高精度轉(zhuǎn)臺(tái)伺服控制系統(tǒng)的研究

1、電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文高精度轉(zhuǎn)臺(tái)伺服控制系統(tǒng)的研究姓名：孫永奎申請(qǐng)學(xué)位級(jí)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(guó)電子集團(tuán)第研究所的預(yù)研項(xiàng)目，目前的工作是針對(duì)一個(gè)單自由度的轉(zhuǎn)臺(tái)控制，主要用于車載式雷達(dá)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。本文論述了一種高精度單自由度伺服轉(zhuǎn)臺(tái)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(shí)和技術(shù)原理，著重解決了系統(tǒng)應(yīng)用方面的問(wèn)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(shì)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(dòng)控制卡。上位機(jī)通過(guò)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(hào)，下位機(jī)接受上位機(jī)的信號(hào)和轉(zhuǎn)臺(tái)的位置或速度反饋信號(hào)，依據(jù)設(shè)定的控制算法進(jìn)行運(yùn)算，輸出控制信號(hào)，并對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。硬件設(shè)計(jì)包括伺服電機(jī)的選擇，位置檢測(cè)裝置的選擇，減速器的選擇，運(yùn)動(dòng)控制卡的開發(fā)。軟件的設(shè)計(jì)包括運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(guò)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(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示謝意。簽名：關(guān)于論文使用授權(quán)的說(shuō)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(guó)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(kù)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(dòng)控制理論發(fā)展世紀(jì)年代前后發(fā)展起來(lái)的“經(jīng)典控制理論”，主要研究線性定常系統(tǒng)，被控對(duì)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(lái)的“現(xiàn)代控制理論”，主要研究多輸入一多輸出的被控對(duì)象，系統(tǒng)可以是線性或非線性、定?；驎r(shí)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(lái)進(jìn)行系統(tǒng)描述，并且把系統(tǒng)中各個(gè)變量均取為時(shí)間的函數(shù)，因而它屬于時(shí)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(shí)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(dòng)態(tài)規(guī)劃原理的最優(yōu)控制理論等。半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，經(jīng)典和現(xiàn)代控制理論的發(fā)展和應(yīng)用，對(duì)于存在數(shù)學(xué)模型的自動(dòng)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(huì)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(duì)象的復(fù)雜化，對(duì)于現(xiàn)有大范圍時(shí)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(lái)發(fā)展了多種控制理論和技術(shù)，與此同時(shí)，利用人工智能把人們的思維過(guò)程模型化和用快速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)模擬人的智能，包括判斷、理解、推理、預(yù)測(cè)、識(shí)別、規(guī)劃、學(xué)習(xí)和問(wèn)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(dòng)控制的結(jié)合物，是一類無(wú)需人的干預(yù)就能夠獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)的智能機(jī)器，實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)的自動(dòng)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(jí)

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(jí)是組織級(jí)和執(zhí)行級(jí)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(jí)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(gè)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挛铩?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(shí)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(guó)加利福尼亞大學(xué)的自動(dòng)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(guó)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(duì)人腦進(jìn)行簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)模擬的新型控制和辨識(shí)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(dòng)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(jiǎn)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(dòng)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(gè)伺服系統(tǒng)是由美國(guó)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(dòng)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(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式，由于交磁電機(jī)的頻率響應(yīng)差，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)

