三軸搖擺臺伺服系統(tǒng)設計及精度問題研究.pdf

1、三軸轉(zhuǎn)臺作為航空、航天、國防等領域中進行仿真和測試的關(guān)鍵硬件設備,在科學實驗中起到重要作用,其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到仿真和測試試驗的可靠性和置信度。目前,轉(zhuǎn)臺的整體性能正在向著高精度、高頻響、多功能、自動化的方向發(fā)展,這就對轉(zhuǎn)臺的控制系統(tǒng)設計提出了更高的要求。本文以實際工程項目“120公斤三軸搖擺臺的研制”為依托,主要設計了基于安川伺服電機和PMAC運動控制卡的三軸搖擺臺交流伺服系統(tǒng),并重點針對齒隙的非線性環(huán)節(jié)引起的系統(tǒng)精度問題進行研究,

2、給出提高轉(zhuǎn)臺精度的控制策略。該研究工作對三軸轉(zhuǎn)臺控制方法的探討,以及提高轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)的頻響和動態(tài)伺服精度具有比較實用的工程價值。
　　 文章首先介紹了三軸搖擺臺伺服系統(tǒng)的總體組成及各部分的工作原理,給出了系統(tǒng)控制回路的具體工程實現(xiàn)。接下來用理論分析的方法建立了伺服系統(tǒng)的數(shù)學模型,包括線性部分模型和含有齒隙的非線性模型。在齒隙環(huán)節(jié)的研究中,文章從經(jīng)典控制理論角度提出了角速度差反饋的控制策略,仿真結(jié)果表明角速度差反饋能有效地提高系統(tǒng)

3、跟蹤精度,但不能消除齒隙環(huán)節(jié)引起的系統(tǒng)振蕩。通過對齒隙問題的具體分析,本文還提出了切換控制策略,在系統(tǒng)主、從動部分的接觸階段采用PID控制,使系統(tǒng)輸出跟蹤期望目標;在系統(tǒng)進入齒隙階段采取基于時間最優(yōu)的滑模控制,保證驅(qū)動部分快速通過齒隙;并設計了基于Lyapunov穩(wěn)定性理論的切換機制,保證系統(tǒng)在合適的時刻進行PID控制和滑?？刂撇呗缘那袚Q。仿真結(jié)果表明切換控制能很好地消除齒隙影響,提高系統(tǒng)精度。
　　 最后,本文設計了搖擺臺上位