(zhuǎn)，光柵的測 量信號反饋給主電機(jī)控制器，形成主運(yùn)動控制系統(tǒng)的閉環(huán)控制；(2)波形反饋控制系統(tǒng)包括控制計算機(jī)、波形控制器，波形反饋標(biāo)準(zhǔn)傳感器，波形反 饋標(biāo)準(zhǔn)傳感器的輸出信號反饋給波形反饋控制系統(tǒng)中的波形控制器，波形控制器的輸出 送入主電機(jī)控制器，波形控制器通過測量解算波形反饋標(biāo)準(zhǔn)傳感器的輸出信號與控制計 算機(jī)給定的目標(biāo)值比較，換算成相應(yīng)的控制電壓信號，重新計算輸入的控制電壓信號， 送入主電機(jī)控制器，形成運(yùn)動波形的反饋控制。
5.根據(jù)權(quán)利1、2或4要求所述的角沖擊臺控制系統(tǒng)，其特征在于所述的波形控制 器通過測量解算波形反饋標(biāo)準(zhǔn)傳感器的輸出信號與控制計算機(jī)給定的目標(biāo)值比較，不斷 地計算修正輸入控制電壓信號，直到反饋標(biāo)準(zhǔn)傳感器的輸出信號波形與設(shè)定的目標(biāo)值波 形誤差控制在所需的范圍內(nèi)，測量記錄下此時測量系統(tǒng)測量到的波形信息。
6.根據(jù)權(quán)利1、2或4要求所述的角沖擊臺控制系統(tǒng)，其特征在于所述的波形反饋 標(biāo)準(zhǔn)傳感器的輸出信號可以是與角位移相關(guān)的電壓信號、與角速度相關(guān)的電壓信號或與 角加速度相關(guān)的電壓信號。
7.根據(jù)權(quán)利1、2、或4要求所述的角沖擊臺控制系統(tǒng)，其特征在于波形反饋標(biāo)準(zhǔn) 傳感器可以是角位移傳感器、角速度傳感器、角加速度傳感器或線加速度傳感器。
全文摘要
本發(fā)明屬于運(yùn)動控制領(lǐng)域，涉及一種角沖擊臺控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括主控制系統(tǒng)、從運(yùn)動控制系統(tǒng)和波形控制系統(tǒng)三部分。本發(fā)明根據(jù)不同的校準(zhǔn)需求，采用不同的工作方式。由主控制系統(tǒng)、從運(yùn)動控制系統(tǒng)二部分工作，實現(xiàn)對傳感器的靜態(tài)校準(zhǔn)；當(dāng)角沖擊臺主運(yùn)動軸轉(zhuǎn)過的角度小于等于360°時，可以選擇主控制系統(tǒng)和波形控制系統(tǒng)工作，從控制系統(tǒng)不工作方式，否則，主控制系統(tǒng)和波形控制系統(tǒng)及從控制系統(tǒng)工作，實現(xiàn)對傳感器的動態(tài)校準(zhǔn)。在動態(tài)校準(zhǔn)時，可產(chǎn)生不同脈寬、不同(角位移、角速度、角加速度)幅值的半正弦波激勵、梯形波激勵或三角波激勵方式，由于采用了波形反饋控制，系統(tǒng)重復(fù)性好，測量準(zhǔn)確度高。
文檔編號G01M17/007GK102023031SQ20101055946
公開日2011年4月20日 申請日期2010年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月26日
發(fā)明者何群, 孫豐甲, 張力, 彭軍, 徐曉梅, 郭建麟 申請人:中國航空工業(yè)集團(tuán)公司北京長城計量測試技術(shù)研究所