CN109491277A - 一种消除导引头伺服系统在位置回路中抖动的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种消除导引头伺服系统在位置回路中抖动的方法，本发明方法首先构建伺服系统位置回路抖动消除系统，所构建的系统包括：速度环校正模块和位置环校正模块，通过速度环校正模块进行速度环校正，通过位置环校正模块进行位置环校正。本发明方法具有不改变系统带宽及增益即可消除位置环抖动的优点，能够有效提高系统的控制精度。

Description

一种消除导引头伺服系统在位置回路中抖动的方法
技术领域
本发明涉及一种消除伺服系统在位置回路中抖动的方法，特别是一种消除导引头伺服系统在位置回路中抖动的方法。
背景技术
由于现有的伺服系统采用技术成熟的大齿圈结构，系统机械结构存在的死区、齿隙和摩擦等非线性因素会对伺服系统的精度产生影响，同时采用的电机本身也存在一定的死区，导致系统本身具有一定的非线性误差，若系统位置回路中的速度环参数配置不合理，该系统在位置回路中容易出现抖动现象。但对于结构复杂的大齿圈结构，只通过调节速度环参数很难使系统达到最优状态。
伺服系统采用I型控制系统，无负载时，力矩电机的启动电压为0.8V左右，由于伺服系统需要带动负载，以及非线性死区环节的存在，实际的启动电压要比0.8V大一些，当放大器输出电压小于电机启动电压时，电机不转，由于调节器的积分作用，误差电压不断积分，当电压值积分到一定时间，放大器输出电压大于电机启动电压时，电机转动，当误差电压为负时，由于积分速度很慢，积分输出还没来得及反向，电机继续转动；当积分下降到一定值时，积分电压小于电机启动电压，此时电机停止运转，但负的误差电压继续积分到电机启动电压，电机反向转动，从而造成伺服系统工作在位置回路时会出现小幅抖动现象。现有技术中缺乏针对位置回路的抖动消除方法。
发明内容
本发明目的在于提供一种消除导引头伺服系统在位置回路抖动的方法，解决现有技术中缺乏针对位置回路的抖动消除方法的问题。
一种消除导引头伺服系统在位置回路中抖动的方法的具体步骤为：
第一步搭建导引头伺服系统位置回路抖动消除系统
伺服系统位置回路抖动消除系统，包括：速度环校正模块和位置环校正模块。所述：
速度环校正模块的功能：进行速度环校正；
位置环校正模块的功能：进行位置环校正。
第二步速度环校正模块进行速度环校正
电流环由电机、非线性环节和负载顺次串联构成，为消除因电机非线性及结构摩擦阻尼造成的位置回路抖动，速度环校正模块将旋变数字转换器对负载旋变信号进行处理后生成的速度信号与角度输入信号合并，其残差信号作为电流环输入信号，速度环校正模块通过滞后‐超前校正网络对电流环输入信号进行校正，其中滞后‐超前校正网络传递函数为：
其中K为增益，T1、T2为时间常数。
速度环校正模块通过提高增益K，增大时间常数T1，使系统带宽增大，增益变大，然后进行以下判定：当伺服系统抖动已消除，则判定速度环校正有效；当伺服系统抖动没有明显改善时，则判定速度环校正较差。
第三步位置环校正模块进行位置环校正
当速度环校正效果较差时，位置环校正模块增加前馈补偿环节，前馈补偿环节通过DSP实现，前馈传递函数Gb(s)近似为：
Gb(s)＝1/G2(s)
未加前馈补偿环节的位置环闭环函数为：G(s)＝G1(s)G2(s)/(1+G1(s)G2(s))，增加前馈补偿环节的位置环闭环函数近似为：G(s)＝1，其中G1(s)为位置环校正函数、G2(s)为速度回路传递函数。
位置环校正模块首先将旋变数字转换器输出的位置信号与角度输入信号进行合并，对该合并信号进行位置环校正函数G1(s)校正，同时位置环校正模块对角度输入信号进行前馈补偿环节处理，最后位置环校正模块将位置环校正函数校正后的信号与前馈补偿环节处理后的信号进行合并，经DA转换后作为速度环角度输入信号，该信号与速度信号合并并通过滞后‐超前校正网络进行速度环校正后输至电流环。
至此，消除了导引头伺服系统位置回路中的抖动。
本发明方法具有不改变系统带宽及增益即可消除位置环抖动的优点。
具体实施方式
一种消除导引头伺服系统在位置回路中抖动的方法的具体步骤为：
第一步搭建导引头伺服系统位置回路抖动消除系统
伺服系统位置回路抖动消除系统，包括：速度环校正模块和位置环校正模块。所述：
速度环校正模块的功能：进行速度环校正；
位置环校正模块的功能：进行位置环校正。
第二步速度环校正模块进行速度环校正
电流环由电机、非线性环节和负载顺次串联构成，为消除因电机非线性及结构摩擦阻尼造成的位置回路抖动，速度环校正模块将旋变数字转换器对负载旋变信号进行处理后生成的速度信号与角度输入信号合并，其残差信号作为电流环输入信号，速度环校正模块通过滞后‐超前校正网络对电流环输入信号进行校正，其中滞后‐超前校正网络传递函数为：
其中K为增益，T1、T2为时间常数。
速度环校正模块通过提高增益K，增大时间常数T1，使系统带宽增大，增益变大，然后进行以下判定：当伺服系统抖动已消除，则判定速度环校正有效；当伺服系统抖动没有明显改善时，则判定速度环校正较差。
第三步位置环校正模块进行位置环校正
当速度环校正效果较差时，位置环校正模块增加前馈补偿环节，前馈补偿环节通过DSP实现，前馈传递函数Gb(s)近似为：
Gb(s)＝1/G2(s)
未加前馈补偿环节的位置环闭环函数为：G(s)＝G1(s)G2(s)/(1+G1(s)G2(s))，增加前馈补偿环节的位置环闭环函数近似为：G(s)＝1，其中G1(s)为位置环校正函数、G2(s)为速度回路传递函数。
位置环校正模块首先将旋变数字转换器输出的位置信号与角度输入信号进行合并，对该合并信号进行位置环校正函数G1(s)校正，同时位置环校正模块对角度输入信号进行前馈补偿环节处理，最后位置环校正模块将位置环校正函数校正后的信号与前馈补偿环节处理后的信号进行合并，经DA转换后作为速度环角度输入信号，该信号与速度信号合并并通过滞后‐超前校正网络进行速度环校正后输至电流环。
至此，消除了导引头伺服系统位置回路中的抖动。

