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文檔簡介
1、電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文高精度轉(zhuǎn)臺伺服控制系統(tǒng)的研究姓名:孫永奎申請學(xué)位級別:碩士專業(yè):機(jī)械電子工程指導(dǎo)教師:李輝20040101電子科技大學(xué)碩士論文摘要本課題是中國電子集團(tuán)第研究所的預(yù)研項(xiàng)目,目前的工作是針對一個單自由度的轉(zhuǎn)臺控制,主要用于車載式雷達(dá)系統(tǒng)的運(yùn)動平臺。本文論述了一種高精度單自由度伺服轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn),介紹了開發(fā)中的理論知識和技術(shù)原理,著重解決了系統(tǒng)應(yīng)用方面的問題:系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)、系統(tǒng)的誤差分析、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)和控制算法的設(shè)計(jì)和仿真。本系統(tǒng)采用了上、下位機(jī)分層式控制方式,充分利用了二者的優(yōu)勢一強(qiáng)大的邏輯判斷能力、計(jì)算和信息處理能力,大大提高了系統(tǒng)的可靠性。上位機(jī)是,下
2、位機(jī)是運(yùn)動控制卡。上位機(jī)通過通訊協(xié)議向下位機(jī)發(fā)送要實(shí)現(xiàn)的位置或速度信號,下位機(jī)接受上位機(jī)的信號和轉(zhuǎn)臺的位置或速度反饋信號,依據(jù)設(shè)定的控制算法進(jìn)行運(yùn)算,輸出控制信號,并對轉(zhuǎn)臺的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。硬件設(shè)計(jì)包括伺服電機(jī)的選擇,位置檢測裝置的選擇,減速器的選擇,運(yùn)動控制卡的開發(fā)。軟件的設(shè)計(jì)包括運(yùn)動控制卡的軟件設(shè)計(jì),控制算法軟件設(shè)計(jì),上位機(jī)的通訊軟件和監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)。本文設(shè)計(jì)了專家和灰色控制算法,并給出了仿真結(jié)果。關(guān)鍵字:伺服。誤差,運(yùn)動控制卡,電子科技大學(xué)碩士論文、媳,屯恥,邛仃,啪毋,妙魚劬出,口,(),血掣:,口,獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)
3、我所知,除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外,論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果,也不包含為獲得電子科技大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。簽名:關(guān)于論文使用授權(quán)的說明本學(xué)位論文作者完全了解電子科技大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定,有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤,允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)電子科技大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索,可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。(保密的學(xué)位論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定)簽名:型:壹羔奎導(dǎo)師簽名:日期
4、:電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論自動控制理論發(fā)展世紀(jì)年代前后發(fā)展起來的“經(jīng)典控制理論”,主要研究線性定常系統(tǒng),被控對象也幾乎都是單輸入一單輸出系統(tǒng),采用的方法通常是以傳遞函數(shù)、頻率特性、特征根分布為理論基礎(chǔ)的波德圖法和根軌跡法,包括勞斯一赫爾維茨代數(shù)判據(jù)、奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)。世紀(jì)年代末,由于航天飛行器等空間技術(shù)開發(fā)的需要而發(fā)展起來的“現(xiàn)代控制理論”,主要研究多輸入一多輸出的被控對象,系統(tǒng)可以是線性或非線性、定?;驎r變的,它用狀態(tài)方程替代經(jīng)典理論中的高階微分方程來進(jìn)行系統(tǒng)描述,并且把系統(tǒng)中各個變量均取為時間的函數(shù),因而它屬于時域分析法,有別于經(jīng)典控制理論中的頻域方法,這樣更有利于計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算
5、和控制,此外,狀態(tài)變量的選取可以不一定是系統(tǒng)的物理,因而具有更大的靈活性,這就是系統(tǒng)狀態(tài)空間描述的特點(diǎn)所在,現(xiàn)代控制理論的主要內(nèi)容有:研究系統(tǒng)狀態(tài)空間建模和能控性、能觀性分析:李亞普諾夫穩(wěn)定性理論和李亞普諾夫函數(shù):系統(tǒng)辨識和卡爾曼濾波理論:基于龐特里貶金極大值原理和貝爾曼根據(jù)哈密爾頓一雅可比方程提出的動態(tài)規(guī)劃原理的最優(yōu)控制理論等。半個世紀(jì)以來,經(jīng)典和現(xiàn)代控制理論的發(fā)展和應(yīng)用,對于存在數(shù)學(xué)模型的自動控制系統(tǒng)領(lǐng)域發(fā)揮了巨大的作用,并取得了令人滿意的控制效果。促進(jìn)了人類社會的進(jìn)步和生產(chǎn)力的突飛猛進(jìn),然而,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與被控對象的復(fù)雜化,對于現(xiàn)有大范圍時變、大滯后以及具有嚴(yán)重非線性和強(qiáng)耦合的多輸
6、入、多輸出系統(tǒng),要建立精確的數(shù)學(xué)模型非常困難。為此,近十幾年來發(fā)展了多種控制理論和技術(shù),與此同時,利用人工智能把人們的思維過程模型化和用快速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)來模擬人的智能,包括判斷、理解、推理、預(yù)測、識別、規(guī)劃、學(xué)習(xí)和問題求解等,促進(jìn)了一類基于非數(shù)學(xué)模型的智能控制方法的發(fā)展。智能控制是人工智能和自動控制的結(jié)合物,是一類無需人的干預(yù)就能夠獨(dú)立地驅(qū)動的智能機(jī)器,實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)的自動控制。它包括如下的幾種方式:川遞階智能控制,遞階智能控制是在研究早期學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,從工程控制論角度總結(jié)人工智能與自適應(yīng)控制、自學(xué)習(xí)控制和自組織控制的關(guān)系之后逐漸形成的,它是智能控制的最早理論之一。智能主要體現(xiàn)在組織級
