转台系统

转台系统（共11篇）

转台系统 篇1

1.存在的问题

车间焊接转台使用近15年, 电气控制系统采用TDGC型单相调压器进行设备转速, 这种速度控制方式存在一些问题: (1) 转台低速运转时有明显卡顿现象, 严重影响产品焊接质量。 (2) 无法精确变速和显示转速, 使用不便。 (2) 调压器对使用者有较大安全隐患。为此, 对焊接转台调速系统进行改造。

2.改造实施

(1) 保留直流电机, 经过调研, 改用直流电机控制器——博山电机SK400B型直流电机控制稳压电源, 进行电机调速。SK400B型稳压电源采用脉宽调制技术, 电枢输出电压稳定度高, 电枢电压从零到额定值连续可调, 使得电机调速极为方便。电源工作频率高, 确保电机在低速下能稳定工作, 不出现爬行现象。

(2) 改造控制面板, 使其直观显示各个功能状态。SK400B型稳压电源内部装有正反转继电器, 可实现正反转切换功能, 配合组合开关使电枢输出电压分别接入不同电机, 实现快慢速两挡转换。增加急停开关, 保证操作安全。将DP3A型数显电压表接入调速电位器, 用转速仪标定后, 可实现转速数字化显示, 使操作更加直观。

焊接转台调速系统改造后, 转台运行正常, 达到预期效果。

转台系统 篇2

精密转台系统非线性动态自适应控制器设计

提出了一种用于精密转台平滑鲁棒自适应控制器.通过基于σ改进方案的自适应律估计得到未知摩擦参数和非线性项的常值上界,并且利用一种平滑预测算法来改进用于估计不可测摩擦状态的双观测器.为了抑制不确定非线性项,加入了无抖振滑模控制项.通过Lyapunov方法证明了系统的.位置跟踪误差是一致最终有界的.仿真研究表明了该控制方案的有效性.

作 者：王忠山 王毅 苏宝库 WANG Zhong-shan WANG Yi SU Bao-ku 作者单位：哈尔滨工业大学空间控制与惯性技术研究中心,哈尔滨,150001刊 名：航空精密制造技术 ISTIC英文刊名：AVIATION PRECISION MANUFACTURING TECHNOLOGY年，卷(期)：44(2)分类号：V249.12关键词：精密转台系统 摩擦补偿 不确定非线性项 平滑鲁棒自适应控制器

请转台，办公室激情戏码上演中 篇3

“我回来了!”听到皓宇一如既往的疲惫声音，穿好一身职业套装的我在书房的电脑椅上汗湿了手心，暗暗给自己打气，决不能自己先掉链子。

听见他换了拖鞋往卧室走去，我连忙起身走到门边，倚着门框娇滴滴地说：“老板，你迟到了哦!”

皓宇拿着睡衣的手停在半空。开始打量我：“在家穿着这么正式干什么?”我转身走向书桌，他不解地跟了进来，我开始小小窃喜，嘿嘿，这个笨男人正一步步掉进我的“情色陷阱”里。不等他开口，我转身拉起他的领带顺势倚在他怀里，千娇百媚地说：“老板，现在办公室只有我们俩哦!”边说边把微敞领口的胸部往他跟前凑了凑。

皓宇大概被我弄迷糊了，他望向我的眸子里已经燃起了火星。“老板，您累了吧，我来给您按摩一下好不好?”我不由分说把他摁在了转椅上。不明状况的他有些手足无措，我忍住偷笑，想看他接下来会有什么反应。

我站在他身后，冰凉的手指探进他的西服里，隔着衬衫感觉他直线上升的体温。还故意将身子往前探，用碎发轻扫着他的脸颊，从他闭上眼深吸了一口气我知道他应该闻到了我喷洒在颈后的玫瑰香水。

说实话，每次和皓宇亲热都是在洗漱之后，很少闻到他身上的烟草味，我欲罢不能地贪婪呼吸着。不行，我可不能先缴械了。“老板，我给您揉揉太阳穴吧。”

我绕到前边，并腿坐上他的大腿，紧身的一字筒裙让我不得不把动作放慢，皓宇饶有兴致地看着我。“来，把眼睛闭上。”我承认，要他闭上眼睛是剧情的需要，但是在此刻却是我的迫切需要，我不能让他看出我的局促。

他乖乖地闭上眼晴，手却没有停止在我背上抚摸。我很专注地为他按摩太阳穴，抚平他因工作压力大而习惯性微蹙的眉头。当我有意识地把傲人的胸部往他脸上贴时，他的呼吸紧促起来，那只游走在我背上的手也探进了衬衫，忽然他倒抽一口气：“小妖精，你居然没穿内衣。”这是他第一次这么叫我，语气里充满了宠溺和含混不清的欲望，比叫我宝贝更让人兴奋。

皓宇起身把我抱起，我一边娇嗔一边羞怯地指了指书桌，“老板……不如……就在这吧。”皓宇眼中的火星已经蔓延成炽烈的火焰，他果断但不失温柔地将我放在桌边，腾出一只手将键盘等杂物推向一边。我像藤蔓一样两腿缠上他的腰，贴身的短裙褪到了腿，黑色的网眼吊带袜也几乎要到了尽头。我想要遮掩已经来不及，一切已经尽收他眼底，那样子，好香艳。

容不得我多想，皓宇火热的吻就铺天盖地将我淹没，他在耳边的低语也因欲望满溢历沙哑起来，“该死，你竟然连内裤也……”我慌忙用手指堵住了他的唇，战栗地埋头躲进他的怀里。

想起闺密栀子的话，你们还这结婚就就审美疲劳，那怎么行啊?花点心思吧丫头，男人会很受用呢!

是的，我不能演砸这出戏。看皓宇慌乱地扯着领带，突然心疼起来。“让我来吧!”也许从来没有见过我这么主动，又或是他也很享受这充满刺激的探索而故意放慢了节奏。他着迷而安静地看着我，而我在他注视下紧张得手指都不听使唤起来。

他把我平放在桌面上，实木材质的冰凉触感让我条件反射般想要坐起来，却刚好和他火热的胸膛相撞，肌肤相亲的美好触感妙不可言。恰到好处的位置让他有力地闯入我的身体，而我，早已经为他湿润了……

区别于床上的软玉温香，书房里简洁的摆设、刚硬的线条更让人充满力量。借着百叶窗里渗进来的微弱天光，我看见皓宇紧闭的眼微仰的头以及额上细密的汗珠，看到自己跷起的腿上性感的黑色网袜和精致的细高跟鞋，这个场景是那么陌生却又新奇刺激。身体里一波波迫切想要找到出口的汹涌渴望在一次次地冲撞中不断升级，地动山摇的感官刺激让我两手扣紧桌沿顾不得矜持地喊叫出声…

情到深处，我揽过皓宇的头，在他耳边发号施令般呢喃：“亲爱的，明天，我还等你下班!”皓宇露出迷人而狡黠的笑：“遵命，‘秘书’大人!”

