一種精密角振動控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于一種慣性器件動態(tài)測試設(shè)備，涉及一種精密角振動控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 精密角振動臺是重要的慣性敏感器件動態(tài)測試設(shè)備。隨著技術(shù)的發(fā)展，伴隨著新 型慣性傳感器的出現(xiàn)，對精密角振動測試設(shè)備的要求越來越高。其中重要指標(biāo)為更寬的激 勵頻率；中心漂移要求在角秒量級，波形失真度，頻率精度，幅值精度，相位誤差等均要求達 到較高的水平。單軸精密角振動測試臺通常由放置有被測單元3的運動回轉(zhuǎn)機構(gòu)1、電機 2、角運動傳感器、測量分析單元4、控制單元5和驅(qū)動單元6。如圖1，其中：控制單元接受 測量反饋信號，并構(gòu)成相應(yīng)的閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)。
[0003] 現(xiàn)有的角振動測試系統(tǒng)對角振動的控制是通過運動軸各自的基本位置、速率閉環(huán) 加前饋的復(fù)合控制方法，亦即：各軸位置、速率閉環(huán)組成基本的運動伺服控制回路，一定比 例的速度、加速度指令作為前饋信號綜合到伺服回路，以減小被控對象對指令運動的跟蹤 誤差。
[0004] 上述控制方法主要存在著以下兩點不足：
[0005] ①由于轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu)質(zhì)量分布原因，存在著磨擦等干擾力矩造成對控制系統(tǒng)關(guān)于轉(zhuǎn) 角變化的周期性擾動，使得運動軸不能對指令進行精確跟蹤，角振動波形失真，運動品質(zhì) 差，甚至閉環(huán)回路不能可靠工作。
[0006] ②由于包括結(jié)構(gòu)質(zhì)量分布等在內(nèi)的系統(tǒng)參數(shù)不確定和變化（如負載等），前饋控 制環(huán)節(jié)與控制對象之間存在著模型匹配上差異，使得常規(guī)的前饋控制不能對擾動起到有效 的抑制作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是：提供一種能夠有效地減小角振動時由周期性干擾力矩和控制系 統(tǒng)本身的跟蹤誤差的精密角振動控制方法。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種精密角振動控制方法，其控制計算裝置在每個或等間 隔的控制伺服周期中，按照位置跟蹤誤差的諧波特性定時產(chǎn)生關(guān)于轉(zhuǎn)角變化的正交諧波補 償控制信號，同時控制計算裝置根據(jù)系統(tǒng)伺服誤差實時計算并調(diào)整該正交諧波補償控制信 號的幅值，并將調(diào)整后的正交諧波補償控制信號施加于相應(yīng)軸的基本閉環(huán)伺服控制回路。
[0009] 控制計算裝置在每個或等間隔的控制伺服周期k中按照公式
[0010] u(k) =ps (k)sin0s (k) +pc (k)cos0c (k) (1)
[0011] 和公式
[0012] (2)
[0013] 公式中：ps,pc是補償控制信號的幅值系數(shù)，ps(0) =ps(l,pc(0) =pc(l;
[0014]Ys，Y。是自適應(yīng)增益；TS是控制系統(tǒng)伺服采樣周期；
[0015] %，死是補償控制信號諧波初始移相角，k為伺服周期序號。
[0016] 利用設(shè)置的初始移相角補償系統(tǒng)的延遲，并依據(jù)公式（2)對其幅值ps、p。進 行自適應(yīng)計算和實時調(diào)整，由公式（1)計算并生成關(guān)于0S的正交諧波補償控制，并將補償 控制信號u施加于相應(yīng)軸獨立的基本閉環(huán)伺服控制回路。
[0017] 控制計算裝置的激勵信號為UP，控制算法產(chǎn)生與Up同頻率同相位的正余弦諧波信 號，正余弦諧波信號的幅值由系統(tǒng)的伺服誤差與進行移相處理的正余弦諧波分量相乘，經(jīng) 過積分自適應(yīng)修正產(chǎn)生。正余弦諧波信號與對應(yīng)幅值相乘，疊加生成補償信號?？刂朴嬎?裝置實時對相應(yīng)補償控制信號的幅值和相位進行調(diào)整。
[0018] 本發(fā)明的優(yōu)點：本發(fā)明采用了對角振動時由于周期性擾動力矩造成的和系統(tǒng)本身 的跟蹤誤差和進行諧波自適應(yīng)前饋補償控制的策略和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使得進行角振動時的位置 伺服跟蹤誤差顯著減少，運動品質(zhì)大大改善。從而為慣性傳感器及系統(tǒng)動態(tài)測試提供了新 的測試技術(shù)手段。由于諧波自適應(yīng)前饋補償控制微控制器采取了帶有初始相位補償?shù)恼?諧波自適應(yīng)前饋控制方法，使得對補償控制信號的幅值及相位調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化為利用伺服誤差和 指令信號對補償信號的幅度自適應(yīng)控制，并且保證了補償信號在幅值上穩(wěn)定地趨近于相應(yīng) 的跟蹤誤差的幅度并且方向相反。由于不需要準(zhǔn)確的初始角位置信息，不采用諧波數(shù)據(jù)處 理中常用的諸如傅立葉變換等復(fù)雜的計算，大大簡化了控制系統(tǒng)算法，提高了運算速度和 整個系統(tǒng)的實時性。
[0019] 本發(fā)明可以在線估計不確定參數(shù)并實時修正其變化，通過施加諧波補償控制有效 地消除由于摩擦擾動和系統(tǒng)負載變化造成的系統(tǒng)跟蹤誤差變化，使角振動時運動品質(zhì)大幅 度提高。