7、上,由人工智能起墮量型塾奎堂堡主堂垡笙塞控制作用;協(xié)調(diào)級是組織級和執(zhí)行級之間的接口,承上起下,由人工智能和運(yùn)籌學(xué)共同作用:執(zhí)行級要求具有較高的精度和較低的智能,仍然采用現(xiàn)有數(shù)學(xué)解析控制算法,專家智能控制,專家系統(tǒng)是人工智能的一個重要分支,專家系統(tǒng)實(shí)際上就是在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)的各領(lǐng)域?qū)<业哪7挛?。?yīng)用專家系統(tǒng)的概念和技術(shù),模擬人類專家的控制知識與經(jīng)驗(yàn)而建造的控制系統(tǒng),就是專家控制系統(tǒng)。模糊智能控制,模糊理論是美國加利福尼亞大學(xué)的自動控制理論專家教授最先提出了模糊集合的概念,并很快被人們接受。年,英國的首先把模糊理論用于工業(yè)控制,取得了良好的效果。從此,模糊邏輯控制理論和模糊邏輯控制系統(tǒng)的應(yīng)用發(fā)展很快
8、,展示了模糊理論在控制領(lǐng)域中有著很好的發(fā)展前景。模糊邏輯控制現(xiàn)已成為智能控制的重要組成部分。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能控制,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制就是利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)這種工具從機(jī)理上對人腦進(jìn)行簡單結(jié)構(gòu)模擬的新型控制和辨識方法。在智能控制領(lǐng)域中,應(yīng)用最多的是網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)、自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、動態(tài)遞歸網(wǎng)絡(luò)、聯(lián)想記憶網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)等。伺服技術(shù)發(fā)展簡況伺服控制技術(shù)的發(fā)展是和控制理論及控制器件的發(fā)展緊密相連,功率驅(qū)動裝置的發(fā)展歷史就是伺服控制技術(shù)的歷史。世界上第一個伺服系統(tǒng)是由美國麻省理工學(xué)院輻射實(shí)驗(yàn)室于年研制成功的火炮自動跟蹤目標(biāo)伺服系統(tǒng)。這種早期的伺服系統(tǒng)是采用交磁電機(jī)擴(kuò)大棚廣一直流電動機(jī)的驅(qū)動方式,由于交磁電機(jī)的頻率響應(yīng)差,電動機(jī)轉(zhuǎn)動
9、部分的轉(zhuǎn)動慣量及電氣時間常數(shù)都比較大,因此響應(yīng)速度比較慢。第二次世界大戰(zhàn)期間,由于軍事上的需要,武器系統(tǒng)和飛機(jī)的控制系統(tǒng)以及加工復(fù)雜零件的機(jī)床控制系統(tǒng)均提出了大功率、高精度、快響應(yīng)的系統(tǒng)要求。首先液壓伺服技術(shù)迅速得到發(fā)展,到了年代末、年代初,有關(guān)電液伺服計(jì)算的基本理論日趨完善,電液伺服系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于武器、軍艦、航空、航天等軍事部門及高精度機(jī)床控制。伴隨機(jī)電伺服系統(tǒng)元?dú)饧阅艿耐黄?,尤其是年可控的大功率半?dǎo)體器件一晶閘管問世,由它組成的靜止式可控整流裝置無論在運(yùn)行性能還是可靠性都表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢,二十世紀(jì)年代以來,國際上電力電子技術(shù)突飛猛進(jìn),推出了新一代的開和關(guān)都能控制的“全控式”電力電子器件
10、,如晶閘管、大功率晶體管、場效應(yīng)管等。與此同時,稀土永磁材料的發(fā)展和電機(jī)技術(shù)的進(jìn)步,相繼研制出了力矩電機(jī)、印制繞組電機(jī)、無槽電機(jī)、大慣量寬調(diào)速電機(jī)等執(zhí)行元件,并電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文與脈寬調(diào)制式變壓器相配合,迸一步改善了伺服性能??刂萍夹g(shù)的發(fā)展不斷對伺服系統(tǒng)的性能提出更高的要求,近年來,隨著數(shù)字技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展,新型傳感器件的大量涌現(xiàn),使得伺服驅(qū)動控制技術(shù)有了顯著進(jìn)步。特別是將計(jì)算機(jī)與伺服系統(tǒng)相結(jié)合,使計(jì)算機(jī)成為伺服系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié),在伺服系統(tǒng)中利用計(jì)算機(jī)來完成系統(tǒng)的校正、改變伺服系統(tǒng)的增益、帶寬、完成系統(tǒng)管理、監(jiān)控等任務(wù),使伺服系統(tǒng)向智能化,數(shù)字化的方向發(fā)展。伺服控制技術(shù)新的發(fā)展
11、和變化的主要方面如下:”“郇、從直流伺服驅(qū)動系統(tǒng)向交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。世紀(jì)以來,在需要可逆、可調(diào)速與高性能的電氣傳動技術(shù)領(lǐng)域,相當(dāng)長的時期內(nèi)幾乎都是采用直流電氣傳動系統(tǒng)。隨著電力電子學(xué)、微電子技術(shù)、現(xiàn)代電機(jī)控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,為交流電氣傳動產(chǎn)品的開發(fā)創(chuàng)造了有利條件,使得交流傳動逐漸具備了寬調(diào)速范圍、高穩(wěn)速精度、快速動態(tài)響應(yīng)等良好的技術(shù)性能,并實(shí)現(xiàn)了交流調(diào)速裝置的產(chǎn)品系列化,由于其良好的技術(shù)性能,取代直流電動機(jī)調(diào)速傳動已是必然的發(fā)展趨勢。、從模擬伺服系統(tǒng)向數(shù)字伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。在我國,數(shù)字伺服系統(tǒng)的研究已由實(shí)驗(yàn)室研究階段步入應(yīng)用階段,在許多行業(yè)已批量生產(chǎn),數(shù)字伺服系統(tǒng)在大多數(shù)應(yīng)