一种全自动转台调平系统设计 篇4

调平装置是系统稳定工作的前提, 许多车载设备在到达指定工作地点后, 都需要一个高精准的水平转台, 因此具有重要作用。过去往往采用人工手动调节方式, 依靠人眼观察基准水泡, 经过反复调整才能达到要求, 调节时间长, 容易受人为因素影响。自动调平可有效的减少操作人员的数量, 降低工作强度, 提高工作效率, 缩短工作时间, 因此自动调平技术的应用越来越广泛。

自动调平方法主要有三点调平原理、四点调平原理和六点调平原理。四点和六点调平原理支撑可靠, 抗倾覆能力强, 但是容易产生“虚腿”, 每个支腿受力不均, 导致平台水平度降低。三点支撑调平相对容易, 支腿受力均匀, 调平过程简单, 可以保证平台稳定的工作, 因此本系统采用三点支撑调平方法。

2 系统组成

系统由高精度倾角仪、调平控制单元、支架、力矩电机、转台、调平支腿、支腿限位开关和直线电机组成。每个支腿上安装一个直线电机, 同时在支腿对应位置安装支腿限位块, 支腿限位开关固定安装在支架上;高精度倾角仪同心安装在转台上, 测量轴平行于台面。 (图1)

3 系统工作原理

系统利用差分原理, 以调平控制单元为中心, 由调平控制单元控制轴系带动转台转动180°, 高精度倾角仪测量转动前后转台倾斜角度数据, 调平控制单元解算出转台的倾斜误差, 根据倾斜误差, 计算三个调平支腿的高度, 确定其中两个较低支腿;控制单元控制较低两个调平支腿的直线电机向上转动, 实时采集高精度倾角仪数据, 并计算当前倾斜误差, 当倾斜误差小于6”时, 调平结束。 (图2)

4 系统设计与实现

调平控制单元是本系统的核心, 主要由单片C8051F020、RS232串口收发器MAX3232等芯片组成, 如图3所示。调平控制单元通过串口接收倾角仪的角度数据;计算转台的倾斜误差, 输出脉冲信号控制电机驱动器, 驱动电机转动实现设备自动调平;通过I/O口接收限位开关的电平信号, 当到达限位位置时, 控制电机停止转动, 起到保护作用。

C8051F020是完全集成的混合信号系统级MCU, 主要模块包括模拟外设、片内JTAG调试和边界扫描、高速控制器内核和数字外设等几部分, 所有的模拟和数字外设都可全功能运行, 其主要特性如下:32位数字I/O端口 (引脚) ;25MIPS高速流水线式8051微控制器内核 (兼容CIP-51) ;全速非侵入式的在系统调试接口;真正12位、100ksps的8通道ADC, 带PGA和模拟多路开关;2个12位DAC, 可编程更新时序, 内部电压基准, 同步输出, 用于产生无抖动波形;片内真正12位100kbps的8通道ADC (带模拟多路开关) ;64K字节可在系统编程的FLASH存储器;4352字节的片内RAM;可寻址64K字节地址空间的外部数据存储器接口;硬件实现的SPI/SMBus/I2C和2个UART串行接口;5个捕捉/比较模块的可编程计数器/定时器阵列。

其最突出的优点就是, 通过设置交叉开关寄存器控制片内数字资源映射到外部I/O引脚, 这就可以允许用户根据自己的特定应用背景, 选择通用I/O端口和所需要数字资源。

串口收发器MAX3232是TI公司推出的一款兼容RS232标准的芯片。该器件包含2个驱动器、2个接收器和一个电压发生器电路提供TIA/EIA-232-F电平, 该器件符合TIA/EIA-232-F标准, 每一个接收器将TIA/EIA-232-F电平转换成5-V TTL/CMOS电平, 每一个发送器将TTL/CMOS电平转换成TIA/EIA-232-F电平, 可实现调平控制板与倾角仪之间的通讯。

5 结语

本文结合三点支撑原理和差分测量方法, 设计了以控制单元为核心的全自动转台调平系统, 该系统调平时间短, 调平精度高, 并且无需人工干预, 为车载设备的稳定工作提供了保障, 可广泛应用。

摘要：为了实现准确、快速的转台调平, 本文设计了一个全自动转台调平系统。文中介绍了该系统的组成、工作原理以及详细设计。系统采用三点支撑原理和差分测量方法, 以控制单元为核心, 控制转台转动180°, 高精度倾角仪采集转台转动前后的倾斜数据, 由控制单元解算倾斜误差, 根据该误差, 计算调平支腿直线电机的移动量, 同时驱动直线电机移动, 控制单元实时采集倾角仪数据, 当倾斜误差小于6″时, 调平结束。

关键词：全自动,调平,转台

参考文献

[1]罗君, 王志乾.捷联寻北系统自动调平方法研究[J].电子测量与仪器学报, 2014 (10) :1117-1122.

八天环岛玩转台湾的作文 篇5

今年，我和我的家人一起游览了宝岛台湾。从杭州萧山机场飞往台北松山机场需要1小时30分钟的飞行才能到达。到了松山机场以后呢，我先认识了我们的导游：娜娜，接着又认识了这八天都要和我们在一起的司机大哥。介绍完这些重要人物以后，就要介绍我们第一天的奇妙旅程了。

第一天

白云悠悠，蓝天依旧的第一天，我们来到了野柳风景区。那里有许许多多的奇形怪状的石头。如驰名中外的女王头、仙女鞋，惟妙惟肖，令我们叹为观止。

然后呢，我们就得去吃晚饭啦，今天的晚饭就在九份老街这些愉快的决定了。九份老街还真不愧是九份老街啊！名不虚传！有好多好玩的和好多好吃的，真是贪玩人的海洋，吃货的世界。

饱餐了一顿以后，我们就来到我们今晚住的饭店，（台湾的酒店是喝酒的，饭店是住的），睡大觉啦！

第二天

第二天，睡饱了，出发了。烈日炎炎的第二天，我们要从台北地区跑跑跑，跑到台中地区，首先我们在台北参观了大名鼎鼎的故宫博物院，然后到台中参观赫赫有名的中台禅寺和驰名中外的日月潭。

故宫博物院珍藏了许多珠宝，最有名的是翠玉白菜、清明上河图等，还有许多古代的珍宝、十分美丽。

中台禅寺是一座文化与艺术结合的寺庙，里面有四大天王和许许多多、大大小小的佛像，庄严而神圣，（中台禅寺不仅是座寺庙，而且还建了中学、小学、博物院等。）

日月潭真是婀娜多姿。中间有个小小光化岛，把这蓝绿色的湖水分为两半，左边像弯弯的月亮，叫月潭；右边像圆圆的太阳，叫日潭。我们还坐船来到了光化岛，吃了娜娜推荐的“宇宙无敌霹雳好吃的`阿婆茶鸡蛋。

啊！一天真快啊！又要回饭店了！

第三天

第三天开始了，阴雨蒙蒙的第三天，我们开始了今天的行，今天我们要从台中前往高雄。在那里我们又去了珊瑚博物馆、85大楼和夜市。

珊瑚博物馆珍藏了许多明贵了珊瑚以及珊瑚王，还有全台湾最大的珊瑚大卖场。

85大楼不是名副其实有85层，398米的高度。我们以30秒的时间登顶，在85大楼的最顶层俯看整个高雄。金色的阳光倒映在海面上，显现出一副别样的涟漪。

而夜市就是吃的天堂，在夜市上，我吃了好多东西，有花生冰沙，有珍珠奶茶，有牛肉面，还有麻糍。吃得我肚子圆鼓鼓的，像个大皮球。

吃饱、喝足，安心睡觉了。

第四天

第四天，又出发了，艳阳高照的第四天，我们来到了垦丁公园，去了猫鼻头公园。猫鼻头公园是一大块石头，因为它的样子就像是一个猫转过头来的样子，所以被称为是猫鼻头公园。参观完猫鼻头公园，我们又吃了当地特产：“飞鱼”和“那个鱼”，（那个鱼真的是鱼的名字哟）。真是好吃，里嫩外脆，可口极了。

饱餐一顿了以后呢，我们又用了3、4个小时的车程，到了台东，住了温泉酒店，泡了泡温泉，睡大觉啦。

第五天

第五天，阳光明媚的第五天，我们从台东前往花莲。在花莲，我们来到了水往上流的奇观，石梯坪和太鲁阁峡谷。

咦？水咋会往上流呀？大家都会这样问，其实，水是不会往上流的，只是人们运用了这里山上地形和水的冲力让水往上流的。接着，我们又坐车来到了太鲁阁大峡谷，那里四处都是大理石岩。我们还走了峡谷边的石梯坪，那里的楼梯都是自然形成的石梯，一步一个，十分均匀。

