一種基于齒輪機(jī)構(gòu)的伺服控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明專(zhuān)利涉及一種基于齒輪機(jī)構(gòu)的伺服控制方法，具體而言，本發(fā)明涉及用于控制基于齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的伺服控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)因?yàn)榫哂休^大慣量和自鎖能力，比較適用于大型旋轉(zhuǎn)平臺(tái)。但是，齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的伺服系統(tǒng)由于機(jī)械空回和動(dòng)、靜態(tài)摩擦力轉(zhuǎn)換導(dǎo)致的負(fù)載力矩的不連續(xù)，對(duì)伺服控制的穩(wěn)定性和連貫性產(chǎn)生沖擊。使得伺服控制的穩(wěn)定性相對(duì)于力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)的伺服系統(tǒng)差。
[0003]伺服單元是運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備的重要組成部分，是運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備的驅(qū)動(dòng)和執(zhí)行部件。伺服單元主要由方位電機(jī)、高低電機(jī)以及兩個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器組成，由綜合控制板進(jìn)行控制。
[0004]在對(duì)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)進(jìn)行控制時(shí)，往往通過(guò)安裝在執(zhí)行部件軸上的光電編碼器或光纖陀螺儀檢測(cè)出旋轉(zhuǎn)部分的速度和角速度，通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行速度閉環(huán)調(diào)節(jié)，再經(jīng)驅(qū)動(dòng)器功率放大后驅(qū)動(dòng)方位電機(jī)和高低電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)。
[0005]齒輪嚙合必需采用間隙配合形式，才能保證傳動(dòng)的靈活性、減少阻力，避免因?yàn)闇囟茸兓蚪Y(jié)構(gòu)件變形膨脹，導(dǎo)致機(jī)械卡死。齒輪的配合間隙對(duì)于伺服控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性來(lái)講，是一個(gè)重要的不利因素。傳動(dòng)轉(zhuǎn)向的時(shí)候，執(zhí)行部件有一小段時(shí)間的運(yùn)動(dòng)被結(jié)構(gòu)空回所吸收。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)中，往往通過(guò)PID控制方法來(lái)對(duì)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行反饋閉環(huán)控制。而采用PID控制方法的控制器在設(shè)備轉(zhuǎn)向時(shí)存在嚴(yán)重的問(wèn)題。具體而言，當(dāng)操作人員手動(dòng)或自動(dòng)進(jìn)行設(shè)備轉(zhuǎn)向時(shí)，控制器在這一小段時(shí)間內(nèi)，不能檢測(cè)到誤差量縮小的趨勢(shì)。控制模型就會(huì)自動(dòng)加大控制力度，以便盡快消除控制誤差。這樣就會(huì)導(dǎo)致執(zhí)行機(jī)構(gòu)反復(fù)超調(diào)，形成震蕩控制。
[0007]具體而言，采用交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪傳動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)，存在空回和阻力不連續(xù)的情形。導(dǎo)致伺服控制的低速特性差，不能穩(wěn)定停止在指定位置。一般會(huì)在目標(biāo)指示區(qū)域附近低速擺動(dòng)。幅度受配重情況和裝配空回程度的雙重影響。針對(duì)本項(xiàng)目在現(xiàn)有工藝條件下裝配的設(shè)備進(jìn)行實(shí)測(cè)，震蕩幅度約0.02°?0.06°，擺動(dòng)周期長(zhǎng)約3?5S。
[0008]由于電機(jī)換向時(shí)齒輪摩擦由動(dòng)摩擦變?yōu)殪o摩擦力，阻力變化影響到伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)的負(fù)載變化，使得轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)卡滯、缺乏連續(xù)性，PID調(diào)節(jié)的積分環(huán)節(jié)在轉(zhuǎn)向階段累積了一小段時(shí)間多余的積分量。當(dāng)積分量達(dá)到驅(qū)動(dòng)電機(jī)脫離靜摩擦?xí)r，實(shí)際電機(jī)角速度給定值已經(jīng)大于所需的輸出給定。導(dǎo)致電機(jī)不能在指定位置停下，而是沖過(guò)指定位置一定范圍后，停在下一個(gè)轉(zhuǎn)向位置。并開(kāi)始下一個(gè)周期的擺動(dòng)，循環(huán)往復(fù)，導(dǎo)致齒輪傳動(dòng)的伺服機(jī)構(gòu)持續(xù)小幅晃動(dòng)，較難穩(wěn)定。
[0009]由于電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的角速度變化快速且缺乏規(guī)律，無(wú)法簡(jiǎn)單將多余的積分量剔出。為了提高控制的穩(wěn)定性，需要采用其它的算法改進(jìn)來(lái)彌補(bǔ)控制缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明希望提供一種用于基于齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的伺服控制方法。為了減少控制誤差和超調(diào)，本發(fā)明主要采用了下述兩種方式來(lái)對(duì)伺服控制進(jìn)行調(diào)整。