12、用場合取代模擬伺服系統(tǒng)將是必然趨勢,產(chǎn)生這一趨勢的原因如下:自動控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)是數(shù)字伺服系統(tǒng)技術(shù)的兩個最主要依托。自動控制理論的高速發(fā)展,為數(shù)字伺服系統(tǒng)研制者提供了不少新的控制規(guī)律以及相應(yīng)的分析和綜合方法:計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,為數(shù)字伺服系統(tǒng)研制者提供了實(shí)現(xiàn)這些控制規(guī)律的現(xiàn)實(shí)可能性。以計(jì)算機(jī)作為控制器、基于現(xiàn)代控制理論的伺服系統(tǒng),其品質(zhì)指標(biāo)無論是穩(wěn)態(tài),還是動態(tài)都相應(yīng)達(dá)到了前所未有的水平,比模擬式伺服系統(tǒng)高得多。、從經(jīng)典傳統(tǒng)伺服控制向現(xiàn)代伺服控制的發(fā)展趨勢。應(yīng)用經(jīng)典理論來分析伺服系統(tǒng),首先必須建立數(shù)學(xué)模型,但是由于許多因素難以一一考慮,許多參數(shù)難以精確確定,這種數(shù)學(xué)模型常常不能很好地反映系
13、統(tǒng)的實(shí)際情況,有時甚至?xí)贸鲥e誤的結(jié)論。年代前后發(fā)展起來的現(xiàn)代控制理論適應(yīng)了計(jì)算機(jī)的發(fā)展,具有許多經(jīng)典理論難以比擬的優(yōu)點(diǎn)?,F(xiàn)代控制理論在伺服系統(tǒng)中將得到廣泛的應(yīng)用,如模糊控制,自適應(yīng)控制,專家控制、最優(yōu)控制等先進(jìn)的控制策略。、高精度發(fā)展的趨勢。隨著伺服控制系統(tǒng)所用的器件的高速發(fā)展、先進(jìn)的控制算法在伺服控制的應(yīng)用和位置測量元件的澳量精度的提高,使伺服控制系統(tǒng)向高速、高精度方向發(fā)展,以電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文適應(yīng)現(xiàn)代國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展要求。司服控制技術(shù)的特征伺服控制技術(shù)是自動化學(xué)科中與產(chǎn)業(yè)部門聯(lián)系最緊密、服務(wù)最廣泛的一個分支。它經(jīng)歷了發(fā)電機(jī)一電動機(jī)系統(tǒng)、交磁電機(jī)擴(kuò)大機(jī)控制、晶閘管控制、晶體管控制、集成
14、電路控制、計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展過程,至今進(jìn)入了全新的鼎盛時期。現(xiàn)代伺服控制技術(shù)的主要特征為:()、全控型電力電子器件組成的脈沖寬度調(diào)制技術(shù)在伺服系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。()、各種伺服控制元件與線路向著集成化、功能化、模塊化、智能化、便于計(jì)算機(jī)控制的方向發(fā)展。()、伺服系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)及自診斷技術(shù)伴隨著系統(tǒng)功能、性能復(fù)雜化程度的升級而受到人們的普遍重視。伺服系統(tǒng)的組成原理伺服系統(tǒng)是用來控制被控對象的某種狀態(tài)(一般是轉(zhuǎn)角和位移)。使其能自動地、連續(xù)地、精確地復(fù)現(xiàn)輸入信號的變化規(guī)律??梢院唵蔚赜脠D來表示它的組成。它有檢測裝置,用來檢測系統(tǒng)的輸出信號,有放大裝置和執(zhí)行部件,為使各部件之間有效地組配和使系統(tǒng)具有良好
15、的工作品質(zhì),一般還有信號轉(zhuǎn)換線路和補(bǔ)償裝置,相應(yīng)的能源設(shè)備、保護(hù)裝置、控制設(shè)備和其它輔助設(shè)備。哺信號圖伺服系統(tǒng)組成框圖伺服系統(tǒng)的控制方式從控制方式看,最常用的兩種控制方式如下。、按誤差控制的系統(tǒng)如圖所示,按誤差控制的系統(tǒng)是由前向通道()和負(fù)反饋通道()構(gòu)成,也稱閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為:電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文郇,齋訓(xùn)將系統(tǒng)輸出速度屹(或角速度。)轉(zhuǎn)變成電壓信號,反饋到系統(tǒng)輸入端,用輸入信號,與(廠的差,來控制系統(tǒng),按誤差控制的系統(tǒng)歷史最長,應(yīng)用也最廣。野廣一)圖、按誤差和擾動復(fù)合控制的系統(tǒng)采用負(fù)反饋和前饋相結(jié)合的控制方式,也稱開環(huán)一閉環(huán)控制系統(tǒng),如圖所倒其系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為:崢器措黼(
16、)式()中以)代表前饋通道的傳遞函數(shù)。無論是速度伺服系統(tǒng),還是位置伺服系統(tǒng),都可以采用復(fù)合控制形式,它的最大優(yōu)點(diǎn)是引入前饋口()后,能有效地提高系統(tǒng)的精度和快速響應(yīng),而不影響系統(tǒng)閉環(huán)的穩(wěn)定性。研制高精度伺服轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)的背景和意義在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中,電子戰(zhàn)所發(fā)揮的作用越來越重要,如兩次海灣戰(zhàn)爭,美國為首的多國部隊(duì)充分發(fā)揮了電子對抗設(shè)備的綜合效能,使其獲得了戰(zhàn)爭的巨大成功。海灣戰(zhàn)爭的大量生動的事實(shí),使我看到了現(xiàn)代戰(zhàn)爭的含義和電子戰(zhàn)重要性。我國周邊地【夏局勢不容樂觀,特別是維護(hù)我國領(lǐng)土的完整性,對有分裂趨向的勢力保持有足夠的威懾力,在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中,發(fā)展電子對抗系統(tǒng)是非常必要的。電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文過去,在
17、電子戰(zhàn)的領(lǐng)域中,人們只注意偵察、預(yù)警設(shè)備和各種干擾手段的發(fā)展,往往忽略了如何將它們有機(jī)地結(jié)合起來發(fā)揮更有效的作用。將這些設(shè)備有機(jī)地結(jié)合起來,必須要有高性能的控制平臺,這就需要對雷達(dá)伺服控制系統(tǒng)的跟蹤、定位精度有更高的要求,研制高性能的伺服控制系統(tǒng)對國防事業(yè)有著重要的作用。國內(nèi)相關(guān)單位對轉(zhuǎn)臺伺服研究主要集中在以下三個方面,第一方面是對用予慣導(dǎo)測試和運(yùn)動仿真的轉(zhuǎn)臺研究,用于此目的伺服轉(zhuǎn)臺的技術(shù)指標(biāo)高,如中國航空精密機(jī)械研究所研制的單軸,雙軸,三軸慣導(dǎo)測試和運(yùn)動仿真設(shè)備的伺服轉(zhuǎn)臺系統(tǒng),它們典型的技術(shù)指標(biāo)為角度精度是”,其中型陀螺動態(tài)參數(shù)測試系統(tǒng)的轉(zhuǎn)臺精度在”,一型單自由度目標(biāo)視線運(yùn)動仿真器,定位精度