[0020] 本發(fā)明仍保留了轉(zhuǎn)臺備已有的獨立的基本閉環(huán)伺服控制回路，并以指令信號和跟 蹤誤差為基礎(chǔ)構(gòu)建自適應(yīng)前饋系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0021] 圖1為現(xiàn)有典型角振動轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)示意圖；其中：1-運動回轉(zhuǎn)機構(gòu)、2-電機、3-被測 單元、4-測量分析單元、5-控制單元、6-驅(qū)動單元6 ;
[0022] 圖2為本發(fā)明幅相參數(shù)自適應(yīng)控制計算器的結(jié)構(gòu)框圖；
[0023] 圖3a 20Hz幅相跟蹤控制數(shù)據(jù)；
[0024] 圖3b 20Hz無幅相跟蹤控制數(shù)據(jù)；
[0025] 圖4a 50Hz幅相跟蹤控制數(shù)據(jù)；
[0026] 圖4b 50Hz無幅相跟蹤控制數(shù)據(jù)；
[0027] 圖5a 80Hz幅相跟蹤控制數(shù)據(jù)；
[0028] 圖5b 80Hz無幅相跟蹤控制數(shù)據(jù)；
[0029] 圖6a 120Hz幅相跟蹤控制數(shù)據(jù)；
[0030] 圖6b 120Hz無幅相跟蹤控制數(shù)據(jù)；
[0031] 圖7 251Hz幅相跟蹤控制數(shù)據(jù)；
[0032] 圖8 316Hz幅相跟蹤控制數(shù)據(jù)。
【具體實施方式】
[0033] 下面通過具體實施例對本發(fā)明做進一步的說明：
[0034] 請參閱圖2,本發(fā)明精密角振動控制方法中，控制計算裝置器（為一種運動控制 器，用于精確控制的角振動轉(zhuǎn)臺角運動），在每個控制伺服周期中，按照位置跟蹤誤差的諧 波特性定時產(chǎn)生關(guān)于轉(zhuǎn)角變化的正交諧波補償控制信號，同時控制器根據(jù)系統(tǒng)伺服誤差實 時計算并調(diào)整諧波信號的幅值Ps，P。，并將補償控制信號施加于相應(yīng)軸獨立的基本閉環(huán)伺服 控制回路，達到精確消除諧波誤差的目的。通過設(shè)置控制信號初始移相角代，死，補償系統(tǒng) 延遲，保證自適應(yīng)機構(gòu)的穩(wěn)定性。
[0035] 角振動時諧波自適應(yīng)前饋補償?shù)挠嬎愎綖椋?br>[0036] u(k) =ps (k)sin0s (k) +pc (k)cos0c (k) (1)
[0037] 和公式
[0038]
【主權(quán)項】
1. 一種精密角振動控制方法，其特征在于：控制計算裝置在每個或等間隔的控制伺服 周期中，按照位置跟蹤誤差的諧波特性定時產(chǎn)生關(guān)于轉(zhuǎn)角變化的正交諧波補償控制信號， 同時控制計算裝置根據(jù)系統(tǒng)伺服誤差實時計算并調(diào)整該正交諧波補償控制信號的幅值，并 將調(diào)整后的正交諧波補償控制信號施加于相應(yīng)軸的基本閉環(huán)伺服控制回路。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的精密角振動控制方法，其特征在于：控制計算裝置在每個或 等間隔的控制伺服周期k中按照公式 u(k) =ps (k)sin0s (k) +pc (k)cos0c (k) (1) 和公式
其中，各變量或符號的定義如下： Ps, P。是補償控制信號的幅值系數(shù)，P s(〇) =Ps〇, pJO) =P。。； Ys，Y。是自適應(yīng)增益；TS是控制系統(tǒng)伺服采樣周期； 死，死是補償控制信號諧波初始移相角，k為伺服周期序號， 利用設(shè)置的初始移相角補償系統(tǒng)的延遲，并依據(jù)公式（2)對其幅值ps、p。進行自 適應(yīng)計算和實時調(diào)整，由公式（1)計算并生成關(guān)于0S的正交諧波補償控制，并將補償控制 信號u施加于相應(yīng)軸獨立的基本閉環(huán)伺服控制回路。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的精密角振動控制方法，其特征在于：控制計算裝置的激勵信 號為UP，控制算法產(chǎn)生與UP同頻率同相位的正余弦諧波信號，正余弦諧波信號的幅值由系 統(tǒng)的伺服誤差與進行移相處理的正余弦諧波分量相乘，經(jīng)過積分自適應(yīng)修正產(chǎn)生，正余弦 諧波信號與對應(yīng)幅值相乘，疊加生成補償信號，控制計算裝置實時對相應(yīng)補償控制信號的 幅值和相位進行調(diào)整。
【專利摘要】本發(fā)明屬于一種慣性器件動態(tài)測試設(shè)備,涉及一種精密角振動的控制方法。本發(fā)明精密角振動的控制方法利用控制計算裝置,在每個控制伺服周期中按照位置跟蹤誤差的諧波特性產(chǎn)生關(guān)于轉(zhuǎn)角變化的正交諧波補償控制信號,根據(jù)系統(tǒng)伺服誤差實時計算并調(diào)整諧波信號的幅值，并將補償控制信號施加于相應(yīng)軸獨立的基本閉環(huán)伺服控制回路。本發(fā)明采用了對摩擦力矩等周期性擾動進行諧波自適應(yīng)前饋補償控制的策略和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使得角振動運動時位置伺服跟蹤誤差顯著減少，達到幅度與相位精確跟蹤的目的。
【IPC分類】G05D19-02
【公開號】CN104571172
【申請?zhí)枴緾N201410738759
【發(fā)明人】黃金鑫, 劉樾
【申請人】中國航空工業(yè)集團公司北京航空精密機械研究所
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月5日