9、部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及電氣時(shí)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(wèn)世，由它組成的靜止式可控整流裝置無(wú)論在運(yùn)行性能還是可靠性都表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)，二十世紀(jì)年代以來(lái)，國(guó)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(chǎng)效應(yīng)管等。與此同時(shí)，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(wú)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。控制技術(shù)的發(fā)展不斷對(duì)伺服系統(tǒng)的性能提出更高的要求，近年來(lái)，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(dòng)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(gè)環(huán)節(jié)，在伺服系統(tǒng)中利用計(jì)算機(jī)來(lái)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(dòng)系統(tǒng)向交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。世紀(jì)以來(lái)，在需要可逆、可調(diào)速與高性能的電氣傳動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)幾乎都是采用直流電氣傳動(dòng)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(dòng)產(chǎn)品的開發(fā)創(chuàng)造了有利條件，使得交流傳動(dòng)逐漸具備了寬調(diào)速范圍、高穩(wěn)速精度、快速動(dòng)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(dòng)機(jī)調(diào)速傳動(dòng)已是必然的發(fā)展趨勢(shì)。、從模擬伺服系統(tǒng)向數(shù)字伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。在我國(guó)，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(chǎng)合取代模擬伺服系統(tǒng)將是必然趨勢(shì)，產(chǎn)生這一趨勢(shì)的原因如下：自動(dòng)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(gè)最主要依托。自動(dòng)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(wú)論是穩(wěn)態(tài)，還是動(dòng)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(shì)。應(yīng)用經(jīng)典理論來(lái)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(shí)甚至?xí)贸鲥e(cuò)誤的結(jié)論。年代前后發(fā)展起來(lái)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(shì)。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(cè)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(guó)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(dòng)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(gè)分支。它經(jīng)歷了發(fā)電機(jī)一電動(dòng)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(guò)程，至今進(jìn)入了全新的鼎盛時(shí)期?，F(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(jí)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(lái)控制被控對(duì)象的某種狀態(tài)（一般是轉(zhuǎn)角和位移）。使其能自動(dòng)地、連續(xù)地、精確地復(fù)現(xiàn)輸入信號(hào)的變化規(guī)律?？梢院?jiǎn)單地用圖來(lái)表示它的組成。它有檢測(cè)裝置，用來(lái)檢測(cè)系統(tǒng)的輸出信號(hào)，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(hào)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(hào)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(hào)，反饋到系統(tǒng)輸入端，用輸入信號(hào)，與（廠的差，來(lái)控制系統(tǒng)，按誤差控制的系統(tǒng)歷史最長(zhǎng)，應(yīng)用也最廣。野廣一）圖、按誤差和擾動(dòng)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(wú)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(tái)系統(tǒng)的背景和意義在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，電子戰(zhàn)所發(fā)揮的作用越來(lái)越重要，如兩次海灣戰(zhàn)爭(zhēng)，美國(guó)為首的多國(guó)部隊(duì)充分發(fā)揮了電子對(duì)抗設(shè)備的綜合效能，使其獲得了戰(zhàn)爭(zhēng)的巨大成功。海灣戰(zhàn)爭(zhēng)的大量生動(dòng)的事實(shí)，使我看到了現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的含義和電子戰(zhàn)重要性。我國(guó)周邊地【夏局勢(shì)不容樂(lè)觀，特別是維護(hù)我國(guó)領(lǐng)土的完整性，對(duì)有分裂趨向的勢(shì)力保持有足夠的威懾力，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，發(fā)展電子對(duì)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(guò)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(lái)發(fā)揮更有效的作用。將這些設(shè)備有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，必須要有高性能的控制平臺(tái)，這就需要對(duì)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(duì)國(guó)防事業(yè)有著重要的作用。國(guó)內(nèi)相關(guān)單位對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)伺服研究主要集中在以下三個(gè)方面，第一方面是對(duì)用予慣導(dǎo)測(cè)試和運(yùn)動(dòng)仿真的轉(zhuǎn)臺(tái)研究，用于此目的伺服轉(zhuǎn)臺(tái)的技術(shù)指標(biāo)高，如中國(guó)航空精密機(jī)械研究所研制的單軸，雙軸，三軸慣導(dǎo)測(cè)試和運(yùn)動(dòng)仿真設(shè)備的伺服轉(zhuǎn)臺(tái)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(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)的轉(zhuǎn)臺(tái)精度在”，一型單自由度目標(biāo)視線運(yùn)動(dòng)仿真器，定位精度

