CN106530931A - 大惯量低速扫描驱动控制演示验证系统 - Google Patents

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许海玉
边志强
程卫强
田华
张大伟
仲惟超
肖小刚
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    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B25/00—Models for purposes not provided for in G09B23/00, e.g. full-sized devices for demonstration purposes

Abstract

本发明公开了一种大惯量低速扫描驱动控制演示验证系统，其包括：基座模块，与稳定电源模块相连，用于支撑且保持系统平稳正常运行；稳定电源模块，与驱动控制器模块相连，用于保持输入和输出电压的稳定，防止系统因电压而损坏；驱动控制器模块，与台面模块相连，采用半桥驱动，实现闭环转速控制，按预先设计的控制律进行控制，且实现转速的计算采集，控制器参数修改；台面模块，与操作台模块相连，用于放置东西；操作台模块，用于把设备放置内部。本发明提高精度速率控制，结构简单可靠。

Description

大惯量低速扫描驱动控制演示验证系统
技术领域
本发明涉及一种扫描驱动控制演示验证系统，特别是涉及一种大惯量低速扫描驱动控制演示验证系统。
背景技术
随着航天及深空探测技术的不断发展，对空间当中应用的伺服控制系统的控制精度要求越来越高，其中对速度的跟踪控制精度和速度平稳性是空间伺服控制系统设计的重要指标，例如美国Goddord空间飞行中心研制的口径φ600mm卫星跟踪望远镜，低速为0.0050°/s时，跟踪精度要求为0.16"/s；意大利φ350mm望远镜低速工作在0.000550°/s时，跟踪精度要求为0.24"/s。而伺服系统在低速工作时，会出现低速不平稳现象，所谓低速不平稳，是指当系统运转速度低于某一临界值时，其运动速度呈脉动现象，这种现象又称低速抖动或低速爬行。当伺服系统出现低速爬行时，会影响系统的正常工作，使系统的低速性能受到损害，进而影响整个伺服系统的性能指标，因此低速抖动问题是伺服系统研制的主要课题之一。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种大惯量低速扫描驱动控制演示验证系统，其能够提高精度速率控制，结构简单可靠。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种大惯量低速扫描驱动控制演示验证系统，其包括：
基座模块，与稳定电源模块相连，用于支撑且保持系统平稳正常运行；
稳定电源模块，与驱动控制器模块相连，用于保持输入和输出电压的稳定，防止系统因电压而损坏；
驱动控制器模块，与台面模块相连，采用半桥驱动，实现闭环转速控制，按预先设计的控制律进行控制，且实现转速的计算采集，控制器参数修改；
台面模块，与操作台模块相连，用于放置东西；
操作台模块，用于把设备放置内部，这样增加使用空间。
优选地，所述基座模块设有四个安装脚，每个安装通过丝杠调节中轴垂直度。
优选地，所述台面模块包括：
电机，与轴系相连，采用无铁心方波驱动无刷直流电机；
轴系，与转动惯量配置相连，采用固定预紧力的结构，用于支持旋转零件；
转动惯量配置，与测角装置相连，其模拟了实际有效载荷转动天线的转动惯量，同时考察不同重力大小对轴承加载的影响，设计了大回转半径、轻质量和小回转半径、大质量的两种不同配置方案；其中大质量配置的回转半径采用600mm，惯量质量为90kg，加上轴系其它质量，总计轴承加载小于100kg，转动惯量21kgm2；其中轻质量配置的回转半径采用1000mm，惯量质量为10kg×2，加上轴系其它质量，总计轴承加载小于30kg，转动惯量21kgm2；
测角装置，与电机相连，采用光码计数器、旋转变压器和HULL元件，用于评估转速控制系统的各项技术指标。