玩完了，看完了，拍完了照，回饭店睡觉啦。

第六天

第六天，微风徐徐的第六天，我们绕完了一圈回台北，我们先坐了台湾的火车，然后再转大巴，到了台北的国父纪念馆和101大楼这两个景区。

国父纪念馆是纪念国父孙中山先生的。孙中山是对国家做出了很大贡献的一个人。101大楼，当然，101层。可是因为时间关系，没有机会登顶，只能在下面逛街，其实逛街也不，我们买了很多东西，有凤梨酥、牛扎糖、果冻、珠宝，还有我的生日礼物：手表。

哈哈，满载而归，回饭店休息唠。

第七天

第七天，天气好，心情好，这一天的自行由真正好。早上睡了个大懒觉，准备出发了！

自由行，想去哪儿，就去哪儿。一整天的自由行出发喽。我们先去了士林观邸，那里是蒋中正和宋美龄的住所。接着，我们又去了中正纪念堂，那里是纪念台湾第一任主席：蒋中正的，在那里，我们还看了卫兵交班仪式，他们一个个步伐整齐，从侧面看就像是一个人一样。

最后，我们去了诚品书店，它是台湾最大的书店，而且是24小时开放的哦，里面能看书，能吃东西，还能玩儿，真是太棒了，我还买了一本繁体字的漫画书。

看完书，买完书，睡觉。

第八天

转台系统 篇6

关键词：五轴机床；运动误差；辨识；加工测试

1.加工测试

摇篮式五轴机床转台回转轴的安装定位误差直接影响着工件相对于刀具位置的准确性。回转轴有三个直线位移误差 ， ， 和三个转角误差 ， 和 。其中对机床加工精度有显著影响的有：线性位移误差 、 ，角位移误差 、 。对于其余的运动误差进行分析可知： 可通过对刀等程序予以消除， 在回转轴的输出转角方向上，因此可以忽略不计。所以，只需检测出旋转轴的四项运动误差即可。

目前，五轴机床旋转轴误差辨识多采用非切削测量方法[1-2]，需要用到专用测量仪器。这些专用仪器的安装检测过程复杂，对检测人员技术要求高，对各种不同类型的五轴机床通用性不强。

根据本文作者前期研究提出的误差模型[3]进行误差辨识研究，如图1所示，工件加工的步骤如下：

1.1将工件安装在初始位置，即：Y轴保持静止，A轴保持水平静止，工件放在旋转轴（C轴）转角为0处（+X方向），距离工件中心距离为L。

1.2加工测量基准面

先测量基准面，方法如下：

在工件两侧沿Y方向各切削一平面，再沿X方向各切削一平面，宽度为2l，切深为h。切出四条交线a0、b0、c0、d0。a0和c0之间的距离是P0。b0和d0的距离是Q0。

1.3加工被测量平面

加工完测量基准面后刀具回到加工起始点，以消除运动误差对被测量平面切削的影响。在旋转轴转角为0度时，在工件边缘沿Y方向切削一平面，切宽为p，切深为h（相对于第一层），产生交线a。当C轴转角为90、180、270度时，均沿Y方向切削一平面，宽度为p，切深为h（相对于第一层），分别产生交线b、c、d。其中，a竖直面和c竖直面之间的水平距离是P，a水平面和c水平面之间的竖直距离是hca。b竖直面和d竖直面之间的距离是Q。b水平面和d水平面之间的竖直距离是hbd。

2.误差检测

以X方向的加工误差辨识为例，说明误差分离原理如下：

（1）

其中 表示误差敏感方向在+X方向，正是 所在的方向，通过（1）式，可求出 ，即C轴转过180度时，C轴原点在X方向上的漂移量。

同理，我们可以对Y方向和Z方向的误差进行辨识，求得

， ，

由此我们分离出C轴转过180度时，四项运动误差的值。

3.误差辨识

对工件第二层切削的垂直面和水平面的中线进行CMM检测。在每条中线上按一定间隔进行测量。对采样点进行最小二乘拟合，得到拟合直线。两拟合直线的实际距离与理论值的差值就是误差值。

4.结论

本文提出了一种基于加工测试的五轴机床转台回转轴运动误差的辨识方法，采用误差敏感方向矢量从已切削工件中识别运动误差，本方法操作简便，准确可靠，检测效率高，可推广到混合式结构和万能主轴头式结构的五轴机床中。

参考文献：

[1]S.Bossoni and J.Cupic.Test piece for simultaneous 5-axis machining. Laser metrology and machine performance VIII， 2007.P.24-33.

[2]C. Hong， S. Ibaraki， and A. Matsubara， Influence of position dependent geometric errors of rotary axes on a machining test of cone frustum by five-axis machine tools. Precision Engineering， 2011.35（1）： p.1-11.

[3]张亚，傅建中，陈子辰.摇篮式五轴机床空间误差的简化建模方法.机械设计， 2012.29（10）： p.76-79.

作者简介：张亚（1982.1-），男，机械制造及其自动化专业，博士，研究方向为数控技术。

转台系统 篇7

随着武器装备的信息化发展,惯性导航系统在装甲战车上得到广泛应用。但长时间在野战条件下运行,惯性测量器件容易受到路面颠簸、震动等因素的影响,直接造成车辆导航定位的失准。因此,对车载惯性导航系统的测试显得尤为重要。测试转台是惯性导航系统检测的主要测试设备[1,2]。以往的通用测试转台为了突出其通用性,往往结构复杂,造价也较高。但对于基层装甲部队来说,他们需要一种结构简单、性能可靠、运输方便、操作简单的专门用于车载惯导测试的单轴转台。本文针对基层装甲部队对车载惯性导航系统测试的需要,结合车载惯性导航系统的测试特点,设计开发了基于伺服电机直接驱动的单轴测试转台。

1 单轴测试转台的原理

单轴测试转台是机电一体化产品,其本质是一个高精度控制系统。它的工作原理如图1所示。工控计算机的指令信号和编码器的反馈信号,经运动控制器的控制运算,生成控制信号,控制信号通过电机控制转台台面转动;同时,角位置传感器将转台台面的运动量转化为电信号,反馈给运动控制器,从而形成闭环控制系统,对台面的运动进行精确控制。

2 总体设计

为了适应基层装甲部队的实际情况,单轴测试转台不仅要达到相应的技术性能要求,还要使它的结构简单、性能可靠、操作简便、运输方便。测试转台采用立式结构,它比卧式结构的负载能力更强,可靠性更高。同时,采用交流直驱伺服电机,这样不仅可以消除采用减速器所产生的回隙误差[3],而且使转台的结构更简单。采用大直径径向轴承,它可以减小主轴所受力矩,提高转台的负载能力和稳定性[4]。单轴测试转台的总体设计如图2所示。

3 硬件设计

对于采用交流伺服电机直接驱动的单轴测试转台,其本质是一个电动位置或速度闭环控制系统。本设计的硬件系统主要由计算机控制系统、主轴驱动系统和测量系统组成[5,6],其功能是构成闭环控制系统,对转台台面的运动进行精确控制。硬件结构如图3所示。

3.1 计算机控制系统

计算机控制系统主要由工控计算机和运动控制器组成。工控计算机主要功能是对转台运行状态进行监控,防止安全事故的发生;对转台运行中产生的数据进行处理和管理,以便对转台的运行进行分析;对接口驱动程序和参数进行管理,以方便为不同被测惯导器件选择合适的接口驱动程序和合适的参数。本测试转台采用研华ARK-7480型工控机,该型工控机数据处理能力强,可靠性高,接口丰富。

