CN104597916B - 一种轮轨式大型转台位置控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轮轨式大型转台位置控制系统及其控制方法，包括转台、轮轨轨道、电机驱动器、传动链、角度检测装置和位置控制器，每个传动链包括电机、减速机和主动轮，在转台底部设置有轮轨轨道，主动轮与轮轨轨道通过摩擦传动，带动转台转动，主动轮和从动轮用于支撑转台，位置控制器与多个电机驱动器相连接，电机通过减速机带动对应的主动轮转动，所述角度检测装置用于测量转台旋转角度。本发明利用多圈绝对值编码器作为位置控制系统的角度传感器，实时检测从动轮的旋转角度，通过运算间接测量转台角度，实现对转台的位置控制，且在轮轨式转台的旋转圆周上，设置一个校零开关，实现对转台角度检测分辨率的标定，提高角度检测精度。

Description

一种轮轨式大型转台位置控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种轮轨式大型转台位置控制系统及控制方法，属于大型轮轨式转台位置控制技术领域。

背景技术

当旋转转台口径较大时，采用轮轨式驱动方式是一种必然的选择。轮轨式转台与普通转台的区别主要体现支承和传动方式上，轮轨式转台的支承采用轮轨轨道与在轨道运转的滚轮(包括驱动轮和从动轮)；在传动方式上，轮轨式天线座架是利用滚轮与轨道的摩擦力传动；代替传统齿轮齿条传动。目前该技术随着应用需求的不断发展，在大型地面站、射电望远镜及大型雷达转动平台等领域的应用越来越广泛。

轮轨式大型转台为提高滚轮的支承能力，一般设置数量较多的滚轮，一部分作为驱动轮，即采用电机驱动这些滚轮，带动转台转动，另外一部分作为从动轮，跟随转台转动，仅起到支承转台的作用。

位置控制是通过目标位置与转台实际位置进行比较，才能进行转台位置的精确控制，因此，需要设置转台角度检测传感器，角度传感器通常设置在转台的中心位置，如文献“大型相控阵雷达轮轨式天线座设计”(电子机械工程，2009年第3期)中的轴角编码器。由于这种大型转台通常会在一定的高度上架设，为固定角度传感器定子部分需要在转台中心位置设置固定支架，不仅占用转台的位置空间，同时这种方法结构复杂。

发明内容

为了实现本发明的目的，本发明提供了一种轮轨式大型转台位置控制系统及控制方法。利用多圈绝对值编码器作为位置控制系统的角度传感器，特别是将多圈绝对值编码器安装在轮轨式大型转台的从动轮上，实时检测从动轮的旋转角度，通过运算间接测量转台角度，实现对转台的位置控制，且在轮轨式转台的旋转圆周上，设置一个校零开关，实现对转台角度检测分辨率的标定，提高角度检测精度。

为了解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：

一种轮轨式大型转台位置控制系统，包括转台、轮轨轨道、若干电机驱动器、若干传动链，其特征在于：还包括角度检测装置和位置控制器，所述每个传动链包括电机、减速机和主动轮，在转台底部设置有轮轨轨道，所述主动轮与轮轨轨道通过摩擦传动，带动转台转动，所述主动轮和从动轮用于支撑转台，所述位置控制器与多个电机驱动器相连接，所述每个电机驱动器驱动一个对应传动链的电机工作，所述电机通过减速机带动对应的主动轮转动，所述角度检测装置用于测量转台旋转角度并将检测信号传送给位置控制器。

前述的一种轮轨式大型转台位置控制系统，其特征在于：所述角度检测装置多圈绝对值编码器、校零开关和挡块、所述多圈绝对值编码器安装在从动轮回转中心，在轮轨轨道外侧设置校零开关，在转台上安装有挡块。

前述的一种轮轨式大型转台位置控制系统，其特征在于：所述位置控制器可采用PLC、工业控制计算机或DSP控制器。

前述的一种轮轨式大型转台位置控制系统，其特征在于：所述电机驱动器设置有现场总线接口，所述位置控制器的连接线通过现场总线接口与电机驱动器相连。

一种轮轨式大型转台位置控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)、首次使用按上述过程对角度检测进行分辨率实际标校，计算出实际分辨率δ，具体步骤如下：

a)、首先将多圈绝对值编码器测量数据置零，逆时针旋转转台，挡块首次撞到校零开关时，记录多圈绝对值编码器的测量值Data₁；

b)、继续逆时针旋转转台，记录挡块再次碰到限位开关时的多圈绝对值编码器的测量值Data₂；

c)、实际分辨率计算如式(3)