18、是“另外如中國航天科技集團(tuán)公司第一計(jì)量測試研究所研制的單軸速率位置轉(zhuǎn)臺的性能指標(biāo),位置分辨率為“,中國船舶工業(yè)六三五四研究所的一,型單軸位置轉(zhuǎn)臺可達(dá)”啪。第二是對數(shù)控機(jī)床的伺服轉(zhuǎn)臺的研制,如重慶機(jī)床廠的數(shù)控轉(zhuǎn)臺的定位精度為角秒,酶北京丹青華瑞科貿(mào)有限公司的單軸立式轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)精度為弧秒,精密級轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)可達(dá)弧秒聊;第三是對雷達(dá)伺服轉(zhuǎn)臺的研究,如航天機(jī)電集團(tuán)二院所研制的計(jì)算機(jī)控制的轉(zhuǎn)臺裝置,可用于電磁兼容性測量、天線方向圖測量等方面,它的性能指標(biāo)是轉(zhuǎn)角精度:士。;轉(zhuǎn)角分辨率;年東南大學(xué)科技成果自動測試用轉(zhuǎn)臺和天線塔所提到的轉(zhuǎn)臺位置指標(biāo)是。北京友信科技集團(tuán)的雷達(dá)仿真轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)的位置精度為,在雷達(dá)轉(zhuǎn)臺伺服系
19、統(tǒng)中,高精度的產(chǎn)品還比較少,為了加快雷達(dá)伺服轉(zhuǎn)臺的技術(shù)水平,適應(yīng)國防技術(shù)的需要。很有必要研究高精度的雷達(dá)轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)。本課題是中國電子集團(tuán)第研究所的預(yù)研項(xiàng)目,目的是為了提高車載式雷達(dá)的研制、生產(chǎn)水平,該系統(tǒng)要求定位精度高、實(shí)用性強(qiáng)、技術(shù)含量高。本課題要解決的問題本文所研究的單自由度轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)接收上位機(jī)的控制信號,實(shí)時地準(zhǔn)確地將轉(zhuǎn)臺調(diào)轉(zhuǎn)到所需的方位。主要解決如下的幾個問題:、轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)。、轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)的誤差初步分析。、轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)控制算法的設(shè)計(jì)和數(shù)字仿真。、基于的運(yùn)動控制卡的開發(fā)。電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)我們所研究的伺服控制系統(tǒng)是中電集團(tuán)第研究所的一個
20、預(yù)研項(xiàng)目,目前的工作是針對一個單自由度的轉(zhuǎn)臺控制,主要用于車載式雷達(dá)系統(tǒng)的伺服控制。轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)的運(yùn)動性能指標(biāo)轉(zhuǎn)臺是整個系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu),是運(yùn)動控制子系統(tǒng)的控制對象,轉(zhuǎn)臺的運(yùn)動性能要求如表一所示:表一參數(shù)性能指標(biāo)轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動慣量轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動部分的重量公斤轉(zhuǎn)角幅度一?;蜻B續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、連續(xù)可調(diào)轉(zhuǎn)角旋轉(zhuǎn)最大速度。)連續(xù)可調(diào)角度定位精度】。(”),超調(diào)量小于,振蕩次數(shù)小于次最大加速度實(shí)時方位顯示分辨率??刂婆_與電機(jī)距離工作環(huán)境一轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)組成我們所研究的轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)如圖一所示,它主要由以下幾部分組成;、上位機(jī)系統(tǒng):提供用戶一個人機(jī)界面,向下位機(jī)發(fā)送轉(zhuǎn)臺工作狀態(tài)參數(shù)并顯示轉(zhuǎn)臺的工作狀況。、運(yùn)動控制系統(tǒng):包括使轉(zhuǎn)臺按
21、照一定的運(yùn)動規(guī)律轉(zhuǎn)動的伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動單元、角度檢測單元及實(shí)時控制計(jì)算機(jī),它們組成一個位置閉環(huán)控制系統(tǒng),可以精確地控制電機(jī)的轉(zhuǎn)角,從而保證轉(zhuǎn)臺的運(yùn)動規(guī)律及穩(wěn)定在任意角度和連續(xù)跟蹤。、機(jī)械系統(tǒng):傳動機(jī)構(gòu)(減速器)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)(轉(zhuǎn)臺)。電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文上位機(jī)士接口霉運(yùn)動控制系統(tǒng);重糸統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)圖一所示的系統(tǒng)工作原理簡述如下:轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)組成框圖運(yùn)動控制系統(tǒng)接收上位機(jī)的命令輸入,按控制規(guī)律輸出控制指令,使轉(zhuǎn)臺運(yùn)動按指定的運(yùn)動規(guī)律運(yùn)行,或在靜態(tài)時保持轉(zhuǎn)臺的穩(wěn)定。控制信號放大輸出到伺服驅(qū)動單元,驅(qū)動伺服電機(jī)完成指定運(yùn)動。測量系統(tǒng)實(shí)時地測出轉(zhuǎn)臺的位置和轉(zhuǎn)速,處理為微機(jī)可讀取的數(shù)字量。運(yùn)動控制回路的構(gòu)成