Claims (1)

1.一种消除导引头伺服系统在位置回路中抖动的方法，其特征在于具体步骤为：
第一步 搭建导引头伺服系统位置回路抖动消除系统
伺服系统位置回路抖动消除系统，包括：速度环校正模块和位置环校正模块；所述：
速度环校正模块的功能：进行速度环校正；
位置环校正模块的功能：进行位置环校正；
第二步 速度环校正模块进行速度环校正
电流环由电机、非线性环节和负载顺次串联构成，为消除因电机非线性及结构摩擦阻尼造成的位置回路抖动，速度环校正模块将旋变数字转换器对负载旋变信号进行处理后生成的速度信号与角度输入信号合并，其残差信号作为电流环输入信号，速度环校正模块通过滞后‐超前校正网络对电流环输入信号进行校正，其中滞后‐超前校正网络传递函数为：
其中K为增益，T1、T2为时间常数；
速度环校正模块通过提高增益K，增大时间常数T1，使系统带宽增大，增益变大，然后进行以下判定：当伺服系统抖动已消除，则判定速度环校正有效；当伺服系统抖动没有明显改善时，则判定速度环校正较差；
第三步 位置环校正模块进行位置环校正
当速度环校正效果较差时，位置环校正模块增加前馈补偿环节，前馈补偿环节通过DSP实现，前馈传递函数Gb(s)近似为：
Gb(s)＝1/G2(s)
未加前馈补偿环节的位置环闭环函数为：G(s)＝G1(s)G2(s)/(1+G1(s)G2(s))，增加前馈补偿环节的位置环闭环函数近似为：G(s)＝1，其中G1(s)为位置环校正函数、G2(s)为速度回路传递函数；
位置环校正模块首先将旋变数字转换器输出的位置信号与角度输入信号进行合并，对该合并信号进行位置环校正函数G1(s)校正，同时位置环校正模块对角度输入信号进行前馈补偿环节处理，最后位置环校正模块将位置环校正函数校正后的信号与前馈补偿环节处理后的信号进行合并，经DA转换后作为速度环角度输入信号，该信号与速度信号合并并通过滞后‐超前校正网络进行速度环校正后输至电流环；
至此，消除了导引头伺服系统位置回路中的抖动。
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