[发明专利]负载偏心下二维转台俯仰运动的高精度伺服控制系统及方法

权利要求书

1.负载偏心下二维转台俯仰运动的高精度伺服控制系统，包括位置环控制器、速度环控制器、D/A转换器、电流环控制器、PWM逆变器、电机电流信息采集与处理单元、高精度角度传感器和角速度运算器；

其特征在于：

还包括偏心力矩运算器和加法器；

偏心力矩运算器包括偏心重力力矩对应电流值计算单元、偏心重力力矩对应电流值正负判断单元和当量转换单元；

偏心重力力矩对应电流值计算单元用于接收来自所述高精度角度传感器的俯仰轴负载绕OX轴的实时转动角度θ_i，并依据公式mgρcos(θ₀+θ_i)计算偏心负载引发的偏心重力力矩值，以及依据公式mgρcos(θ₀+θ_i)/K_T计算为了补偿偏心重力力矩值，对应俯仰轴电机所需输出电流值，即为偏心重力力矩对应电流值；m为偏心负载的总质量；g为重力加速度；ρ为俯仰轴负载质心点在基座坐标系OXYZ下的偏心距；θ₀为俯仰轴负载质心点在基座坐标系OXYZ下的偏心角度；K_T为俯仰轴电机力矩系数，单位NmA；

偏心重力力矩对应电流值正负判断单元用于接收来自所述高精度角度传感器的实时转动角度θ_i经角速度运算器处理输出的的实时转动角速度并依据实时转动角速度判断出所述偏心重力力矩对应电流值的±符号；

所述当量转换单元用于依据所述D/A转换器的单位数字量与所述俯仰轴电机输出力矩、俯仰轴电机电流的当量关系将带±符号的偏心重力力矩对应电流值转换为数字控制量D_t输出给所述加法器；

所述加法器用于将所述数字控制量D_t与所述速度环控制器输出的电流控制量D_k相加，将相加结果输出给所述D/A转换器。

2.基于权利要求1所述负载偏心下二维转台俯仰运动的高精度伺服控制系统的高精度伺服控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)数据准备

称重确认偏心负载的总质量m；根据俯仰轴电机出厂测试报告获取俯仰轴电机力矩系数K_T；根据轴承及润滑情况，参照电机转子手册与转轴设计参数，估算力矩T_d；力矩T_d为轴系摩擦力矩与电机转子、转轴转动的驱动力矩的总和；

2)在俯仰轴上装配偏心负载；

3)求解偏心负载的偏心位置

3.1)向俯仰运动的伺服控制系统输入角度定位指令θ，θ为俯仰轴上负载绕OX轴的转动角度，是定值，则有ρcos(θ₀+θ)＝(K_T*I-T_d)/mg；

3.2)向3.1)中的公式输入两个以上不同的θ得到不同的俯仰轴电机电流I，联立为矛盾方程组，求解出偏心负载的偏心位置(ρ，θ₀)的极小最小二乘解；

4)获取偏心重力力矩对应电流值的数字控制量D_t

4.1)将俯仰轴负载绕OX轴的实时转动角度θ_i与对实时转动角度θ_i处理得到的实时转动角速度注入偏心力矩运算器；

4.2)根据公式mgρcos(θ₀+θ)计算偏心负载引发的偏心重力力矩值，根据公式mgρcos(θ₀+θ)/K_T计算偏心重力力矩对应电流值；

4.3)根据对实时转动角度θ_i处理得到的实时转动角速度判断出偏心重力力矩对应电流值的±符号；

4.4)当量转换

依据D/A转换器的单位数字量与俯仰轴电机输出力矩、俯仰轴电机电流的当量关系将带±符号的偏心重力力矩对应电流值转换为数字控制量D_t输出；

5)三闭环参数指标精度调试。

3.根据权利要求2所述的高精度伺服控制方法，其特征在于：所述步骤5)具体为：将步骤4)得到的数字控制量D_t与速度环控制器输出的电流控制量D_k相加，将相加结果最终输出给D/A转换器，D/A转换器将数字量转换为模拟电流控制量i输出；模拟电流控制量i与电机电流信息采集与处理单元输出的电流采集模拟量，相减输出给电流环控制器，构成电流闭环控制，最终构成三闭环系统，实现负载偏心下偏心力矩实时精确补偿的功能。