单轴转台伺服控制系统电路设计

单轴转台作为一种运动控制装置,已经在许多领域得到广泛应用。为了缩短转台伺服控制系统的开发周期和提高系统的可靠性,提出了以永磁同步电机为执行机构、以IRMCK203为伺服控制器的设计方案,并以智能功率模块PS21867和IRMCK203为核心进行了控制电路软硬件设计。

基于反演终端滑模算法的目标定位转台伺服系统控制器设计

在目标定位转台伺服系统运行过程中,传动机构的齿轮间齿隙会导致驱动延时和响应迟滞,严重影响转台运行的稳定性。为此研究了一类具备齿隙的目标定位转台伺服系统跟踪控制问题,得出了一种新颖的基于反演终端滑模算法的控制方案。首先,建立目标定位转台伺服系统的状态空间模型,运用死区函数描述齿隙非线性,并设计连续可微函数对死区函数进行拟合;其次,利用反演控制方法和终端滑模控制方法,为伺服系统设计了虚拟控制器和实际控制器,利用Lyapunov理论证明了闭环控制系统的渐进稳定性;最后,搭建了仿真系统和实验平台,并与使用常规PID控制器的实验仿真结果进行对比,验证了文章所提出控制器的有效性和优越性。

卫星星间激光通信粗跟踪转台控制系统

为了满足卫星星间激光通信粗跟踪系统高的动态性能和稳态性能,针对普通PID控制存在阶跃响应超调量大、调节时间过长等问题,以永磁同步电动机为控制对象建立粗跟踪系统的三环控制模型,并进行matlab仿真分析。在普通PI控制的基础上提出一种自适应增益控制,为跟踪系统缩短调节时间改善超调等动态性能提供新的方法,在基于FPGA主控单元的控制下。地面实验表明,在187.25μrad(500码)阶跃信号的激励下,改进的自适应增益控制策略较普通PI控制,超调量由35.8%下降到10%,调节时间由100 ms缩短到70 ms,稳态精度保持在±2.247μrad(3码),控制性能得到了显著改善。在轨工况下,自适应增益控制策略能够实现星间激光通信跟踪转台的高精度控制,同时对其他高精度伺服系统设计具有借鉴意义。

光电跟踪转台的控制模型辨识

针对大功率永磁同步电机驱动的光电跟踪转台,提出了一种基于特征系统实现算法的控制模型辨识方法。首先,根据永磁同步电机的矢量控制原理,对白噪声测试系统进行了系统配置;其次,采用功率谱密度函数的分析方法对系统的输入和输出数据序列进行了分析,得到了系统的频率响应函数;最后,通过特征系统实现算法对系统的马尔可夫参数进行了辨识,获得了光电跟踪转台的控制模型。实验结果表明:采用特征系统实现算法可以精确地辨识出光电跟踪转台的控制模型,该控制模型能够较好地反映系统的动态特性,为控制器算法的设计提供了理论依据,具有较好的实用性。

基于重复控制的六自由度转台控制系统

在分析六自由度电动转台控制系统工作原理的基础上,针对驱动电动台的永磁同步电机采用传统PID控制电动台速度时,会产生周期性的速度偏差,致使其控制精度大大降低这一问题,通过对永磁同步电机的转速环进行数学建模,提出利用重复控制理论来设计电动台的速度补偿系统的思想,然后对传统PID和重复控制补偿系统2种控制器进行了设计与仿真。仿真结果表明,经过几个周期后,具有重复补偿的控制系统的跟踪误差逐渐减小,而传统的PID控制器则一直保持较大的跟踪误差。在Matlab/Simulink xPC Target实时开发环境下建立电动台速度实时控制系统,采用快速原型控制方式具有系统组建方便、成本低、开发周期短等特点。试验表明重复控制补偿系统对转台的速度控制具有很大的改进,从而为电动台的精确控制奠定了基础。

周视扫描成像系统的转台转速高精度控制

为实现基于转台的像移补偿型周视扫描成像系统的高分辨率稳定成像,提出了一种复合控制算法对永磁同步电机驱动的扫描转台进行转速跟踪控制。根据转台的载荷特点及电机的数学模型,建立了包含机械参数不确定性和快变转矩扰动的单采样率控制系统模型;采用快速非奇异终端滑模和扩张高增益观测器复合控制实现了转速跟踪控制;采用快速非奇异终端滑模实现了最大转矩电流比控制;最后,分析并验证了基于上述复合算法的转速跟踪控制性能。实验表明:在转台转速设定为120 r/min或240 r/min时,采用该复合算法的转速跟踪误差均小于0.1%。与PI控制、快速非奇异终端滑模控制及线性滑模+观测器控制相比,采用该复合算法的转台转速响应具有无超调、抗扰动性能更强、跟踪精度更高的优点,能保证所述周视成像系统获得清晰稳定的周视全景图像。

基于扩张状态观测器的空间跟瞄转台指向控制方法

空间光电跟瞄系统对“远、暗、小、密”目标低速跟踪指向过程中,由于摩擦扰动、电机槽隙力矩波动扰动和传感非线性等因素,引发跟瞄转台低速爬行现象,导致瞄准误差增大,跟瞄成像抖动。针对这一问题,提出一种基于扩张状态观测器(Extended State Observer,ESO)的指向控制方法,在建立跟瞄转台矢量控制模型的基础上,提出双ESO复合控制方法,对引发跟瞄抖动和扰动的因素进行了在线观测与补偿。通过数值仿真对该方法的有效性进行验证,仿真结果表明,相比于传统比例积分(PI)控制方法与单转速环ESO方法,该方法可有效提高光电跟瞄转台在低速跟瞄时的跟瞄精度与平稳性。