(单位：度) (3)

(2)、在工作过程中，位置控制器读取多圈绝对值编码器的测量值Data，计算转台的实际角度值；

转台的实际角度值θ为多圈绝对值编码器的测量值Data减去步骤(1)的a)中记录的多圈绝对值编码器的测量值Data₁后乘以实际分辨率，如式(4)；

θ＝(Data-Data₁)×δ(单位：度) (4)

(3)、依据位置控制器中的转台目标位置值，计算目标位置值与转台实际角度值的差，并在位置控制器进行位置校正运算，运算结果传输给电机驱动器，作为电机驱动器的速度给定；

(4)、在电机驱动器提供的设置软件中，分别将第一电机驱动器、第二电机驱动器、第三电机驱动器设置为速度控制模式，且速度校正控制为比例校正(必须设置为比例校正，防止因传动链系数的差别导致三台电机共同驱动同一目标时相互干涉)，第一电机驱动器、第二电机驱动器、第三电机驱动器通过现场总线之间的接口接收位置控制器的速度给定，完成速度控制。(需要说明的是，速度控制方法可采用其他算法，如参照文献“雷达伺服系统多电机速度同步和防滑设计”(2003年11月现代雷达)；

(5)、重复(2)-(4)的步骤，完成对转台的位置控制。

前述的一种轮轨式大型转台位置控制方法，其特征在于：在步骤(1)前，多圈绝对值编码器(1)的选择必须满足如下要求：

多圈绝对值编码器的多圈位数n满足式(1)，式中D为轮轨轨道的直径，d为从动轮的直径：

多圈绝对值编码器的单圈位数n₁根据转台的具体角度测量分辨率的需求进行选择，测量方法的理论角度分辨率δ₁可利用式(2)进行计算；

。本发明所达到的有益效果：

(1)、本发明的系统通过在轮轨式大型转台的从动轮上安装多圈绝对值编码器进行角度检测，代替在轮轨式转台的回转中心安装编码器进行位置检测，因而结构设计简单，安装方便。

(2)、本发明的系统采用多圈绝对值编码器作为位置检测传感器检测从动轮的回转角度，因而可实现高分辨率的角度测量，提高转台的位置控制精度。

(3)、本发明的系统在转台轮轨周边位置安装了校零开关，可有效进行实际角度检测分辨率的标校，提高角度测量的精度。

附图说明

图1是本发明的轮轨式大型转台位置控制系统组成示意图。

图2是本发明的传动链的组成示意图。

图3是本发明的轮轨式转台角度检测安装示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

附图1是轮轨式大型转台位置控制系统组成示意图，一种轮轨式大型转台位置控制系统包括位置控制器(位置控制器可选用如PLC、工业控制计算机或DSP等控制器均可以实现，本实例选用PLC作为上位机)，角度检测装置、第一电机驱动器、第二电机驱动器、第三电机驱动器(注：所选择第一电机驱动器、第二电机驱动器、第三电机驱动器必须具备现场总线接口)、第一传动链、第二传动链、第三传动链(注：电机驱动和传动链的数量可依据实际转台驱动功率需求确定)；位置控制器通过现场总线接口与第一电机驱动器、第二电机驱动器、第三电机驱动器相连；第一电机驱动器、第二电机驱动器、第三电机驱动器分别与第一传动链、第二传动链、第三传动链中的电机相连。

附图2为第一传动链、第二传动链、第三传动链的组成示意图。第一传动链、第二传动链、第三传动链均包括电机、减速机、主动轮等。电机驱动减速机转动，减速机与主动轮相连接，电机、减速机、主动轮之间的连接是常规连接，不再赘述。

附图3为轮轨式转台角度检测安装示意图，包括多圈绝对值编码器1、从动轮2、校零开关3、挡块4、转台5及轮轨轨道6。所述主动轮和从动轮2与轮轨轨道6摩擦接触，用于支承转台5并带动转台5转动，因为轮轨式转台采用主动轮和轮轨轨道6摩擦传动，两者之间可能存在局部打滑，不能将多圈绝对值编码器1安装在主动轮的回转中心，必须将多圈绝对值编码器1安装在从动轮2回转中心，跟随从动轮2一起转动，间接实现对转台5旋转角度的测量；在轮轨轨道6外侧设置校零开关3；在转台5上安装挡块4，跟随转台5一起转动，挡块4跟随转台5转动一圈触碰校零开关一次；从动轮2支撑转台，在轮轨轨道6上跟随转台一起转动；校零开关3和挡块4用于对实际角度分辨率进行精确标定。

