转台伺服系统快速精确定位技术研究.pdf
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1、第3 8 卷第3 期2023年6 月电路与控制光电技术应用ELECTRO-OPTICTECHNOLOGYAPPLICATIONVol.38,No.3June,2023转台伺服系统快速精确定位技术研究佟鑫刚,郭善强(中国电子科技集团公司光电研究院,天津)摘要:在伺服控制领域中,需要系统中实现动作机构的转台伺服系统的快速精确到位能力来提升整个系统快速性能。研究主要针对转台伺服系统的快速精确定位技术,从结构设计、器件选型、伺服控制等分析了影响转台伺服系统快速精确到位的因素,并提出了基于指令规划、电流环增益调节、分段控制等的提高快速精确到位能力的伺服设计方法,通过仿真验证了本研究的正确性和合理性,并通
2、过某型号小型转台实验,进行了实验验证。关键词:伺服系统;精确到位技术;分段控制中图分类号:TN820.3文献标识码:A文章编号:1 6 7 3-1 2 5 5(2 0 2 3)-0 3-0 0 48-0 5Research on Fast and Accurate Positioning Technologyof Turntable Servo SystemTONG Xingang,GUO Shanqiang(Academy of Opto-Electronics,China Electronics Technology Group Corporation(AOE CETC),Tianjin,
3、China)Abstract:In the field of servo control,its necessary for turntable servo systems to reach the position quicklyand accurately,to improve the rapidity of the whole systems.This study focuses on the research of rapid and accu-rate positioning technology for small turntable servo systems,mainly an
4、alyzes the factors that affect the rapid and ac-curate positioning ability of the turntable servo system,and proposes a servo design method to improve the ability ofrapid and accurate positioning.The correctness and rationality of this study are verified through simulation,and ex-perimental verifica
5、tion is conducted through a certain type of small turntable experiment.Key words:servo system;fast and accurate positioning technology;divisional control在伺服控制中,许多系统需要进行小型化、轻量化、快速化改进。而作为系统中实现动作机构的转台伺服系统的快速精确定位能力直接影响到整个系统的快速性。对转台伺服系统进行小型化、轻量化、快速化设计,需要从整体进行分析。包括硬件选型、结构设计和伺服设计等多方面因素。而由现存电机和轴承工艺的局限性以及系统刚
6、性要求,硬件选型和结构设计只能在能力范围内进行提升。所以伺服设计的有效性直接影响到系统的能力运用效率。如何有效利用现存系统能力成为伺服控制呕待解决的问题。为提高系统快速精确到位的能力,需考虑充分利用系统能力和有效利用系统能力。充分利用收稿日期:2 0 2 3-0 4-0 7系统能力体现在高快速性上,应使系统快速提高速度以缩短到位时间,主要体现在加加速度、最大加速度、最大速度上2;有效利用系统能力体现在小超调量上,应使系统在快速的基础上减小位置超调带来的损失,主要体现在伺服系统的合理设计上。文中分析仿真和实验基于转台伺服系统。第一节分析了影响转台伺服系统快速精确到位的因素;第二节提出了提高快速精
7、确到位能力的伺服设计方法并进行了仿真验证;第三节给出了实验数据,和仿真分析基本相符;最后一节为结论。第3 期1转台伺服系统快速精确到位的影响因素转台伺服系统快速精确到位技术需要转台角度调转时,在满足到位精度指标时满足到位时间指标要求。为达到这一要求,转台伺服系统角度调转时需同时满足高快速性和小超调量。1.1高快速性分析对于转台伺服系统这种动作型系统而言,电机能力、结构设计和伺服设计是影响系统高快速性的两个主要方向。电机能力:动作系统的快速性显然受到电机转动加速度的因素影响,而电机转动加速度又受到电机最大输出力矩和电机反电动势系数两个参数的影响。电机输出力矩为VKT=maxRRK式中,K。为反电
8、动势系数;Vmx为电机驱动电压;R为电枢电阻;为电机转速;K,为力矩系数。可见,在选择电机的时候,应该选择在可用速度下,电机输出力矩相对较大的电机。结构设计:动作系统电机转动加速度为T-T,a=J式中,T为摩擦阻力;J为转动惯量。可见,进行结构设计时,在保证系统刚度的同时,应尽可能减小系统摩擦阻力并减小系统的转动惯量。伺服设计:控制系统被控对象的框图如图1 所示。K.LcmdK图1 控制系统被控对象的框图图中,icmd为指令电流,K,为电流环增益,L为电枢电感,D为风阻。可见,K,直接影响系统的加加速度,即影响加速度的上升速度。另外,对于位置闭环系统,其快速精确到位能力还受到系统运行超调量的影
9、响。1.2小超调量分析对于转台伺服系统这种动作型系统而言,指令规佟鑫刚等:转台伺服系统快速精确定位技术研究提出以下设计原则。(1)2.1基于位置指令规划的减小超调量设计由于伺服系统在随动指令信号时会产生超调量,而超调量过大会影响系统快速精确到位的能力。如果直接给定位置阶跃信号,会产生较大超调量,所以需要对位置指令信号进行规划。由于转台伺服系统(2)为三阶系统,对位置指令信号的加速度信号进行如图2 规划,通过两次积分即得到位置指令信号。加速度Amax0?R+LsJs+DIT,49划和伺服设计是影响系统小超调量的两个主要方向。指令规划:由于系统为三阶系统,在系统进行位置调转时,会对调转的误差进行积
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