运动控制器是闭环伺服控制系统的核心,它按照伺服控制程序,实现基于工控计算机指令信号和角位置传感器反馈信号的角位置控制和角速度控制。采用PCI1020型运动控制卡,它通过PCI接口与工控计算机连接,具有运行速率快、兼容性好、稳定可靠的优点,并且具有接收伺服电机的各种信号和实时监控的功能[7]。

3.2 主轴驱动系统

主轴驱动系统主要由伺服电机和电机驱动器组成。本设计采用交流直驱伺服电机,它不仅能在低转速下输出大转矩,而且比直流直驱伺服电机可靠性更高。根据本转台所需伺服电机要满足最大力矩为16 N·m,最大转速为0.25 r/s的要求,采用DYNASERV DM1A-050型交流伺服电机。

电机驱动器是实现控制系统的信号控制转变为功率驱动的设备。采用与伺服电机配套的UD1AG3-50型伺服驱动器。该型驱动器封装了电流环和速度环,提高了系统刚度,从而抑制了扰动。

3.3 测量系统

测量系统主要包括角位置传感器和导电滑环。角位置传感器的功能是将检测得到的转台位置和速度信号,转化为相应的电信号。本设计采用的角位置传感器是伺服电机自带的21位光电编码器,其体积小、结构简单,能将测得的角位移转换为数字信号输出,实现对角位移和角速率的测量。

导电滑环是实现两个相对转动机构的信号和电流传送的精密输电装置[8]。本设计采用JZ36系列精密导电滑环,它具有42线传输能力,且电磁兼容性好、摩擦力矩小、使用寿命长。

4 软件设计

应用Visual C++6.0可视化应用程序开发工具,软件系统分为工控计算机管理监控软件和运动控制卡伺服控制软件。工控计算机管理监控软件主要进行人机交互、数据管理、驱动程序和参数选择及状态监控;运动控制卡伺服控制软件主要功能是按照设定的控制算法,对转台进行伺服控制。

4.1 工控计算机软件

工控计算机软件采用模块化的设计原则,根据对功能的分析,将工控计算机管理监控软件划分为人机交互、数据管理、程序和参数选择和数据库管理4个模块,如图4所示[9]。

人机交互模块为用户提供输入/输出界面和相关提示,显示转台的运行数据和运行状态。数据管理模块对转台运行过程中产生的数据进行采集、处理和输出,以便对转台的运行进行分析。程序管理模块针对不同的被测负载,为接口电路选择相应的驱动程序和适当的参数。数据库管理模块提供给用户一个良好的数据库接口,使用户可以对数据库内的软件参数和运行结果进行添加、删除和查询。

4.2 运动控制卡伺服控制软件

运动控制卡伺服控制软件在保证转台安全和稳定的前提下,进行角位置控制或角速度控制。伺服控制软件流程如图5所示。

4.3 积分分离PI算法

本单轴测试转台主要进行角位置控制和角速率控制。在进行角位置或角速率控制时,需要将台面在较短时间内、较小超调量下,达到相应的控制效果。在控制过程中,其干扰主要是摩擦力矩。由于台面的运行方式较简单,干扰单一,所以采用积分分离的PI控制。

在转台运行的开始阶段,角位移(或角速率)与设定值偏差较大,采用P控制,且比例系数较大,驱动电机以较大的功率带动转台台面,使台面短时间内达到所需的角速率;当角位移(或角速率)与设定值偏差达到某规定值时,采用PI控制算法,对被控量进行精确控制。采用积分分离的PI控制算法,既可以使台面在短时间内获得较大的角位移或角速率, 又能消除静差, 提高控制精度,还避免了采用普通的PI控制算法可能导致的积分过饱和与超调[10]。

5 运行结果

经实际运行,本单轴测试转台负载能力60 kg,速率范围为5～90 (°)/s,最大加速度为100 (°)/s2,角位置精度为0.01°,速率精度为0.01 (°)/s2。图6为45°位置阶跃响应及误差, 响应时间小于0.65 s,在误差允许的范围内,基本实现了无静差调节。

6 结 语

基于车载惯性导航系统检测的需求以及基层装甲部队的实际情况,设计开发了通用车载惯性导航系统单轴测试转台。该单轴测试转台不仅达到了相关的精度要求,而且结构简单、使用简便、可靠性高、造价低廉、运输和安装方便,适合基层装甲部队使用。

参考文献

[1]梅硕基.惯性仪器测试与数据分析[M].西安:西北工业大学出版社,1991.

[2]登哈德.惯性元件试验[M].北京:国防工业出版社,1978.

[3]龚振邦,陈守春.伺服机械传动机构[M].北京:国防工业出版社,1980.

[4]姜复兴,庞志成.惯导测试设备原理与设计[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2008.

[5]王天苗,丑武胜.机电控制基础理论及应用[M].北京:清华大学出版社,2003.

[6]徐瑞琴.一种外场型陀螺测试转台的设计与工程实现[J].测控技术,2003,22(12):10-12.

[7]北京阿尔泰科技发展有限公司.阿尔泰产品型录[M].北京:北京阿尔泰科技发展有限公司,2009.

[8]张岩峰.双轴速率转台[D].长春:长春理工大学,2008.

[9]陈康.转台系统通用软件的研究[D].西安:西北工业大学,2004.

转台系统 篇8

伺服系统是自动控制领域一种重要的控制系统，随着科学技术的发展，伺服系统在现代工业、军事等领域发挥着日益重要的作用。伺服系统可以分为液压伺服系统、交流伺服系统、直流伺服系统等。液压伺服系统技术成熟，但存在漏油、易污染、难维护等缺点;交流伺服系统性能虽已接近直流系统，但构成复杂，成本较高;PWM直流伺服系统则具有效率高、响应快、噪声小、调速范围宽等显著优点。随着微计算机技术和电力电子技术的不断发展，以专用电机控制芯片和智能功率模块组建伺服系统已成为一种趋势。

新一代电机控制器TMS320F2407，具有DSP内核，将DSP的高速运算能力和面向电动机的高效控制能力集于一体，非常适合电机的数字化控制。

2 TMS320F2407的基本原理

TMS320F2407是专门针对电机、逆变器、机器人、数控机床等控制系统而设计开发的一款高性能微处理器。它以16位定点CPU为内核，配置了完善的外围设备，非常适合于电机的数字化控制。TMS320F2407具有如下特点：

1)高性能的静态CMOS制造技术，使得该DSP具有低功耗和高速度的特点，工作电压3.3V, 指令周期最短仅25ns (40MHz)，最高运算速度可达40Mips。

2)片内集成了32K字的Flash程序存储器、2K字的单口RAM (SARAM)、544字的双口RAM (DARAM) 。

3)提供外扩展64K字程序存储器、64K字数据存储器、64K字I/O寻址。

4)两个用于电机控制的事件管理器(EVA和EVB)，每个事件管理器包含：2个16位通用定时器、8个16位脉宽调制(PWM)输出通道、1个能快速封锁输出脉冲的外部引脚PDPINTx，具有防止上下桥臂直通的可编程死区单元、3个捕捉单元 (CAP) 、1个增量式位置光电编码器接口(QEP) 。

5)可编程看门狗定时器，保障程序安全可靠的运行。

6) 16通道10位A/D转换器，4个启动A/D转换的触发源，最快A/D转换时间位375ns。

7)控制器局域网(CAN) 2.OB模块。

8)串行通信接口模块(SCI)和串行外设接口模块(SPI)。

9) 41个通用数字I/O引脚。

10) 32位累加器和32位中央算术逻辑单元(CALU), 16位乘l6位并行乘法器。

TMS320F2407将强大的运算能力和面向电机控制的丰富的硬件资源集于一体，非常适合电机的实时控制，便于各种复杂控制策略的实现，是开发数字伺服系统的良好平台。

3 系统硬件设计

3.1 系统总体设计

以DSP控制器TMS320F2407为主控单元，构建了转速电流双闭环PWM速度伺服系统。系统由数字控制器、功率驱动模块、直流伺服电机、电流传感器、测速发电机等组成。