18、是“另外如中國(guó)航天科技集團(tuán)公司第一計(jì)量測(cè)試研究所研制的單軸速率位置轉(zhuǎn)臺(tái)的性能指標(biāo)，位置分辨率為“，中國(guó)船舶工業(yè)六三五四研究所的一，型單軸位置轉(zhuǎn)臺(tái)可達(dá)”啪。第二是對(duì)數(shù)控機(jī)床的伺服轉(zhuǎn)臺(tái)的研制，如重慶機(jī)床廠的數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)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(tái)系統(tǒng)精度為弧秒，精密級(jí)轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)可達(dá)弧秒聊；第三是對(duì)雷達(dá)伺服轉(zhuǎn)臺(tái)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(tái)裝置，可用于電磁兼容性測(cè)量、天線方向圖測(cè)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?yáng)|南大學(xué)科技成果自動(dòng)測(cè)試用轉(zhuǎn)臺(tái)和天線塔所提到的轉(zhuǎn)臺(tái)位置指標(biāo)是。北京友信科技集團(tuán)的雷達(dá)仿真轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)的位置精度為，在雷達(dá)轉(zhuǎn)臺(tái)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(tái)的技術(shù)水平，適應(yīng)國(guó)防技術(shù)的需要。很有必要研究高精度的雷達(dá)轉(zhuǎn)臺(tái)伺服系統(tǒng)。本課題是中國(guó)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(wèn)題本文所研究的單自由度轉(zhuǎn)臺(tái)伺服系統(tǒng)接收上位機(jī)的控制信號(hào)，實(shí)時(shí)地準(zhǔn)確地將轉(zhuǎn)臺(tái)調(diào)轉(zhuǎn)到所需的方位。主要解決如下的幾個(gè)問(wèn)題：、轉(zhuǎn)臺(tái)伺服系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)。、轉(zhuǎn)臺(tái)伺服系統(tǒng)的誤差初步分析。、轉(zhuǎn)臺(tái)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(dòng)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(tái)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(gè)

20、預(yù)研項(xiàng)目，目前的工作是針對(duì)一個(gè)單自由度的轉(zhuǎn)臺(tái)控制，主要用于車載式雷達(dá)系統(tǒng)的伺服控制。轉(zhuǎn)臺(tái)伺服系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)性能指標(biāo)轉(zhuǎn)臺(tái)是整個(gè)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)的控制對(duì)象，轉(zhuǎn)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)性能要求如表一所示：表一參數(shù)性能指標(biāo)轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的重量公斤轉(zhuǎn)角幅度一。或連續(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(shí)方位顯示分辨率。控制臺(tái)與電機(jī)距離工作環(huán)境一轉(zhuǎn)臺(tái)伺服系統(tǒng)組成我們所研究的轉(zhuǎn)臺(tái)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(gè)人機(jī)界面，向下位機(jī)發(fā)送轉(zhuǎn)臺(tái)工作狀態(tài)參數(shù)并顯示轉(zhuǎn)臺(tái)的工作狀況。、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)：包括使轉(zhuǎn)臺(tái)按

21、照一定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律轉(zhuǎn)動(dòng)的伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)單元、角度檢測(cè)單元及實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī)，它們組成一個(gè)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(tái)的運(yùn)動(dòng)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(dòng)機(jī)構(gòu)（減速器）、執(zhí)行機(jī)構(gòu)（轉(zhuǎn)臺(tái)）。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(dòng)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(jiǎn)述如下：轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)組成框圖運(yùn)動(dòng)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(tái)運(yùn)動(dòng)按指定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)行，或在靜態(tài)時(shí)保持轉(zhuǎn)臺(tái)的穩(wěn)定?？刂菩盘?hào)放大輸出到伺服驅(qū)動(dòng)單元，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)完成指定運(yùn)動(dòng)。測(cè)量系統(tǒng)實(shí)時(shí)地測(cè)出轉(zhuǎn)臺(tái)的位置和轉(zhuǎn)速，處理為微機(jī)可讀取的數(shù)字量。運(yùn)動(dòng)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(shí)控制計(jì)算機(jī)、角度位置檢測(cè)元件、數(shù)模轉(zhuǎn)換單元、伺服驅(qū)動(dòng)單元、伺服電機(jī)組成。其中實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī)、角度位置檢測(cè)元件、數(shù)模轉(zhuǎn)換單元組成下位機(jī)。運(yùn)動(dòng)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(tái)設(shè)定的工作狀態(tài)的參考信號(hào)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(dòng)單元輸出控制信號(hào)；伺服單元經(jīng)功率放大后，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，伺服電機(jī)按照設(shè)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)；角度檢測(cè)單元測(cè)量轉(zhuǎn)臺(tái)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(gè)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(gè)模塊的具體功能在第五章運(yùn)動(dòng)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(duì)象的反饋信號(hào)和開關(guān)量的輸入，控制規(guī)律的計(jì)算，輸出控制信號(hào)等功能。圖下位機(jī)框圖上下位機(jī)的接口通過(guò)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(tái)伺服系統(tǒng)相關(guān)部件的選擇為了滿足整個(gè)伺服系統(tǒng)工作性能指標(biāo)的要求，必須對(duì)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(gè)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(cè)元件，下面具體對(duì)相應(yīng)的部件進(jìn)行選擇