优选地，所述操作台模块包括：
上位机，与显示器相连，用于采集信号、参数调节、显示界面、数据存储；
显示器，用于显示系统数据。
优选地，所述大惯量低速扫描驱动控制演示验证系统的机械结构包括角接触球轴承、轴承隔套、中轴、轴承外座、旋转变压器、惯量盘、电机转子安装座、电机转子、底座，底座与中轴的底端相连，中轴的两侧都设有多个角接触球轴承、轴承隔套、轴承外座、旋转变压器、惯量盘、电机转子安装座、电机转子，电机转子位于电机转子安装座下方，角接触球轴承与轴承外座相连，轴承隔套位于轴承外座的内侧，角接触球轴承分别位于轴承隔套的两侧，惯量盘与轴承外座相连，旋转变压器位于中轴的上方。
优选地，所述中轴为高度253mm圆柱体结构，其最大外径为Ф89mm，当外径为Ф75mm、上公差为-0.03mm、下公差为-0.06mm时与轴承尺寸匹配，当外径为Ф50mm、上公差为-0.03mm、下公差为-0.06mm时与旋转变压器尺寸匹配。
优选地，所述角接触球轴承型号为6015。
本发明的积极进步效果在于：本发明能够为空间在轨低速伺服控制工程设计及应用提供明晰的理论支持和合理的技术方案，并利用本演示验证系统可在地面进行充分的试验验证，以保证在轨可靠长期运行。
附图说明
图1为本发明的组成示意图。
图2为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
如图1所示，本发明大惯量低速扫描驱动控制演示验证系统包括基座模块、稳定电源模块、驱动控制器模块、台面模块、操作台模块，其中：
基座模块，与稳定电源模块相连，用于支撑且保持系统平稳正常运行；
稳定电源模块，与驱动控制器模块相连，用于保持输入和输出电压的稳定，防止系统因电压而损坏；
驱动控制器模块，与台面模块相连，采用半桥驱动，实现闭环转速控制，按预先设计的控制律进行控制，且实现转速的计算采集，控制器参数修改；
台面模块，与操作台模块相连，用于放置东西；
操作台模块，用于把设备放置内部，这样增加使用空间。
所述基座模块设有四个安装脚，每个安装通过丝杠调节中轴垂直度，这样增加稳定性。
所述台面模块包括电机、轴系、转动惯量配置、测角装置，其中：
电机，与轴系相连，采用无铁心方波驱动无刷直流电机，这样能增加使用寿命、效率高、低能耗、低噪音；
轴系，与转动惯量配置相连，采用固定预紧力的结构，用于支持旋转零件；
转动惯量配置，与测角装置相连，其模拟了实际有效载荷转动天线的转动惯量，同时考察不同重力大小对轴承加载的影响，设计了大回转半径、轻质量和小回转半径、大质量的两种不同配置方案；其中大质量配置的回转半径采用600mm，惯量质量为90kg，加上轴系其它质量，总计轴承加载小于100kg，转动惯量21kgm2；其中轻质量配置的回转半径采用1000mm，惯量质量为10kg×2，加上轴系其它质量，总计轴承加载小于30kg，转动惯量21kgm2；
测角装置，与电机相连，采用光码计数器、旋转变压器和HULL元件，用于评估转速控制系统的各项技术指标。
所述操作台模块包括上位机、显示器，其中：
上位机，与显示器相连，用于采集信号、参数调节、显示界面、数据存储；
显示器，用于显示系统数据。
如图2所示，本发明大惯量低速扫描驱动控制演示验证系统的机械结构包括角接触球轴承1、轴承隔套2、中轴3、轴承外座4、旋转变压器5、惯量盘6、电机转子安装座7、电机转子8、底座9，底座9与中轴3的底端相连，中轴3的两侧都设有多个角接触球轴承1、轴承隔套2、轴承外座4、旋转变压器5、惯量盘6、电机转子安装座7、电机转子8，电机转子8位于电机转子安装座7下方，角接触球轴承1与轴承外座4相连，轴承隔套2位于轴承外座4的内侧，角接触球轴承1分别位于轴承隔套2的两侧，惯量盘6与轴承外座4相连，旋转变压器5位于中轴3的上方。
所述中轴3为高度253mm圆柱体结构，其最大外径为Ф89mm，外径为Ф75mm的尺寸上公差为-0.03mm下公差为-0.06mm与轴承尺寸匹配，外径Ф50mm的尺寸上公差为-0.03mm下公差为-0.06mm与旋转变压器5尺寸匹配，这样起到更好的连接件作用。