数字控制器实现系统的全数字化控制，完成系统初始化、主令获取、电流采集、速度采集、速度调节、电流调节、PWM输出等功能。

系统采用电流速度双闭环控制，其中速度环为外环，用以增强系统抗负载扰动的能力，抑制速度波动，实现转速的精确控制;电流环为内环，用以限制电机的最大工作电流，缩短电流环的响应时间，使系统在允许的电流下快速启动。双闭环控制的特点是电机的转速和电流分别由两个独立的调节器进行调节和控制，转速调节器的输出即电流调节器的给定，因此电流环能够根据转速的偏差自动调节电机的电流，从而实现电机转速和转矩的精确控制。

系统既可接收CAN总线或RS232串口的数字速度主令，又可通过内部的A/D采集电路采集模拟速度主令。系统工作原理框图如图1所示。

3.2 反馈电路设计

电流检测电路采用霍尔电流传感器LA58-P作为电流检测元件，检测电机的电枢电流。LA58-P的变比为1:1000，由于TMS320F2407要求的A/D输入信号为0-5V模拟电压信号，因此，电流传感器输出的弱小电流信号首先经过采样电阻R1转变为电压信号，通过RC电路滤波后，通过运算放大器进行标度变换，变换为0-5V的电压信号，送人DSP的A/D采集通道。电流检测电路如图2所示。

其中，R1为精密采样电阻，作为霍尔元件的负载电阻。选用LF353构成同相放大器，对电流信号进行标度变换。因设计电机的最大电流为±15 A，故整定参数时选择当电机电流为+15 A时，对应放大器的输出为5V;当电机电流为-15 A时，对应放大器的输出为0V。从而将具有正负极性的电流反馈信号转换为单极性信号送入DSP的A/D采集模块。A/D转换器为10位，故-15 A-+15 A所对应的数字量为0-1024。

速度信号检测电路原理同电流检测电路，不同处为霍尔电流传感器被测速电机(和执行电机同轴)取代。

3.3 PWM输出

在数字化PWM系统中，将数字量的控制信号转换为理想的控制脉冲，施加于被控对象，这是PWM调制技术的核心所在。

TMS320F2407内含三个16位的通用定时器，计数范围均为0-65536。计数脉冲可由内部时钟分频产生，也可由外边引脚提供，计数方向可增可减。定时器内设周期寄存器和比较寄存器，当计数值和周期寄存器或比较寄存器相等时，分别产生周期匹配和比较匹配两种事件。周期匹配决定调制波的周期，比较匹配则在调制波的各个周期内产生不同的脉宽。因此，根据调制频率设定周期寄存器的值，根据已得到的脉宽变化规律在每个周期修改比较寄存器的值，以得到不同的脉宽，这是数字化PWM的基本原理。

如果采用锯齿波作为调制波，即将设为单增或连续增计数模式，则调制波周期为T=(T×PR+1)个计数脉冲，有效电平周期τ=(T-T×CMPR)个计数脉冲，故脉冲占空比为:

其中：T×PR为定时周期寄存器，T×CMPR为定时比较寄存器。

由于功率部分采用IPM智能功率模块，其内部为3相桥结构，并其内置的IGBT开通关断均需一定时间，为了防止上下桥臂直通，确保IPM的安全工作，需要在上下桥臂状态转换时插入一个无信号时间，这段时间称为死区。DSP内含死区发生电路，为了使用该电路，首先要设置死区控制寄存器DBTCON的EDBTx (x=1, 2, 3)为1，然后根据需要的死区时间σ(多少个CPU周期)设置分频系数kσ(DBTCON的DBTPS1:0)和死区定时器的周期值(DBTCON的DBT7:0)，分频系数kσ乘以死区定时器的周期值再乘以CPU的时钟周期即死区时间即：σ=kσ×DBTPR/Fc (Fc为CPU的时钟频率)。

系统中调制频率设为10kHz，死区时间设为4μs, PWM信号设置为高有效。当通用定时器的值与比较寄存器的值相等时，产生状态匹配事件，输出PWM脉冲信号，作为IPM智能功率模块输入，完成数字控制量的PWM调制。

3.4 功率逆变单元

功率逆变单元选用IPM智能功率模块(Intelligent Power Module)，它将功率元件IGBT与驱动电路、保护电路集成在一起，具有过流、短路、电源电压下降及过热等保护功能。当各种保护回路动作时，即使功率管的控制信号是导通信号，输出也为关断状态，同时向外部发出故障报警信号，有效保障了功率元件的安全工作。在该系统中，选用智能功率模块PM302EA120，额定电压1200V，额定电流为30A，三相桥式结构。IPM的输入采用光耦驱动电路，有效实现了控制信号和动力信号的隔离。为防止IPM在高频开关过程中的di/dt、dv/dt和瞬时功耗给器件造成的冲击，设置RCD缓冲电路(即吸收电路)，改变器件的开关轨迹，控制各瞬态过电压，降低器件开关损耗，保护器件安全运行。其中, 电容选用0.47μF的无感电容, 电阻选用10Ω/10W的功率电阻，二极管选用快恢复二极管。

3.5 保护电路

除了IPM内置的控制电源欠压、短路、过热等保护电路外，系统还设置了母线电压过压、欠压、电枢过流等保护电路。母线电压通过电压传感器测取并通过比较电路和设定的过压、欠压阀值进行比较。当过压或欠压发生时，发出相应的故障信号;电枢过流通过电流传感器测取，当电枢过流现象发生时，发出过流信号。各故障信号由CD4078综合后，经光电耦合输入DSP的PDPINT引脚，任一故障发生时，CD4078输出低电平，PDPINT引脚被强制置为低电平，DSP定时器立即停止计数，封锁输出脉冲，保证了电路的安全工作。

4 系统动态结构分析

直流PWM伺服系统动态结构图如图3所示，其中各变量定义如下。

ASR：速度调节器;ACR：电流调节器;Un*:速度主令;Ui*:电流主令;Ton:速度滤波时间常数;Toi:电流滤波时间常数;KS：功率电路放大倍数;R：电枢回路电阻;T1：电气时间常数;Tm：机械时间常数;Ce：电机反电势系数;α：转速反馈系数;β：电流反馈系数。

系统采用转速电流双闭环控制，由于来自电流检测单元的反馈信号中含有交流分量，需加低通滤波器，Toi为电流滤波时间常数。滤波环节可以消除电流反馈信号中的交流分量，但同时也给反馈环节带来延迟，为了平衡这一延迟作用，在给定信号前向通道中也加入一个时间常数与之相同的惯性环节，称为“给定滤波环节”。从而使给定信号和反馈信号经过相同的延迟，使二者在时间上得到恰当的匹配。由于速度反馈信号由测速电机获取，其输出速度反馈信号含有电动机的换向纹波，也需经过滤波，同电流环，在转速给定的前向通道中也引入时间常数为Ton的给定滤波环节。

5 控制算法设计

数字伺服系统控制算法设计的核心是选择合适的控制策略，并依据控制策略求出相应的控制算法，通过软件予以实现。

系统采用变结构控制算法，即非线性控制与PID控制相结合的控制方式。当系统偏差较大时，采取非线性控制以保证系统快速性;当系统偏差较小时，采用PID控制以实现无静差准确定位。这种控制方式集中了非线性控制和线性控制的优点，保证了系统的快速性和跟踪精度。增量式PID控制的计算机数字化形式如下：