22、及其工作原理系統(tǒng)的控制回路主要有上位機(jī)()、實(shí)時控制計(jì)算機(jī)、角度位置檢測元件、數(shù)模轉(zhuǎn)換單元、伺服驅(qū)動單元、伺服電機(jī)組成。其中實(shí)時控制計(jì)算機(jī)、角度位置檢測元件、數(shù)模轉(zhuǎn)換單元組成下位機(jī)。運(yùn)動控制回路如下圖所示:幽控制回路示意圖它的工作原理如下:上位機(jī)把轉(zhuǎn)臺設(shè)定的工作狀態(tài)的參考信號輸入給下位機(jī);在下位機(jī)中完成控制規(guī)律的計(jì)算,并向驅(qū)動單元輸出控制信號;伺服單元經(jīng)功率放大后,驅(qū)動伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動,伺服電機(jī)按照設(shè)定的運(yùn)動規(guī)律驅(qū)動轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動;角度檢測單元測量轉(zhuǎn)臺實(shí)際轉(zhuǎn)角形成位置閉環(huán)回路。上位機(jī)功能如下:電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文自檢,工作方式設(shè)定及其初始化,參數(shù)配置,運(yùn)行顯示,數(shù)據(jù)顯示。在上位機(jī)中的這些功能界面雖然
23、用途功能不同,但上位機(jī)上的人機(jī)界面具有一個基本的設(shè)計(jì)框架,如圖所示:圖上位機(jī)的功能圖下位機(jī)的功能圖如圖所示,其中的顯示模塊為可選的,各個模塊的具體功能在第五章運(yùn)動控制卡的設(shè)計(jì)中詳細(xì)介紹。它完成轉(zhuǎn)換,接受上位機(jī)的命令和被控對象的反饋信號和開關(guān)量的輸入,控制規(guī)律的計(jì)算,輸出控制信號等功能。圖下位機(jī)框圖上下位機(jī)的接口通過進(jìn)行通訊,框圖如圖所示圖接口框圖電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)相關(guān)部件的選擇為了滿足整個伺服系統(tǒng)工作性能指標(biāo)的要求,必須對系統(tǒng)的相關(guān)部件進(jìn)行精心的選擇,使由它們所組成的整個系統(tǒng)能夠合理地運(yùn)行。系統(tǒng)中比較重要的部件包括有伺服電機(jī),減速器和位置檢測元件,下面具體對相應(yīng)的部件進(jìn)行選擇
24、。電機(jī)的選擇轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)對所用的伺服電機(jī)要求如下:靈活方便的位置控制,定位準(zhǔn)確精度高??煽啃院?。方便計(jì)算機(jī)控制。響應(yīng)快,換向性能好。能長時間連續(xù)工作不需要維護(hù)。常用的伺服電機(jī)有三類:直流伺服電機(jī),交流伺服電機(jī),步進(jìn)電機(jī)。三種伺服電機(jī)的特點(diǎn)可以用表所示,唧表是機(jī)電一體化產(chǎn)品一種重要的執(zhí)行元件,它具有體積小、直流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)矩大、功率重量比大、功率體積比大、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn),缺點(diǎn)是維護(hù)性不好,散熱不好。特點(diǎn)是高可靠性、低維護(hù)保養(yǎng)要求,散熱容易,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)交流伺服電機(jī)動慣量小,快速性好,功率體積比更大,交流伺服電機(jī)保留了些直流伺服電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)而克服了某些局限性,特別適合用于一般直流伺服電機(jī)不能勝任的工作環(huán)境中
25、。轉(zhuǎn)子的運(yùn)動位移取決于脈沖的個數(shù),速度取決于脈沖的步進(jìn)電機(jī)頻率,優(yōu)點(diǎn)是誤差不會長期積累,它的最大缺點(diǎn)在于容易失步,特別是在大負(fù)載和速度較高的情況下,失步更容易發(fā)生。選擇電機(jī)需要知道負(fù)載的大小,在該系統(tǒng)中,我們把系統(tǒng)的負(fù)載分為:干摩擦負(fù)載、慣性負(fù)載、風(fēng)阻負(fù)載,兒下面分別對它們進(jìn)行計(jì)算。、干摩擦負(fù)載疋取滾動摩擦系數(shù),肘??疲ǎ╇娮涌萍即髮W(xué)碩士學(xué)位論文、慣性負(fù)載系統(tǒng)的最大轉(zhuǎn)動慣量為,婦、風(fēng)阻負(fù)載,()所研究的轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)它所驅(qū)動的對象是一直徑為的旋轉(zhuǎn)拋物面天線。天線在風(fēng)力的作用下受到一個力矩,這個力矩的產(chǎn)生有如下原因:()當(dāng)風(fēng)向角不是零度時,除了個別對稱位置外,在轉(zhuǎn)軸兩邊的投影面積不相等,一邊大,另
26、一邊小,假定風(fēng)壓均勻分布,這樣就會有一個風(fēng)力矩。()對于實(shí)體反射面,除了風(fēng)向角為。時,所有的方向上,風(fēng)壓是不對稱分布的。天線受到的風(fēng)力矩分為靜風(fēng)力矩,和動風(fēng)力矩,。靜風(fēng)力,由下面的公式來計(jì)算舳,叫()式()中:風(fēng)力矩系數(shù),:天線口徑面積,:與轉(zhuǎn)軸垂直方向的天線尺寸,:動壓系數(shù),妻,:風(fēng)速,:空氣密度,下面是各參數(shù)的具體值:,戶()。()廣“華()天線轉(zhuǎn)動時,還要考慮由于其旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的氣流所引起的氣流力矩。氣流相對于天線的流速,除了風(fēng)速以外,還應(yīng)包括天線的旋轉(zhuǎn)速度,因此天線轉(zhuǎn)動時,除了上面所述的靜風(fēng)力矩外,還附加一個動態(tài)風(fēng)力矩(動風(fēng)力矩)。動風(fēng)力矩,由下面的公式來計(jì)算旦絲()。式()中為靜態(tài)風(fēng)阻
27、力,為天線的尺寸,為風(fēng)速,為天線轉(zhuǎn)動的角速度。由下面的公式計(jì)算:彳()式()中,:靜態(tài)阻力系數(shù),為天線的特征面積:??;():三鯊磬:()風(fēng)阻力矩為,()轉(zhuǎn)臺所有的負(fù)載力矩為。,()所選執(zhí)行電機(jī)的額定功率尸應(yīng)該滿足式()哺“刀:()坳。()將系統(tǒng)的負(fù)載和最大速度代入式()計(jì)算得到()國。()()直流伺服電機(jī)的維護(hù)費(fèi)用高,且無法保證長時間運(yùn)轉(zhuǎn),故本系統(tǒng)不宜選用直流伺服電機(jī);步進(jìn)電機(jī)用于開環(huán)伺服系統(tǒng),所研制的系統(tǒng)為閉環(huán)控制系統(tǒng),也不適合選為該系統(tǒng)的執(zhí)行電機(jī);交流伺服電機(jī)的高可靠性,低維護(hù)性,定位精度也比較高,控制技術(shù)很成熟,市面上有很好的產(chǎn)品,從性能上完全滿足本伺服系統(tǒng)的要求,故本伺服選用了交流伺服