24、。電機(jī)的選擇轉(zhuǎn)臺(tái)伺服系統(tǒng)對(duì)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(zhǎng)時(shí)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(dòng)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(dòng)位移取決于脈沖的個(gè)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(huì)長(zhǎng)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(duì)它們進(jìn)行計(jì)算。、干摩擦負(fù)載疋取滾動(dòng)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(dòng)慣量為，婦、風(fēng)阻負(fù)載，（）所研究的轉(zhuǎn)臺(tái)伺服系統(tǒng)它所驅(qū)動(dòng)的對(duì)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(gè)力矩，這個(gè)力矩的產(chǎn)生有如下原因：（）當(dāng)風(fēng)向角不是零度時(shí)，除了個(gè)別對(duì)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(huì)有一個(gè)風(fēng)力矩。（）對(duì)于實(shí)體反射面，除了風(fēng)向角為。時(shí)，所有的方向上，風(fēng)壓是不對(duì)稱分布的。天線受到的風(fēng)力矩分為靜風(fēng)力矩，和動(dòng)風(fēng)力矩，。靜風(fēng)力，由下面的公式來(lái)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(dòng)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(dòng)時(shí)，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(duì)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(dòng)時(shí)，除了上面所述的靜風(fēng)力矩外，還附加一個(gè)動(dòng)態(tài)風(fēng)力矩（動(dòng)風(fēng)力矩）。動(dòng)風(fēng)力矩，由下面的公式來(lái)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(dòng)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(tái)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(guó)。（）（）直流伺服電機(jī)的維護(hù)費(fèi)用高，且無(wú)法保證長(zhǎng)時(shí)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(dòng)器型號(hào)為，電機(jī)及驅(qū)動(dòng)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(hào)（）（）（）（）（）帆松下伺服電機(jī)最小指令分辨率為（），經(jīng)過(guò)：諧波減速器傳動(dòng)，轉(zhuǎn)臺(tái)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(dòng)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(dòng)器對(duì)電機(jī)的精確控制。編碼器的相、相、相信號(hào)，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(dòng)器之間距離可以達(dá)到米。表驅(qū)動(dòng)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(bào)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(dòng)禁止驅(qū)動(dòng)禁止信號(hào)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(guò)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(bào)警伺服準(zhǔn)備好外部制動(dòng)釋放速度到達(dá)轉(zhuǎn)矩限制零速度信號(hào)信號(hào)監(jiān)視輸出速度監(jiān)視轉(zhuǎn)矩監(jiān)視過(guò)電壓，欠電壓，過(guò)速度，過(guò)載，過(guò)電流。過(guò)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(chǎng)整定的工作量大。而位置控制方式相對(duì)簡(jiǎn)單，現(xiàn)場(chǎng)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(hào)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(lái)控制

31、的，脈沖指令控制方式中，電機(jī)的正反轉(zhuǎn)是通過(guò)給電機(jī)發(fā)脈沖來(lái)控制的，單脈沖方向控制方式中，一路是脈沖信號(hào)，一路是方向控制信號(hào)?？紤]到啟動(dòng)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(hào)的傳輸距離，脈沖的頻率控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，脈沖的個(gè)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(tái)轉(zhuǎn)速為，又因?yàn)檗D(zhuǎn)臺(tái)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(dòng)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(dòng)平穩(wěn)、噪聲小、承載能力大，效率高、體積小，且諧波傳動(dòng)是不可逆的，轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)負(fù)載工作在受到風(fēng)力作用時(shí)要保持狀態(tài)，利用諧波傳動(dòng)這一特性很容易實(shí)現(xiàn)。位置檢測(cè)元件的選擇位置檢測(cè)元件是隨動(dòng)系統(tǒng)的一個(gè)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(duì)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(duì)位置檢測(cè)元件多極旋轉(zhuǎn)變壓器測(cè)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(duì)數(shù)組成一體的組合角位移測(cè)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(shí)，副邊同時(shí)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(cè)量精度，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)機(jī)構(gòu)；它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)環(huán)境條件要求低，易于數(shù)字化。轉(zhuǎn)臺(tái)位置精度要求達(dá)到。角度檢測(cè)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(duì)數(shù)激勵(lì)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(gè)用于糾錯(cuò)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(hào)，粗通道輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)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(hào)經(jīng)過(guò)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(gè)雙速處理器進(jìn)行實(shí)時(shí)糾錯(cuò)和粗精組合處理后，輸出一個(gè)位并行二進(jìn)制數(shù)字到鎖存器，我們通過(guò)控制三個(gè)使能信號(hào)（、），既可輸出位數(shù)字量，又可輸出三個(gè)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(cuò)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(cè)量裝置具有如下的特點(diǎn)：、高