非线性控制采用平方根控制，即当系统位置出现大偏差时，需要以最大加速度加速和系统在较大速度需要快速减速时，采用平方根控制，其控制算法为：

其中：am为系统最大加速度;U (k)为控制量;e (k)为系统速度误差。

6 控制软件设计

系统软件包含初始化子程序、电流中断服务子程序、速度中断服务子程序等。开机后DSP首先运行初始化子程序，屏蔽全局中断，进行系统初始化(系统CLK, EVA、EVB模块和AD转换模式初始化)，包括速度环采样周期定时器初始化、电流环采样周期定时器初始化、PWM调制波周期定时器初始化、死区控制寄存器初始化等。初始化完成后，开启全局中断，采集速度主令信号，等待电流中断和速度中断。

电流中断周期为0.1ms，速度中断周期为1ms，系统电流和速度的采集和调节均在中断服务子程序中完成，为了消除干扰，采用了数字惯性滤波对电流和速度进行滤波。速度中断服务子程序根据误差大小判断采用PI控制还是平方根控制，计算控制量，作为电流环的输入主令。电流中断服务子程序在完成电流控制量的计算后，更新CMPRx，输出PWM脉冲，通过IPM驱动电机的精确运动。

系统控制软件流程如图4所示。

7 试验及应用

根据系统实际应用中的负载和应用情况，搭建系统试验台架，即：采用功率为2kW的72V直流开关电源作为系统母线动力电源，采用直流28V开关电源作为系统控制电源，根据系统实际应用中的传动链和减速，设计相应的惯性轮负载，模拟系统的负载，对系统进行试验。

通过在台架上的试验，测得系统在带载情况下的速度阶跃响应曲线如图5所示。从图5中可以看出，系统上升时间约为0.1 s，超调较小，在0.3 s内速度已基本达到稳定。当电机从0rpm到额定5500rpm的转速旋转时，电机转速误差小于±1%。系统具有很好的低速性能，最低平稳速度可达1rpm。

8 结束语

本文提出并研究了一种基于DSP的转台直流PWM伺服系统，利用DSP丰富的内部资源和IPM强大的驱动功能，实现了系统的全数字控制，并通过软件实现了变结构控制算法。相对模拟系统，本数字系统具有结构简化、电路简单、控制灵活的特点。通过仿真和试验表明，系统具有良好的动、静态性能，并具有很好的实时性和较高的可靠性，在外界参数变化较大的情况下有很强的鲁棒性。

摘要：伺服系统是自动控制领域一种重要的控制系统, 随着科学技术的发展, 伺服系统在现代工业、军事等领域发挥着日益重要的作用。提出并研究了一种基于DSP和IPM的全数字转台直流PWM速度伺服系统, 并对系统硬件电路、动态结构、控制算法、软件流程等做了较为详尽的剖析。系统利用DSP丰富的内部资源和IPM强大的驱动功能, 使系统结构大为简化。通过仿真和试验, 表明系统具有良好动、静态性能, 且在外界参数大范围变化情况下有很强的鲁棒性。

关键词：DSP,PWM,直流伺服系统,控制算法

参考文献

[1]徐承韬, 隋丽萍.PWM直流调速系统设计研究与实践[J].电气应用, 2005.

[2]苏金明, 阮沈勇.Matlab6.1使用指南[M].北京:电子工业出版社, 2002.

[3]吴守箴, 藏英杰等.电气传动的脉宽调制控制技术[M].北京:机械工业出版社, 20O3.

[4]陈辉堂.数字控制系统[M].西安:西安交通大学出版社, 1986.

[5]冯国楠.现代伺服系统的分析与设计[M].北京:机械工业出版社, 1990.

转台系统 篇9

1 转台的基本结构与组成

由于各种民用、军用飞行器技术的快速发展,当今世界各国都十分重视半实物仿真技术的研究和应用,而三轴转台是半实物仿真的重要设备之一[2]。通常,三轴转台提供模拟飞行器飞行姿态角和为被试件提供测试条件的功能,以便验证全数字仿真的实验结果并进一步优化或改良飞行器设计方案。转台负载放在内框之上,由平板固定,内框、中框和外框均可绕其轴向做360°旋转运动,可以模拟飞行器的3个自由度的横滚、俯仰和航向运动。三轴转台由控制部分和机械部分组成,转台的控制部分由一个控制柜和一台IPC组成,转台机械结构由框架结构、动力源、支承结构、驱动方式、轴系结构、配重方式等组成。本课题中的转台采用UOO结构,外框架采用音叉形式(U型),其结构简单,转动惯量小,并可相应缩小转台总体尺寸;中框架和内框架采用封闭框形式(O型),易于实现整圈旋转。转台的3个轴系均采用精密机械轴承支撑,直流无刷电机驱动,运用海德汉增量式编码器进行速度、位置反馈,并在每轴运用滑环进行导线转接,可使框体做无限旋转运动。

2 PMAC控制器简介

PMAC(Programmable Multi-Axis Controller)是美国Delta-Tau公司生产的系列运动控制器。使用Motorola的DSP56000系列芯片作为CPU,最多可实现8轴的伺服控制。具有良好的硬件开放性和软件开放性[3]。

2.1 PMAC的硬件开放性

PMAC支持多种工作平台,允许在PC、STD、VME、PCI等不同总线上运行,方便了用户选择主机类型;有模拟和数字两种伺服接口,能与步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机等多种电机连接,并可对不同的电机提供相应的控制信号;可接受各种检测元件的反馈信息,包括测速发电机、光电编码器、光栅、旋转变压器等;提供串行方式、并行方式和双端口RAM方式与PC机进行双向通信;绝大部分地址向用户开放,包括电机信息、坐标信息及各种保护信息,这些硬件的开放性使用户可以很方便地根据自己的需要进行硬件设备的搭建。

2.2 PMAC的软件开放性

PMAC支持各种高级语言,用户可以使用VB、VC、Delphi等在Windows软件平台上制定用户专用界面;PMAC提供了包含速度和加速度前馈的PID控制和阶式滤波器,电机和负载的双编码器,能纳入用户开发的伺服算法。PMAC具有很强的计算能力,许多数学、逻辑和超越函数的计算都能通过用户程序中的变量和常数进行;内含可编程逻辑控制器。PMAC的I/O点可以扩展至2 018位,所有的I/O点都由软件来控制,只要使用一个类似高级程序中的指针变量指向某一I/O地址,就可以方便地在运动程序和PLC程序中通过该指针变量来对该I/O点进行输入或输出控制。同时该PLC工具有强大的逻辑功能和判断能力,可编制复杂的逻辑关系。

3 控制系统的介绍

3.1 控制系统的原理

对于转台的方位控制,首先通过GPS等得到目标点的方位坐标,经过IPC机计算出目标点的方位角度,把位置信号送入PMAC卡,通过绝对式光电码盘形成闭环,从而达到位置伺服目的,包括速度环和位置环两部分,其控制原理如图1所示。

其中速度环由直流脉宽伺服系统、直流力矩电机以及测速电机构成,测速电机与直流力矩电机同轴并反馈成与转速成正比的电压信号,至直流脉宽伺服系统,从而形成速度闭环。

位置环由PMAC卡、直流脉宽伺服系统、直流力矩电机、光电码盘构成,光电码盘与直流力矩电机同轴并反馈位置信号至PMAC卡,从而形成位置闭环,以实现动态目标跟踪的目的,

3.2 控制系统的硬件组成

为了提高系统的运动可靠性和快速响应能力,转台采用上下位机的两级控制方式,其硬件组成如图2所示。

其中上位机主要根据控制规律进行计算、处理、逻辑判断和存储,实现转台控制的集中监控、综合管理,主要实现系统实时在线综合管理、性能检测、安全保护及监控管理以及数据采集与处理功能。在转台系统运行过程中,上位机完成转台系统性能参数的图形显示、数据处理,得出系统工作所必需的指令和参数。由于工业控制计算机抗震性和抗干扰能力强,工作可靠性高,目前被广泛用于现场数据采集处理及伺服系统的上位计算机。本系统采用研华工控机作为上位机,集中控制多套伺服系统。