28、電機(jī)。綜合考慮其他因素的影響,我們選擇了松下伺服電機(jī)的,驅(qū)動器型號為,電機(jī)及驅(qū)動器主要技術(shù)指標(biāo)如表、表所示:嗡表電機(jī)的技術(shù)指標(biāo)額定功率額定轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)速最大轉(zhuǎn)速電機(jī)型號()()()()()帆松下伺服電機(jī)最小指令分辨率為(),經(jīng)過:諧波減速器傳動,轉(zhuǎn)臺的最小指令分辨率為。(。),滿足控制精度的要求。所選的電機(jī)滿足要求。電機(jī)和驅(qū)動器之間的控制電路包括電源接口和編碼器接口。在電機(jī)上配了增量型編碼器,用于電機(jī)內(nèi)部位置反饋閉環(huán),從而實(shí)現(xiàn)驅(qū)動器對電機(jī)的精確控制。編碼器的相、相、相信號,均采用差分方式輸出,使得電機(jī)和電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文驅(qū)動器之間距離可以達(dá)到米。表驅(qū)動器的技術(shù)指標(biāo)主回路電源基本規(guī)格
29、三相單相控制回路電源控制方式反饋咖正弦波控制增量式編碼器(線)、位置控制、模擬量速度控制、轉(zhuǎn)矩控制、位置控制輸入速度控制、位置轉(zhuǎn)矩控制、速度轉(zhuǎn)矩控制,種控制方式由參數(shù)選擇、伺服、報警清除比例操作選擇指令分倍控制輸入輸入頻選擇控制方式選擇內(nèi)部速度指令選擇驅(qū)動禁止驅(qū)動禁止信號功能模擬量指令輸入速度指令輸入由參數(shù)設(shè)定范圍和極性轉(zhuǎn)矩指令輸入轉(zhuǎn)矩限制輸入與速度指令輸入共用獨(dú)立輸入差分輸入通過參數(shù)選擇(相相指令方向)脈沖串指令輸出輸入脈沖串狀態(tài)控制輸出伺服報警伺服準(zhǔn)備好外部制動釋放速度到達(dá)轉(zhuǎn)矩限制零速度信號信號監(jiān)視輸出速度監(jiān)視轉(zhuǎn)矩監(jiān)視過電壓,欠電壓,過速度,過載,過電流。過熱等保護(hù)功能性能最高指令脈沖頻率
30、速度頻率響應(yīng)特性松下交流伺服電機(jī)提供種控制方式,即轉(zhuǎn)矩、速度和位置控制方式。其中,轉(zhuǎn)矩、速度控制的指令是模擬電壓形式,麗位置控制指令則可以采用與步進(jìn)系統(tǒng)相同的脈沖控制形式。轉(zhuǎn)矩控制方式需要軟件構(gòu)成位置、速度閉環(huán),速度控制方式則需要軟件構(gòu)成位置閉環(huán),這兩種控制方式在交流伺服裝置外都要調(diào)節(jié)器,現(xiàn)場整定的工作量大。而位置控制方式相對簡單,現(xiàn)場整定容易。定位精度也可以得到保證,因此我們選用了位置控制方式。松下系列交流伺服電機(jī)的電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文位置控制信號有三種方式:正交脈沖指令控制方式、脈沖指令控制方式、脈沖方向控制方式。正交脈沖指令控制方式中,電機(jī)的正反轉(zhuǎn)是由正交脈沖中的一相超前或滯后來控制
31、的,脈沖指令控制方式中,電機(jī)的正反轉(zhuǎn)是通過給電機(jī)發(fā)脈沖來控制的,單脈沖方向控制方式中,一路是脈沖信號,一路是方向控制信號??紤]到啟動器與電機(jī)的距離有米,我們選擇了正交脈沖指令控制方式,脈沖采用差分方式進(jìn)行傳輸,這樣可以增加信號的傳輸距離,脈沖的頻率控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速,脈沖的個數(shù)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)角。減速器的選擇我們所選伺服電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為,轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)速為,又因?yàn)檗D(zhuǎn)臺所受的負(fù)載力矩較大,所以要設(shè)計(jì)減速機(jī)構(gòu)??紤]到該系統(tǒng)是用于車載式雷達(dá),并綜合各方面因素,我們選用的是北京中技克美公司型諧波減速器(一),它的具體參數(shù)如表所示:表技術(shù)參數(shù)傳動比:輸出力矩空回輸入最高轉(zhuǎn)速我們選擇諧波減速器是因?yàn)樗募夹g(shù)特點(diǎn),其特點(diǎn)是
32、減速比大、精度高、空回小、傳動平穩(wěn)、噪聲小、承載能力大,效率高、體積小,且諧波傳動是不可逆的,轉(zhuǎn)臺帶動負(fù)載工作在受到風(fēng)力作用時要保持狀態(tài),利用諧波傳動這一特性很容易實(shí)現(xiàn)。位置檢測元件的選擇位置檢測元件是隨動系統(tǒng)的一個重要組件,由控制理論知,系統(tǒng)反饋通道的誤差將直接影響系統(tǒng)控制精度本系統(tǒng)工作環(huán)境要求高,且必須絕對可靠,為了滿足在一的工作環(huán)境要求和位置分辨率。的要求,選用了絕對位置檢測元件多極旋轉(zhuǎn)變壓器測量角度,用旋轉(zhuǎn)變壓器一數(shù)字轉(zhuǎn)換器()進(jìn)行軸角編碼,將系統(tǒng)輸出軸的位置轉(zhuǎn)換成位的自然二進(jìn)制碼,送給計(jì)算機(jī),以實(shí)現(xiàn)位置反饋。、多極雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器淄電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文多極雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器是由粗精
33、兩通道具有不同極對數(shù)組成一體的組合角位移測量裝置,采用同一鐵芯兩套繞組的“共磁路式”結(jié)構(gòu)。當(dāng)其轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周時,副邊同時輸出周期不等的兩種正弦電壓,構(gòu)成粗精雙通道系統(tǒng),其主要特點(diǎn)是精度高,靈敏度高,用電氣變速代替了機(jī)械變速,提高測量精度,簡化了系統(tǒng)機(jī)構(gòu);它具有結(jié)構(gòu)簡單,穩(wěn)定性好,抗干擾能力強(qiáng),對環(huán)境條件要求低,易于數(shù)字化。轉(zhuǎn)臺位置精度要求達(dá)到。角度檢測元件我們選擇多極雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器,它的技術(shù)參數(shù)如表所示:表技術(shù)參數(shù)粗機(jī)極對數(shù)激勵電源電源頻率輸出電壓精機(jī)”輸入阻抗電氣誤差、旋轉(zhuǎn)變壓器一數(shù)字轉(zhuǎn)換器()與多極雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器相配套使用的數(shù)字轉(zhuǎn)換器是它是一種小型化金屬殼封裝的單塊混合集成電路,內(nèi)部包含