35、可靠性，角度傳感器是無(wú)刷旋轉(zhuǎn)變壓器，它具有壽命長(zhǎng)，可靠性高，無(wú)電火花干擾等優(yōu)點(diǎn)，它能適應(yīng)于沖擊、振動(dòng)、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(wú)刷旋轉(zhuǎn)變壓器輸出信號(hào)幅度大，信號(hào)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(duì)應(yīng)的角度分辨率為”。、快速響應(yīng)好，無(wú)刷旋轉(zhuǎn)變壓器工作頻率可達(dá)，且保證其精度。、絕對(duì)值編碼器，本系統(tǒng)是一絕對(duì)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(duì)應(yīng)，系統(tǒng)失電后，恢復(fù)供電，仍可保持轉(zhuǎn)角的絕對(duì)位置信息。以上所選擇的電機(jī)、減速器和檢測(cè)裝置是根據(jù)轉(zhuǎn)臺(tái)伺服系

36、統(tǒng)的性能要求所進(jìn)行的，通過(guò)和相關(guān)的工程實(shí)際應(yīng)用相比較，是可以滿足轉(zhuǎn)臺(tái)的性能要求。其他的部件選擇，如運(yùn)動(dòng)控制芯片和相關(guān)器件在運(yùn)動(dòng)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(tái)伺服系統(tǒng)的誤差分析所研究的轉(zhuǎn)臺(tái)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(shí)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(lái)控制誤差。在實(shí)際的閉環(huán)控制系統(tǒng)中，特別是檢測(cè)元件的測(cè)量誤差對(duì)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(cè)裝置精度鴨“（設(shè)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的精度和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的精度能夠滿足控制的要求）。角度檢測(cè)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(duì)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(tái)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(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差，檢測(cè)精度是受檢測(cè)元件的本身測(cè)量精度，檢測(cè)元件的安裝方式，安裝精度的影響，本文對(duì)使用的軸角編碼器所產(chǎn)生測(cè)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(cè)量誤差的指標(biāo)。根據(jù)轉(zhuǎn)臺(tái)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(tái)主軸相聯(lián)；第二

38、種安裝方式是轉(zhuǎn)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)一對(duì)傳動(dòng)比為；齒輪副（數(shù)據(jù)傳動(dòng)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(tái)主軸相聯(lián)的測(cè)意誤差計(jì)算這種安裝方式是采用一個(gè)精密金屬?gòu)椥月?lián)軸器來(lái)將它們連接起來(lái)。其測(cè)量轉(zhuǎn)臺(tái)主軸角度的測(cè)量誤差主要由軸角編碼器的測(cè)量誤差點(diǎn)和旋轉(zhuǎn)變壓器的安裝誤差所引起的測(cè)量誤差最組成。、軸角編碼器的測(cè)量誤差川們本系統(tǒng)中軸角編碼器的測(cè)量誤差由旋轉(zhuǎn)變壓器的測(cè)量誤差點(diǎn)和模塊的轉(zhuǎn)換誤差五”所組成。旋轉(zhuǎn)姍的測(cè)量誤差，多極旋轉(zhuǎn)變壓器的測(cè)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(cè)元件的測(cè)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(tái)主軸不同軸所引起的測(cè)量誤差況川旋轉(zhuǎn)變壓器的主軸與轉(zhuǎn)臺(tái)主軸不同軸產(chǎn)生的測(cè)量誤差是由于旋轉(zhuǎn)變壓器裝入轉(zhuǎn)臺(tái)后，旋轉(zhuǎn)變壓器的主軸與轉(zhuǎn)臺(tái)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(tái)的主軸在安裝時(shí)有偏心存在，對(duì)于圖中點(diǎn)假設(shè)轉(zhuǎn)臺(tái)主軸實(shí)際轉(zhuǎn)角為，旋轉(zhuǎn)變壓器的實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)角為，則兩軸偏心所產(chǎn)生的測(cè)量角誤差一口。在圖中，點(diǎn)是轉(zhuǎn)臺(tái)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(dòng)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(gè)變量，該測(cè)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(shí)要求與轉(zhuǎn)臺(tái)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。”根據(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(cè)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(cè)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(dòng)鏈的測(cè)量誤差計(jì)算轉(zhuǎn)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)一對(duì)傳動(dòng)比為：齒輪副（數(shù)據(jù)傳動(dòng)鏈）傳遞出去后再和旋轉(zhuǎn)變壓器相聯(lián)，測(cè)量的誤差為軸角編碼器的測(cè)量誤差和齒輪副的傳動(dòng)誤差屯組成。下面來(lái)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(dòng)比：齒輪的參數(shù)齒輪精度等級(jí)齒輪切向綜合誤差尸齒輪齒間切向綜合誤差，級(jí)齒輪裝置的誤差齒輪安裝處的軸頸跳動(dòng)滾動(dòng)軸承動(dòng)環(huán)偏心口：、齒輪凼有位置誤差和裝置誤差引起的單個(gè)齒輪的傳動(dòng)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(gè)齒輪的傳動(dòng)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(dòng)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(gè)齒輪的傳動(dòng)誤差的均值，

