高精度伺服轉(zhuǎn)臺關鍵技術研究.pdf

1、高精度伺服轉(zhuǎn)臺是測試慣性器件性能的關鍵設備，一般來講轉(zhuǎn)臺的精度要比被測儀表的精度高一個數(shù)量級，測試才有意義，而決定轉(zhuǎn)臺精度的因素主要是測角系統(tǒng)的精度和控制系統(tǒng)的精度。對于正在研制的測角精度為0.5角秒的高精度伺服轉(zhuǎn)臺，使用感應同步器等測角元件很難實現(xiàn)，而光柵則具有更高的精度，因此，本設計使用的的測角元件是圓光柵。本文以實驗室某單軸轉(zhuǎn)臺為實驗平臺，研究提高伺服轉(zhuǎn)臺精度的關鍵技術：光柵信號細分、多讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)消除誤差及離散重復控制器的設計和實

2、現(xiàn)等相關問題。
　　光柵信號的細分與辨向是提高光柵測量精度的關鍵性一步。論文首先給出了光柵的結(jié)構(gòu)和工作原理，分析了光柵輸出信號的正交性，這一特點是辨向電路所必須的。然后簡要介紹了常見的光柵信號細分方法，并對這幾種細分方法的特點進行了比較，選取了適合本系統(tǒng)的四細分方法。
　　為了提高讀數(shù)精度，論文研究了測量裝置中的多讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)。首先從光學度盤的多讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)引入并分析了其消除誤差的原理，然后根據(jù)圓光柵輸出信號的不同，從兩個方面分

3、別說明了其多讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)消除誤差的原理。由于工藝及其他方面的原因，實際系統(tǒng)中通常僅在對徑位置上安置兩個讀數(shù)頭，而如果讀數(shù)頭安裝不對徑，則會對讀數(shù)值產(chǎn)生影響。為了驗證雙讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)在實際測角系統(tǒng)中的優(yōu)越性，論文通過測試數(shù)據(jù)對單、雙讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)的測角誤差進行了分析比較。
　　論文接著給出了轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和工作原理，詳細說明了硬件電路的設計及實現(xiàn)。本系統(tǒng)采用DSP來實現(xiàn)控制算法，并使用一片 FPGA芯片完成了信號的細分、辨向、計數(shù)和鎖

4、存等功能。
　　最后根據(jù)轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)的數(shù)學模型和性能指標對控制系統(tǒng)進行了設計。首先根據(jù)性能指標的要求設計了超前校正控制器及濾波環(huán)節(jié)，并根據(jù)給定的采樣時間得到了相應的數(shù)字控制器。為了更有效地抑制轉(zhuǎn)臺中頻段周期性擾動，進一步提高速率精度，本文提出在超前校正控制器中添加重復控制器的設計方案，并對離散重復控制系統(tǒng)的設計問題進行了深入研究，合理選擇了重復控制器的結(jié)構(gòu)及參數(shù)，通過Simulink仿真及在實際系統(tǒng)中運行驗證了設計的重復控制器與經(jīng)典控