[0011]具體而言，本發(fā)明提供了一種基于齒輪機(jī)構(gòu)的伺服控制方法，所述伺服控制方法用于對(duì)基于齒輪的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)進(jìn)行伺服控制，所述旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上包括固定部分和旋轉(zhuǎn)部分，所述旋轉(zhuǎn)平臺(tái)通過(guò)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)所述旋轉(zhuǎn)部分相對(duì)于所述固定部分旋轉(zhuǎn)，在所述固定部分和所述旋轉(zhuǎn)部分之間安裝有角度測(cè)量裝置和角速度測(cè)量裝置，用于分別測(cè)量所述旋轉(zhuǎn)部分相對(duì)于所述固定部分的旋轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)角速度，其特征在于，所述伺服控制方法包括基于控制命令以及所述角度測(cè)量裝置和角速度測(cè)量裝置測(cè)量的所述旋轉(zhuǎn)部分相對(duì)于所述固定部分的旋轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)角速度來(lái)控制所述旋轉(zhuǎn)部分相對(duì)于所述固定部分的旋轉(zhuǎn)。
[0012]進(jìn)一步地，所述伺服控制方法以預(yù)定時(shí)間長(zhǎng)度為周期循環(huán)執(zhí)行，所述方法包括:
[0013]步驟a)、測(cè)量所述旋轉(zhuǎn)部分相對(duì)于所述固定部分或相對(duì)于基準(zhǔn)坐標(biāo)的當(dāng)前旋轉(zhuǎn)角度；
[0014]步驟b)確定所述旋轉(zhuǎn)部分的當(dāng)前目標(biāo)角度(在任意一個(gè)時(shí)刻，都存在控制器希望將轉(zhuǎn)臺(tái)所調(diào)整到的角度)；
[0015]步驟c)計(jì)算所述旋轉(zhuǎn)部分的當(dāng)前旋轉(zhuǎn)角度與當(dāng)前目標(biāo)角度之間的偏差量；
[0016]步驟d)將所述偏差量與偏差量閾值進(jìn)行比較，以判斷所述偏差量是否超過(guò)所述偏差量閾值；
[0017]步驟e)、如果所述偏差量超過(guò)所述偏差量閾值，則對(duì)所述旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)執(zhí)行PID調(diào)節(jié)；
[0018]步驟f)、如果所述偏差量沒(méi)有超過(guò)所述偏差量閾值，則基于當(dāng)前周期的偏差量和上一周期的偏差量判斷當(dāng)前周期的偏差量相比于上一周期是否增大；
[0019]步驟g)、如果當(dāng)前周期的偏差量相比于上一周期增大，則對(duì)所述旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)執(zhí)行PID調(diào)節(jié)；
[0020]步驟h)、如果當(dāng)前周期的偏差量相比于上一周期沒(méi)有增大，則對(duì)所述旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的齒輪機(jī)構(gòu)執(zhí)行比例微分調(diào)節(jié)。
[0021]進(jìn)一步地，所述步驟a)包括:
[0022]步驟al)、利用所述角速度測(cè)量裝置測(cè)量所述旋轉(zhuǎn)部分的第一瞬時(shí)角速度測(cè)量值；
[0023]步驟a2)、基于所述第一瞬時(shí)角速度測(cè)量值以及上一周期的角位置值計(jì)算所述旋
[0024]轉(zhuǎn)部分的第一角位置值；
[0025]步驟a3)、基于若干所述第一瞬時(shí)角速度測(cè)量值計(jì)算第一瞬時(shí)角加速度值。
[0026]進(jìn)一步地，所述步驟a)還包括:
[0027]a4)利用所述角度測(cè)量裝置測(cè)量所述旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的旋轉(zhuǎn)部分的第二角度測(cè)量值；
[0028]a5)、基于若干個(gè)周期的第二角度測(cè)量值計(jì)算所述旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的旋轉(zhuǎn)部分的第二瞬時(shí)角速度；
[0029]a6)、基于若干個(gè)周期的第二瞬時(shí)角速度計(jì)算第二瞬時(shí)角加速度；
[0030]a7)、將所述第一瞬時(shí)角速度測(cè)量值和所述第一瞬時(shí)角加速度值與預(yù)定極限值以及上一周期的相應(yīng)值分別進(jìn)行比對(duì)，以判斷從所述角速度測(cè)量裝置所采集的數(shù)據(jù)是否有效；
[0031]a8)、將所述第二瞬時(shí)角速度和所述第二瞬時(shí)角加速度與預(yù)定極限值以及上一控制周期的相應(yīng)值分別進(jìn)行比對(duì)，以判斷從所述角度測(cè)量裝置所采集的數(shù)據(jù)是否有效；
[0032]a9)、如果從所述角速度測(cè)量裝置所采集的數(shù)據(jù)以及從角度測(cè)量裝置所采集的數(shù)據(jù)均無(wú)效，則基于上兩個(gè)周期從所述角速度測(cè)量裝置和角度測(cè)量裝置測(cè)得的測(cè)量值采用線性外推算法預(yù)測(cè)當(dāng)前所述旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的當(dāng)前角位置值；
[0033]alO)、如果從所述角度測(cè)量裝置所采集的數(shù)據(jù)無(wú)效而從所述角速度測(cè)量裝置所采集的數(shù)據(jù)有效，則基于所述角速度測(cè)量裝置測(cè)得的第一角速度測(cè)量值以及上一周期的角位置值計(jì)算所述旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的當(dāng)前角位置值；
[0034]all)、如果從所述角度測(cè)量裝置所采集的數(shù)據(jù)有效而從所述角速度測(cè)量裝置所采集的數(shù)據(jù)無(wú)效，則將所述角度測(cè)量裝置測(cè)得的第二角度測(cè)量值作為所述旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的當(dāng)前角位置值；
[0035]al2)、如果從所述角度測(cè)量裝置所采集的數(shù)據(jù)和從所述角速度測(cè)量裝置所采集的數(shù)據(jù)均有效，則將第二角度測(cè)量值與從第一角速度測(cè)量值計(jì)算的所述旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的角位置值進(jìn)行等權(quán)融合，作為所述旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的當(dāng)前角位置值。
[0036]在步驟a7)中，不管是速度還是