34、有粗、精兩路旋轉(zhuǎn)變壓器的數(shù)字轉(zhuǎn)換器和一個用于糾錯粗精組合的雙速處理器。轉(zhuǎn)換器的原理框圖如圖所示,轉(zhuǎn)換器接收雙速旋轉(zhuǎn)變壓器信號,粗通道輸入信號經(jīng)過旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成位數(shù)字角度量,精通道輸入信號經(jīng)過旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成位數(shù)字角度量,兩數(shù)字角度量再經(jīng)一個雙速處理器進(jìn)行實(shí)時糾錯和粗精組合處理后,輸出一個位并行二進(jìn)制數(shù)字到鎖存器,我們通過控制三個使能信號(、),既可輸出位數(shù)字量,又可輸出三個字節(jié)數(shù)字量。¥主要的技術(shù)指標(biāo)如表所不:表技術(shù)參數(shù)參數(shù)分辨率轉(zhuǎn)換精度位土“電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文跟蹤速率糾錯能力。精通道輸入粗通道輸入圖轉(zhuǎn)換器的原理圖由旋轉(zhuǎn)變壓器和組成的軸角測量裝置具有如下的特點(diǎn):、高
35、可靠性,角度傳感器是無刷旋轉(zhuǎn)變壓器,它具有壽命長,可靠性高,無電火花干擾等優(yōu)點(diǎn),它能適應(yīng)于沖擊、振動、高溫、低溫、交變濕熱、低氣壓等各種惡劣環(huán)境條件,環(huán)境適應(yīng)性優(yōu)于光電編碼器。、高抗干擾性,無刷旋轉(zhuǎn)變壓器輸出信號幅度大,信號源內(nèi)阻低以及它的結(jié)構(gòu)原理決定了它具有很優(yōu)良的抗干擾性能。、尺寸小,重要輕。、編碼精度高,本系統(tǒng)分辨率為自然二進(jìn)制碼位,對應(yīng)的角度分辨率為”。、快速響應(yīng)好,無刷旋轉(zhuǎn)變壓器工作頻率可達(dá),且保證其精度。、絕對值編碼器,本系統(tǒng)是一絕對值編碼器,編碼數(shù)值范圍與度范圍內(nèi)角度數(shù)值一一對應(yīng),系統(tǒng)失電后,恢復(fù)供電,仍可保持轉(zhuǎn)角的絕對位置信息。以上所選擇的電機(jī)、減速器和檢測裝置是根據(jù)轉(zhuǎn)臺伺服系
36、統(tǒng)的性能要求所進(jìn)行的,通過和相關(guān)的工程實(shí)際應(yīng)用相比較,是可以滿足轉(zhuǎn)臺的性能要求。其他的部件選擇,如運(yùn)動控制芯片和相關(guān)器件在運(yùn)動控制卡的設(shè)計(jì)中在介紹。電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文第三章轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)的誤差分析所研究的轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)位置控制精度要求高,要達(dá)到其控制精度要求,不光是系統(tǒng)的硬件要精心選擇,同時在理論上應(yīng)該分析影響系統(tǒng)的精度的各因素,以便在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造中采用合理的方法來控制誤差。在實(shí)際的閉環(huán)控制系統(tǒng)中,特別是檢測元件的測量誤差對系統(tǒng)的控制精度影響很大,即系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的精度主要取決于系統(tǒng)的檢測裝置精度鴨“(設(shè)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的精度和傳動機(jī)構(gòu)的精度能夠滿足控制的要求)。角度檢測元件我們選擇的是多極
37、雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器,粗機(jī)精度為,精機(jī)精度”,極對數(shù),轉(zhuǎn)換元件選用¥,其輸出為位,轉(zhuǎn)換誤差為。多極雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器變和旋轉(zhuǎn)變壓器一數(shù)字轉(zhuǎn)換器()組成了軸角編碼器,把它們作為轉(zhuǎn)臺的角位移傳感器,在實(shí)際應(yīng)用中存在著各種影響其精度實(shí)現(xiàn)的因素,并會產(chǎn)生測量誤差,檢測精度是受檢測元件的本身測量精度,檢測元件的安裝方式,安裝精度的影響,本文對使用的軸角編碼器所產(chǎn)生測量誤差的原因進(jìn)行了分析,并圍繞高精度多極旋轉(zhuǎn)變壓器一式軸角編碼器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制精度。(”)的技術(shù)指標(biāo)要求,提出了控制測量誤差的指標(biāo)。根據(jù)轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu)和安裝的方式,旋轉(zhuǎn)變壓器安裝方式常采用下面的兩種方式:第一種安裝方式是旋轉(zhuǎn)變壓器直接與轉(zhuǎn)臺主軸相聯(lián);第二
38、種安裝方式是轉(zhuǎn)臺的運(yùn)動經(jīng)過一對傳動比為;齒輪副(數(shù)據(jù)傳動鏈)傳出去后再和旋轉(zhuǎn)變壓器相聯(lián)。旋轉(zhuǎn)變壓器直接與轉(zhuǎn)臺主軸相聯(lián)的測意誤差計(jì)算這種安裝方式是采用一個精密金屬彈性聯(lián)軸器來將它們連接起來。其測量轉(zhuǎn)臺主軸角度的測量誤差主要由軸角編碼器的測量誤差點(diǎn)和旋轉(zhuǎn)變壓器的安裝誤差所引起的測量誤差最組成。、軸角編碼器的測量誤差川們本系統(tǒng)中軸角編碼器的測量誤差由旋轉(zhuǎn)變壓器的測量誤差點(diǎn)和模塊的轉(zhuǎn)換誤差五”所組成。旋轉(zhuǎn)姍的測量誤差,多極旋轉(zhuǎn)變壓器的測量精度取決于多極旋轉(zhuǎn)變壓電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文器精機(jī)的精度,即最是多極雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器的精機(jī)誤差。五”()模塊的轉(zhuǎn)換誤差”,“是轉(zhuǎn)換元件一¥的轉(zhuǎn)換誤差。和的舍入誤差組
39、成。()所選的輸出位,則它的分辯率占一”占:廣(一一)()。哦?!睓z測元件的測量誤差可以計(jì)算為()“氓“再;面:,()、旋轉(zhuǎn)變壓器的主軸與轉(zhuǎn)臺主軸不同軸所引起的測量誤差況川旋轉(zhuǎn)變壓器的主軸與轉(zhuǎn)臺主軸不同軸產(chǎn)生的測量誤差是由于旋轉(zhuǎn)變壓器裝入轉(zhuǎn)臺后,旋轉(zhuǎn)變壓器的主軸與轉(zhuǎn)臺主軸間存在徑向偏心而產(chǎn)生的。如圖所示,設(shè)旋轉(zhuǎn)變壓器的主軸與轉(zhuǎn)臺的主軸在安裝時有偏心存在,對于圖中點(diǎn)假設(shè)轉(zhuǎn)臺主軸實(shí)際轉(zhuǎn)角為,旋轉(zhuǎn)變壓器的實(shí)測轉(zhuǎn)角為,則兩軸偏心所產(chǎn)生的測量角誤差一口。在圖中,點(diǎn)是轉(zhuǎn)臺主軸的旋轉(zhuǎn)中心,點(diǎn)是旋轉(zhuǎn)變壓器的旋轉(zhuǎn)中心,:旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)動半徑。在中,用正弦定理可以得到如下的關(guān)系式:(、,即刪(刁()由于式()存在