下位机是转台控制系统的直接控制级,构成转台内、中、外框三个独立的伺服控制回路。下位机完成伺服控制系统的数据采集与处理、控制律的实施并实现与上位机实时通信。本系统中下位机由PMAC充当,PMAC控制卡通过标准总线与上位机相联,码盘等测速或测角机构通过PMAC上的DD接口传递位置、速度等信息,经PMAC处理,并按上位机给出的控制要求通过PMAC上的DA接口输出合适的电平信号控制转台上的电机运动,从而构成控制闭环。

另外,PMAC通过总线向上位机交换报告转台位置、运行安全等信息,并从上位机获得程序运行所需要的命令,如程序开始、结束和系统复位等。由于PMAC自身的特性,使诸如码盘信号换算、行程限位等功能可以很方便地实现,且PMAC的可编程特性使系统具有很强的扩展能力,整个系统构成要比普通的上下位机系统显得简单实用。而PMAC的使用也使系统更具通用性,只需作少量调整即可应用于其他设备。

4 运动控制系统软件设计

本课题中下位机选用PMAC运动控制卡。该运动控制卡是现在使用的比较普遍、可靠性很高的多轴运动控制器,它的核心硬件是DSP与FPGA,提供运动控制、逻辑控制、数据采集、信息处理、同主机交互等强大的资源,其最大的特点是软硬件的开放性。PMAC可以通过执行软件(PEWIN)实现各种控制的基本操作及系统调试,从而实现执行运动程序、执行PLC程序、伺服环更新、资源管理等主要功能。

对于转台的控制系统,系统功能实现实际由工控机和PMAC卡共同分担完成,运动控制软件包括2个部分:工控机主要完成人机界面、系统任务管理、视频显示、方位角度计算与发送等功能;MAC卡主要实现所要求的运动控制、I/O管理、PLC等功能。

4.1 上位机控制软件的开发

对于转台控制系统上位机的工控机,基于Windows XP操作系统,利用Visual C++6.0开发系统开发了转台运动控制系统软件,具有视频显示、转台控制方式选择、转台运动状态显示、GPS信号显示、异常报警等功能,利用下位机封装好的各类运动控制函数和参数设置功能函数,在上位机软件开发时实现“下位机透明”式的开发,使上位机界面开发以及和其他功能集成时无须关注运动控制层的细节,从而更着重于其他方面功能的实现。

4.2 下位机控制软件的开发

下位机控制系统中PMAC卡上集成了丰富的运动控制指令和算法,为转台的运动控制提供了方便,对于转台控制下位机软件的开发,充分利用PMAC卡的开放性,主要包括位置伺服模块、PLC监控模块等,位置伺服模块可通过设置PMAC卡内部PID参数实现,PLC监控模块用于实时提取转台运行状态信号,包括当前的运行方位、运行速度及是否都达到位置限位等,主要包括PMAC的设置和PMAC运动程序的编写。

4.3 工控机与PMAC卡的通信软件

外部信号通过计算机串口送入工控机,转换成方位角度后送入PMAC卡,转台的运动方位信息实时通过工控机进行显示,同时,各种控制指令也是通过工控机传给PMAC卡,从而实现各种控制目的,本系统利用PMAC卡提供的PCOMM32通信套件,采用动态链接库方式,便于上下位机软件的模块化和封装并使得上位机编程环境的选择更加自由。

本课题以PMAC卡为核心对三轴转台的硬件及软件进行了设计,通过PMAC构建转台控制系统,具有实时能力强、系统稳定、易操作等优点。将PMAC作为转台的控制器在理论和实际上都是可行的,使系统设计和应用程序的设计大大简化,设计者只需要较少的代码就可以达到目的。另外,当整个系统投入使用并进入维护阶段,采用PMAC这样的标准部件也减少了软/硬件维护的困难,作为三轴转台的改造设计是一个非常好的方法。

摘要：提出了一种基于多轴运动控制器的转台控制系统的组成方案.给出了转台的基本组成,介绍了多轴运动控制卡功能及其硬软件的开放性。分析了控制系统的组成原理,详细介绍了控制系统总体设计方案和基本的硬件配置结构,以及此控制系统的软件设计方法和功能实现。通过此基于多轴运动控制卡的控制系统实现了转台的实时控制及伺服控制。

关键词：多轴运动控制器,转台,运动控制系统

参考文献

[1]肖维荣.新一代可编程控制系统与现代运动控制技术[J].机电一体化,1998,4(6):12-14.

[2]贺小蓉.飞行仿真转台现代控制技术研究[D].南京:南京航空航天大学,2002.

转台系统 篇10

关键词：卫星姿态控制,地速补偿,转台控制算法

引言

卫星控制系统半物理仿真试验实际上是卫星动力学和运动学的仿真, 由于要求硬件接入回路, 它通常用于验证卫星控制系统方案和性能指标, 包括动力学仿真和运动学仿真。仿真计算机计算卫星的动力学和运动学方程, 转台模拟卫星在空间的运动, 目标模拟器模拟卫星姿态敏感期的参考目标的环境特性。本文主要研究转台系统接入仿真试验过程中存在的问题:针对转台控制算法复杂, 地速影响这两个主要问题, 本文给出了具体的转台控制算法, 软件实现简单, 执行效率极高, 同时给出了地速补偿方案及具体实现方式。本文所介绍的控制算法已成功应用于某卫星型号半物理仿真试验中, 文章的最后给出了试验结果。

1 原理

卫星控制系统半物理仿真比数学仿真具有更高的置信度, 是卫星控制系统研制中的一个重要环节。当控制系统研制出来以后, 人们最关心的问题是它的功能和性能是否与设计要求相一致, 这只有通过对实际系统进行试验才能确定。但是人造卫星控制系统不同于一般的地面设备, 它必须在特定条件下才能实现闭路运行, 并显示其性能指标。半物理仿真是将参试的卫星控制系统各部件 (包括硬件和软件) 接入仿真回路所进行的闭路动态试验, 它在地面设备 (运动仿真器、目标仿真器、仿真计算机等) 的配合下, 模拟卫星在轨道上的各种运行状态, 达到验证所设计的控制系统方案, 检验系统实际性能的目的[1]。卫星控制系统半物理仿真系统构成框图如图1所示。

运动仿真器的主要功能是提供一种与卫星在轨道运行时相似或等价的运动, 使卫星反馈控制试验形成回路。

三轴伺服转台实际上是一个高性能的三轴伺服系统。在运行时, 它要求每个轴严格地跟随仿真计算机的某项输出。一个三轴转台运动的效果是使在其内轴试验台上的仪器作绕转台转动中心的姿态运动, 转台的动态环节实际上是串接在整个试验回路中的一个附加环节, 理想情况下它的传递函数最好等于1, 精度由转台机械台体和控制系统 (测角装置、电路及控制计算机、马达等) 来保证。因此, 它是一个名副其实的运动模拟器, 不仅用于卫星姿态控制系统的半物理仿真, 也广泛用于其他运动物体的控制仿真 (如飞机、导弹、鱼类等) 和某些专用仪器的性能测试 (如陀螺) 。某UUT转台实物如图2所示。

2 转台控制链路

在卫星控制系统半物理仿真中, 转台的控制链路如图2所示。动力学仿真计算机将计算得到的星体惯性角速度 (在星体系下的表示, 本文所述物理量参考坐标系均为星体坐标系) 通过网络 (或串口、反射内存等) 发送给仿真器控制计算机, 仿真器控制计算机从转台工控机获取转台当前框架角信息, 将星体惯性角速度转换为转台框架角速度, 并通过网络 (或串口、反射内存等) 发送至转台工控机驱动转台框架转动。