42、口（瓦）為單個(gè)齒輪的傳動(dòng)誤差的方差。、齒輪副傳動(dòng)誤差民當(dāng)取置信概率為時(shí)，齒輪副傳動(dòng)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?。（）此時(shí)傳動(dòng)鏈的誤差最已超過(guò)轉(zhuǎn)臺(tái)伺服系統(tǒng)控制精度的要求。結(jié)論通過(guò)以上對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)伺服系統(tǒng)的檢測(cè)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(tái)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(tái)的主軸上，并且要嚴(yán)格控制旋轉(zhuǎn)變壓器主軸和轉(zhuǎn)臺(tái)主軸的同軸度。而采用一對(duì)傳動(dòng)比為：齒輪付的數(shù)據(jù)傳動(dòng)鏈將轉(zhuǎn)臺(tái)主軸的運(yùn)動(dòng)傳出去后再用旋轉(zhuǎn)變壓器進(jìn)行測(cè)量，由于數(shù)據(jù)傳動(dòng)鏈自身的傳動(dòng)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(cè)量裝置的安裝應(yīng)盡量減少與被測(cè)對(duì)象之間的傳動(dòng)鏈，以提高檢測(cè)精度。檢測(cè)元件的安裝精度對(duì)測(cè)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(tái)伺服系統(tǒng)的算法設(shè)計(jì)和仿真對(duì)一個(gè)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(shí)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(jiǎn)單?？刂扑惴ǖ脑O(shè)計(jì)伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的負(fù)載不同，各種負(fù)載對(duì)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(shí)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(gè)毫秒，有的甚至只有個(gè)毫秒，”計(jì)算機(jī)在處理控制程序是要用一定時(shí)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(lái)發(fā)展起來(lái)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(jiǎn)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(hào)，明￥為控制器的輸出信號(hào)。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(lái)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(shí)間常數(shù)：乃微分時(shí)間常數(shù)。電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，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(hào)，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(gè)具有可調(diào)增益的放大器，在信號(hào)變換過(guò)程中，比例控制器只是改變信號(hào)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(gè)與誤差信號(hào)對(duì)時(shí)間的積分成正比的信號(hào)，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(hào)的變化趨勢(shì)，產(chǎn)生有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減少調(diào)節(jié)時(shí)間，有助于系統(tǒng)動(dòng)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(shí)刻點(diǎn)代表連續(xù)時(shí)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(shí)間序列七用七來(lái)簡(jiǎn)化表示，則將模擬離散為：個(gè)個(gè)“（七），（七）爭(zhēng)（力爭(zhēng)（）一（一）】）一（）式（）中丁為采樣周期，為采樣序號(hào)?？刂扑惴ㄔ谄鋺?yīng)用中為了適應(yīng)不同的工程對(duì)象，派生出了諸多的變形算