40、和口兩個變量,該測量誤差的最大值為,。()電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文的值很小,式()可以表達(dá)為。(),幽一在實(shí)際的工程中,旋轉(zhuǎn)變壓器在安裝時要求與轉(zhuǎn)臺主軸的同軸度不大于一般控制在左右。所選的為,如,則口一:五:即口?!备鶕?jù)經(jīng)驗(yàn)實(shí)際裝鼉所產(chǎn)生的誤差一般為其峰值的取吒”()、由以上分析可以知,旋轉(zhuǎn)變壓器直接安裝的測量誤差可計(jì)算為,廂:抵麗:”()由以上的計(jì)算結(jié)果可知,所選的檢測元件和所選用的安裝方式滿足系統(tǒng)的控制精度要求。具有數(shù)據(jù)傳動鏈的測量誤差計(jì)算轉(zhuǎn)臺的運(yùn)動經(jīng)過一對傳動比為:齒輪副(數(shù)據(jù)傳動鏈)傳遞出去后再和旋轉(zhuǎn)變壓器相聯(lián),測量的誤差為軸角編碼器的測量誤差和齒輪副的傳動誤差屯組成。下面來計(jì)算齒輪副
41、的誤差正。設(shè)齒輪副的參數(shù)如表所示:表齒輪分度園直徑傳動比:齒輪的參數(shù)齒輪精度等級齒輪切向綜合誤差尸齒輪齒間切向綜合誤差,級齒輪裝置的誤差齒輪安裝處的軸頸跳動滾動軸承動環(huán)偏心口:、齒輪凼有位置誤差和裝置誤差引起的單個齒輪的傳動誤差的均值()根據(jù)誤差的分布,知肘(乃)()()、齒輪固有位置誤差和裝置誤差引起的單個齒輪的傳動誤差的方差()。,)(:,妾一,聿麗【()】啪()()中為齒輪的切向綜合誤差,為齒間切向綜合誤,為齒輪裝置誤差。、齒輪副的傳動誤差均值和方差膽娑(,)()(,)()孥瓶河面石(乃:)。()。(:)】()(一期(乃)(一書()叫拙()式()、()中(乃)為單個齒輪的傳動誤差的均值,
42、口(瓦)為單個齒輪的傳動誤差的方差。、齒輪副傳動誤差民當(dāng)取置信概率為時,齒輪副傳動誤差蠡:磊士扛西士()民最大值為,將其轉(zhuǎn)換為角度一葉一拭:!塑!塑?。骸薄#ǎ┐藭r傳動鏈的誤差最已超過轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)控制精度的要求。結(jié)論通過以上對轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)的檢測誤差的初步分析,我們可以得到以下的結(jié)論:在本系統(tǒng)中,選用旋轉(zhuǎn)變壓器和組成的軸角編碼器采用合適的安裝方式是能夠滿足該轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)控制精度的要求,即旋轉(zhuǎn)變壓器直接安裝在轉(zhuǎn)臺的主軸上,并且要嚴(yán)格控制旋轉(zhuǎn)變壓器主軸和轉(zhuǎn)臺主軸的同軸度。而采用一對傳動比為:齒輪付的數(shù)據(jù)傳動鏈將轉(zhuǎn)臺主軸的運(yùn)動傳出去后再用旋轉(zhuǎn)變壓器進(jìn)行測量,由于數(shù)據(jù)傳動鏈自身的傳動誤差已經(jīng)大于了本系統(tǒng)
43、的控制精度要求,故該方案不適合本系統(tǒng)。所以測量裝置的安裝應(yīng)盡量減少與被測對象之間的傳動鏈,以提高檢測精度。檢測元件的安裝精度對測量誤差的大小有著比較大的影響,應(yīng)該提高其安裝精度。電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文第四章轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)的算法設(shè)計(jì)和仿真對一個控制系統(tǒng)而言,最關(guān)鍵的是控制律的設(shè)計(jì),控制律設(shè)計(jì)的好壞關(guān)系到控制系統(tǒng)性能的優(yōu)劣??刂坡梢髮?shí)時性強(qiáng),通用性強(qiáng),具有一定的智能,在滿足性能指標(biāo)的前提下盡可能簡單??刂扑惴ǖ脑O(shè)計(jì)伺服系統(tǒng)驅(qū)動的負(fù)載不同,各種負(fù)載對控制要求不同以及工程應(yīng)用等因素的影響,設(shè)計(jì)伺服系統(tǒng)時選擇控制規(guī)律可以采用各種控制算法,目的是實(shí)現(xiàn)伺服系統(tǒng)要求的技術(shù)指標(biāo)。伺服系統(tǒng)一般是快速系統(tǒng),采樣周
44、期一般只有幾個毫秒,有的甚至只有個毫秒,”計(jì)算機(jī)在處理控制程序是要用一定時間的,所以不可能選擇很復(fù)雜的控制算法??刂扑惴▊鹘y(tǒng)控制算法同近年來發(fā)展起來的各種新型算法,如模糊控制算法,自適應(yīng)控制算法等相比,算法簡單,工程應(yīng)用廣泛。因此,首選)控制算法,)控制算法如圖一所示:川圖其中固為誤差信號,明¥為控制器的輸出信號。控制器是種線性控制器,它根據(jù)給定值,與實(shí)際輸出值()的差(,)來進(jìn)行控制,控制規(guī)律為:“()()砉口()前講()。(一)式()中比例系數(shù),互積分時間常數(shù):乃微分時間常數(shù)。電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文簡單來說,控制器各校正環(huán)節(jié)的作用如下:()比例環(huán)節(jié),比例控制是用常數(shù)乘以誤差信號,偏差一旦
45、產(chǎn)生,控制器立即產(chǎn)生作用,以減少偏差。比例控制器實(shí)質(zhì)是一個具有可調(diào)增益的放大器,在信號變換過程中,比例控制器只是改變信號的增益而不影響其相位。()積分環(huán)節(jié),積分控制的作用是產(chǎn)生一個與誤差信號對時間的積分成正比的信號,主要用于消除靜差,積分作用的強(qiáng)弱取決于積分常數(shù),越大,積分作用越弱,反之則越強(qiáng)。()微分環(huán)節(jié),能反應(yīng)輸入信號的變化趨勢,產(chǎn)生有效的早期修正信號,從而加快系統(tǒng)的動作速度,減少調(diào)節(jié)時間,有助于系統(tǒng)動態(tài)性能的改善。數(shù)字在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中,使用的是數(shù)字控制器。按模擬控制算法,以一系列的采樣時刻點(diǎn)代表連續(xù)時間,以矩形數(shù)值積分近似代替積分,以一階后向差分近似代替微分采樣時間序列七用七來簡化表示,則將模擬離散為:個個“(七),(七)爭(力爭()一(一)】)一()式()中丁為采樣周期,為采樣序號。控制算法在其應(yīng)用中為了適應(yīng)不同的工程對象,派生出了諸多的變形算
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