一种轮轨式大型转台位置控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)、在工程实践中，往往难以精确测量，因此，首次测量角度时，利用校零开关3和挡块4对实际角度分辨率进行精确标定，具体步骤如下：

a)、首先将多圈绝对值编码器测量数据置零，逆时针旋转转台，挡块首次撞到校零开关时，记录多圈绝对值编码器的测量值Data₁；

b)、继续逆时针旋转转台，记录挡块再次碰到限位开关时的多圈绝对值编码器的测量值Data₂；

c)、分辨率计算如式(3)

(单位：度) (3)

(2)、位置控制器读取多圈绝对值编码器的测量值Data，计算转台的实际角度值；

转台的实际角度值θ为多圈绝对值编码器的测量值Data减去步骤(1)的a)中记录的多圈绝对值编码器的测量值Data₁后乘以实际分辨率，如式(4)；

θ＝(Data-Data₁)×δ(单位：度) (4)

(3)、依据位置控制器中的转台目标位置值，计算目标位置值与转台实际角度值的差，并在位置控制器进行位置校正运算，运算结果传输给第一电机驱动器，作为电机驱动器的速度给定；

(4)、使用电机驱动器配备的调试软件中分别将第一电机驱动器、第二电机驱动器、第三电机驱动器设置为速度控制模式，且将速度控制器设置为比例控制校正(必须设置为比例控制校正，防止三台电机共同驱动同一目标时的速度干涉)，第一电机驱动器、第二电机驱动器、第三电机驱动器通过现场总线接口接收位置控制器的速度给定，实现速度控制。

(5)、重复(2)-(4)的步骤，完成对转台的位置控制。

需要说明的是，在安装从动轮2上多圈绝对值编码器1前，多圈绝对值编码器1的选择必须满足如下要求：

多圈绝对值编码器1的多圈位数n满足式(1)，式中D为轮轨轨

道6的直径，d为从动轮2的直径：

多圈绝对值编码器1的单圈位数n₁可根据转台的具体角度测量分辨率的需求进行选择，这种测量方法的角度理论分辨率δ₁可利用式(2)进行计算；

本应用实例中初始参数是：轮轨轨道6的直径D＝25米，从动轮2的直径d＝0.25米，多圈绝对值编码器1位数为12x12，即圈数位数为12位，单圈位数12位，因此本应用实例中的角度测量理论分辨率可达

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种轮轨式大型转台位置控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)、首次使用按下述过程对角度检测进行分辨率实际标校，计算出实际分辨率δ，具体步骤如下：

a)、首先将多圈绝对值编码器测量数据置零，逆时针旋转转台，挡块首次撞到限位开关时，记录多圈绝对值编码器的测量值Data₁；

b)、继续逆时针旋转转台，记录挡块再次碰到限位开关时的多圈绝对值编码器的测量值Data₂；

c)、实际分辨率计算如式(3)

(2)、在控制过程中，位置控制器读取多圈绝对值编码器的测量值Data，计算转台的实际角度值；

转台的实际角度值θ为多圈绝对值编码器的测量值Data减去步骤(1)的a)中记录的多圈绝对值编码器的测量值Data₁后乘以实际分辨率，如式(4)；

θ＝(Data-Data₁)×δ(单位：度) (4)

(3)、依据位置控制器中的转台目标位置值，计算目标位置值与转台实际角度值θ的差，并在位置控制器进行位置校正运算，运算结果传输给电机驱动器，作为电机驱动器的速度给定；

(4)、在电机驱动器提供的设置软件中，分别将第一电机驱动器、第二电机驱动器、第三电机驱动器设置为速度控制模式，且速度校正控制为比例校正，第一电机驱动器、第二电机驱动器、第三电机驱动器通过现场总线之间的接口接收位置控制器的速度给定，完成速度控制；

(5)、重复(2)-(4)的步骤，完成对转台的位置控制。

2.根据权利要求1所述的一种轮轨式大型转台位置控制方法，其特征在于：在步骤(1)前，多圈绝对值编码器(1)的选择必须满足如下要求：

多圈绝对值编码器的多圈位数n满足式(1)，式中D为轮轨轨道的直径，d为从动轮的直径：

$\frac{\mathrm{\&pi;}D}{\mathrm{\&pi;}d}=\frac{D}{d}<2^n---\left(1\right)$

多圈绝对值编码器的单圈位数n₁根据转台的具体角度测量分辨率的需求进行选择，上述测量方法的角度理论分辨率计算值δ₁可利用式(2)进行计算；