所述角接触球轴承型号为6015，这样使摩擦力矩比较小，成本便宜。
本发明的工作原理如下：本发明集成一个HULL(霍尔)元件作为测量元件，用以构成一个速率控制系统，以验证这样一个技术途径，这个系统构成可组成较为合适的空间在轨伺服控制系统，在保证系统各项指标的同时，这样的一个系统更简单可靠；光码计数器适合于本设计方案的低采样速度、低带宽控制思想，且便于硬件电路设计，其原理是台面每旋转一周发生一次脉冲，两脉冲之间的时间差即是转动一周所经历的时间t，则转动角速度为360°/t；旋转变压器作为速率测量元件，在此系统上，通过选择合理采样、合理控制系统结构和控制算法，实现需要的精度指标；轴承隔套为轴承压盖密封，轴承外座固定轴承，旋转变压器能够将函数关系转变为电信号输出，用于控制运算元件；惯量盘减少电机转轴的挠度，电机转子安装座用于安装电机转子，电机转子用于实现电能与机械能和机械能与电能的转换，底座起支撑作用。
以上所述的具体实施例，对本发明的解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种大惯量低速扫描驱动控制演示验证系统，其特征在于，其包括：
基座模块，与稳定电源模块相连，用于支撑且保持系统平稳正常运行；
稳定电源模块，与驱动控制器模块相连，用于保持输入和输出电压的稳定，防止系统因电压而损坏；
驱动控制器模块，与台面模块相连，采用半桥驱动，实现闭环转速控制，按预先设计的控制律进行控制，且实现转速的计算采集，控制器参数修改；
台面模块，与操作台模块相连，用于放置东西；
操作台模块，用于把设备放置内部。
2.如权利要求1所述的大惯量低速扫描驱动控制演示验证系统，其特征在于，所述基座模块设有四个安装脚，每个安装通过丝杠调节中轴垂直度。
3.如权利要求1所述的大惯量低速扫描驱动控制演示验证系统，其特征在于，所述台面模块包括：
电机，与轴系相连，采用无铁心方波驱动无刷直流电机；
轴系，与转动惯量配置相连，采用固定预紧力的结构，用于支持旋转零件；
转动惯量配置，与测角装置相连，其模拟了实际有效载荷转动天线的转动惯量，同时考察不同重力大小对轴承加载的影响，设计了大回转半径、轻质量和小回转半径、大质量的两种不同配置方案；其中大质量配置的回转半径采用600mm，惯量质量为90kg，加上轴系其它质量，总计轴承加载小于100kg，转动惯量21kgm2；其中轻质量配置的回转半径采用1000mm，惯量质量为10kg×2，加上轴系其它质量，总计轴承加载小于30kg，转动惯量21kgm2；
测角装置，与电机相连，采用光码计数器、旋转变压器和HULL元件，用于评估转速控制系统的各项技术指标。
4.如权利要求1所述的大惯量低速扫描驱动控制演示验证系统，其特征在于，所述操作台模块包括：
上位机，与显示器相连，用于采集信号、参数调节、显示界面、数据存储；
显示器，用于显示系统数据。
5.如权利要求1所述的大惯量低速扫描驱动控制演示验证系统，其特征在于，所述大惯量低速扫描驱动控制演示验证系统的机械结构包括角接触球轴承、轴承隔套、中轴、轴承外座、旋转变压器、惯量盘、电机转子安装座、电机转子、底座，底座与中轴的底端相连，中轴的两侧都设有多个角接触球轴承、轴承隔套、轴承外座、旋转变压器、惯量盘、电机转子安装座、电机转子，电机转子位于电机转子安装座下方，角接触球轴承与轴承外座相连，轴承隔套位于轴承外座的内侧，角接触球轴承分别位于轴承隔套的两侧，惯量盘与轴承外座相连，旋转变压器位于中轴的上方。
6.如权利要求5所述的大惯量低速扫描驱动控制演示验证系统，其特征在于，所述中轴为高度253mm圆柱体结构，其最大外径为Ф89mm，当外径为Ф75mm、上公差为-0.03mm、下公差为-0.06mm时与轴承尺寸匹配，当外径为Ф50mm、上公差为-0.03mm、下公差为-0.06mm时与旋转变压器尺寸匹配。
7.如权利要求5所述的大惯量低速扫描驱动控制演示验证系统，其特征在于，所述角接触球轴承型号为6015。
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