由转台控制链路可知, 仿真器控制计算机内将星体惯性角速度转换为转台框架角速度算法为转台应用的核心, 也是转台应用的重点和难点, 本文详细介绍了一种实现简单完成效率极高的控制算法及其详细推导过程, 易于工程实现。

3 转台控制算法

以UUT转台为例, 设分别为转台的内、中、外框架角, 从转台工控机获取, 转台零位时, 即内、中、外框轴正交, 构成右手坐标系时, 内、中、外框轴分别对应于星体坐标系的偏航轴Za、滚动轴Xa、俯仰轴Ya, 定义该坐标为星体坐标系, 该坐标系与转台固连。

陀螺在转台上的安装方向参考陀螺坐标系与星体坐标间关系确定, 转台控制的最终目的是使转台框架角速度在星体坐标系下的投影值与惯性角速度一致。

设绕转台内、中、外轴转动的转换矩阵如下:

则星体系下惯性角速度可以表示如下:

得到转台框架角速度如下:

4 地速补偿方法

由于仿真试验在地面进行, 陀螺输出还包括了地球自转的速度, 这一附加输出是卫星在轨运行时所没有的, 仿真试验中应予以扣除。

首先将地速投影至转台零位坐标系, 然后再投影到转动坐标系 (即星体系) , 设地速为we, λ为转台所在地的地理纬度, δ为北向逆时针转到转台零位时Xa轴 (中框轴) 的角度, 得到地速在星体坐标系下的表示如下:

因此, 考虑到扣除地速影响后, 陀螺输出惯性角速度的表示如下:

经整理得到转台框架角速度如下, 将此公式代入转台控制算法中, 即可完成对于地速的补偿:

5 关键技术

该算法有以下两个突出的关键技术:

(1) 转台控制算法:转台控制算法不同于常规的实现方式, 该方法不存在矩阵求逆等复杂的矩阵运算、编写软件较容易实现、软件运行时间短, 从而极大地提高了仿真的实时性;

(2) 地速补偿算法:地球自转对陀螺的影响与仿真试验室在地球上所处的纬度以及安装陀螺的运动模拟器所处的方位有关。地球自转角速度比卫星的姿态稳定度大的多, 在仿真试验中, 它将投影到每个陀螺的输入轴上, 成为一种附加干扰, 必须加以补偿, 本文所介绍的地速补偿方法, 扣除地速影响后, 大大提高了转台模拟卫星运动的准确度, 能够适用于高稳定度卫星的姿态运动仿真要求。

6 试验结果分析

本文介绍的控制算法, 已应用于上海航天控制技术研究所某卫星型号半物理仿真试验, 转台控制软件界面如图6所示, 陀螺输出卫星姿态角速度, 动力学仿真输出卫星姿态角速度等试验曲线如图7~图10所示。可见, 陀螺测量得到卫星姿态角速度与动力学仿真输出一致, 说明应用该控制算法, 转台系统能够精准模拟卫星的姿态运动。

7 结论

本文详细介绍了转台在卫星控制系统半物理仿真中应用的具体实现方法, 该方法具有软件易实现、不存在矩阵求逆等矩阵运算、节省软件运行时间、提高控制实时性的优点。另外, 扣除地速影响后, 大大提高了转台模拟卫星运动的准确度, 能够适用于高稳定度卫星的姿态运动仿真。目前该方法已经在多个卫星型号的半物理仿真中得到成功应用, 对于其它环境下的半物理仿真应用也具有极大的借鉴意义。

参考文献

[1]刘良栋, 刘慎钊, 孙承启.卫星控制系统仿真技术[M].宇航出版社, 2013.12

[2]章仁为.卫星姿态动力学与控制[M].北京航空航天大学出版社, 1998

[3]刘慎钊.卫星控制系统仿真[M].系统仿真学报, 1995

成像测试转台 篇11

1 工作原理

激光成像测试转台由俯仰和方位两个部分组成, 用以调整俯仰和方位两个方向的位置, 伺服控制模块负责带动方位在±150°内同步转动, 俯仰在±8°内同步转动, 满足激光发射器正常工作时的扫描范围。

整个转台由标校器、控制器、驱动器、执行机构、角度编码器组成。转台的转动由一个手持操作器 (标校器) 进行操作, 由标校器向控制器发送指令, 经过处理送入驱动器, 驱动器带动执行机构, 执行机构是由一个MAXON直流无刷电机构成, 由电机编码器可以反馈电机实际转速, 这个反馈值送回驱动器中构成一个力矩闭环控制, 执行机构带动负载进行转动, 在转轴上安装有同轴角度编码器, 用以测量实际转动位置并反馈角度值到控制器, 再次构成闭环控制。

方位和俯仰是两个独立的部分, 在转动时互不影响。控制器按照接收的指令分别对俯仰和方位进行控制。

2 结构组成及特征

激光成像测试转台的结构部分主要由方位部分、俯仰部分和底座支架组成, 方位部分和俯仰部分都是由电机、传动减速机构和测角装置组成, 电机采用瑞士MAXON的直流无刷伺服电机, 传动机构采用MAXON的行星齿轮减速器和直齿轮传动, 测角装置采用海德汉的空心轴式25位绝对式编码器。控制部分由标校器和电控箱组成。

3 安装及调试

激光成像测试转台使用前进行通电检查, 检查控制功能和反馈信号是否正常。

如需要提高高度, 可加装底座支架, 转台与底座之间由6个M10的螺钉连接固定, 螺钉、弹簧垫圈、平垫圈放置在设备备件盒内。

4 使用、维护、保养

4.1 开机前准备

第一, 转台放置方向要正确, 注意产品上的“激光成像测试转台”标牌的朝向与转台方位扫描方向相反, 即当转台进行扫描测试时, 标牌朝向操作者方向, 而背离测试方向。

第二, 检查电缆是否连接好, 此设备的所有连接电缆插头都具有防插错功能。

a.标校器与电控箱之间由一根电缆相连, 此电缆与标校器由25针计算机插头相连, 与电控箱由32针航空插头相连, 接口位于电控箱面板右下方。

b.电控箱与座体之间由两根电缆相连, 由于两根电缆型号不同, 所以在连接时注意区分, 由电缆接头颜色即可分辨。接口位于电控箱面板左上方。

第三, 检查各电源应处于关闭状态。

第四, 检查俯仰位置是否超出正常范围, 如超出, 可在不通电的状态下用手将其旋转到正常范围内。

4.2 开机操作

将电控箱控制面板上的“电源开关”拨到“开”, 此时“电源指示”的灯亮, 转台供电 (此时俯仰位置自锁) , 设备进入工作状态, 检查标校器显示是否正常。

5 故障检测、分析与排除

6 安全保护措施及事故处理

使用安装时, 注意电缆插头要与插座相对应, 否则无法进行连接, 插接时要注意保护好插针, 避免操作不当使插针受损。

操作时避免刮伤外部电缆, 避免外部电缆受拉力。

7 运输

在产品的转台本体上有可拆卸的搬运扶手, 采用螺纹连接方式, 搬运时, 将扶手安装牢固, 手握搬运即可。

第一, 运输方式。产品可以公路运输、铁路运输、航空运输。运输时必须将产品水平放置在运输工具上, 必要时采取固定措施, 防止运输途中移动和损坏。

第二, 运输条件。用具有密封厢体的运输工具运输。

参考文献

[1]王副瑞.单片微机测控系统设计大全[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2007.

[2]谭浩强.C程序设计[M].北京:清华大学出版社, 2007.