[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

说明书

为了减小非线性干扰力矩对二维高精度转台精度的影响，本发明提供了一种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。本发明依据负载偏心产生的偏心重力力矩具有余弦特性，进行力矩补偿，达到消除偏心重力力矩，实现负载偏心二维转台俯仰运动的高精度高平稳控制。

技术领域

本发明属于二维精密转台伺服运动控制领域，涉及一种负载偏心下二维转台高精度伺服运动控制问题，具体涉及一种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。

背景技术

在航空、平流层飞艇等飞行器上，由于安装空间受限，其上搭载的二维高精度转台常常出现俯仰轴上负载无法配平，有较大偏心的情况(如图5所示)，需要设计相应的控制策略，减少偏心导致的非线性扰动力矩。

国内外对负载偏心下二维转台俯仰运动控制研究文献与专利较少，而多自由度机械臂的末端关节也无法进行配重，其抓举、搬运也会具有负载偏心的相似特点。但是多自由度机械臂与二维转台的控制系统上还是有所差异，多自由度机械臂可以利用自身运动来实现自身平衡，而二维转台无法采用此策略。

多自由度机械臂的末端关节控制与抓举等伺服控制策略，由于多关节联合协同运动，运动学与动力学均复杂，只能默认力矩变化为未知，需进行偏心力矩辨识后应用现代控制理论进行补偿。而二维转台的负载偏心位置不变，其控制策略可以进行简化。

本发明根据工程实践，设计了一种负载偏心下二维转台俯仰运动的高精度伺服控制系统与方法，不仅适用于地面无法配平的经纬仪，也适用于航空、航天类似负载偏心下二维转动机构的控制。

发明内容

为了减小非线性干扰力矩对二维高精度转台精度的影响，本发明提供了一种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。

本发明的技术方案是：

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；

其特殊之处在于：

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；

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。

本发明还提供了一种基于上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，其特殊之处在于，包括以下步骤：

1)数据准备