CN109632304B - 四点接触球轴承跑合装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了四点接触球轴承跑合装置及控制方法，包括负载加载伺服电机、轴承驱动伺服电机、摩擦力矩传感器、负载力传感器和真空度传感器，负载加载伺服电机通过转速反馈至驱动控制模块，驱动控制模块发送驱动控制模块数据和指令至数据处理模块，驱动控制模块还驱动轴承驱动伺服电机工作，对机械结构和电气控制系统进行了设计，在数据采集与处理过程中采用了模糊控制算法，虽然常规PID控制算法对一般信号的响应能得到比较理想的结果，但是响应复杂信号时会出现较大误差，很难满足系统的控制需求。而模糊控制算法系统响应误差小，暂态过程短，系统稳定，控制效果好，满足了跑合装置的需求。

Description

四点接触球轴承跑合装置及控制方法

技术领域

本发明涉及到控制力矩陀螺用四点接触球轴承跑合，特别涉及四点接触球轴承跑合装置及控制方法。

背景技术

控制力矩陀螺用四点接触球轴承采用MoS2基溅射固体润滑膜，在装入整机之前需要对轴承进行跑合。跑合时与轴承相配的轴和轴承座的配合间隙、锁紧螺母的锁紧力矩和轴承驱动件重量等都会对轴承内部的配合及摩擦力矩造成一定影响，需要对轴承进行外部加载并测量摩擦力矩的变化。四点接触球轴承加载和跑合系统根据用户的指令对两个轴承进行驱动和自动加载，实时采集两个轴承的摩擦力矩和加载力等数据，并对采集的数据进行分析。设计过程中充分考虑了系统的可靠性，安全性和维护性要求

在系统设计上，充分考虑了模块化设计，整个系统共包含七个模块，即轴承安装模块、轴承加载模块、加载载荷测量模块、摩擦力矩测量模块、跑合驱动模块、真空系统模块、数据采集与处理模块。这样设计的目的是以少变应多变，降低维护成本，提高系统的可维护性。在模块化设计的基础上，加入了安全性设计和可靠性设计，包括软硬件的安全性和电源的可靠性设计，这些设计理念都为系统的稳定、高效运行打下了良好的基础。

地面测控装置作为卫星零部分部件测试的平台，有着十分重要的意义，其中的高精度要求是一项最基本的技术指标。传统的PID控制算法控制简单，可靠性强，鲁棒性好，所以一直被广泛应用。但跑合装置是一个需要高精度和实时性的测试系统，并且存在各种无法预测的系统干扰，任何一个微小的偏差都可能对卫星上天后造成巨大的损失，为此必须对系统做好全方位的设计。在控制算法设计中，常规PID控制算法不能达到理想的效果，所以采用对环境变化适应能力强的模糊控制算法，它能更好的满足系统要求。经过各项性能测试和实际使用，充分证明了该跑合系统结构清晰、交互性高、响应及时、可扩展性强，能够使用户及时的获得需要的数据，并且使系统的可控制性提高。

发明内容

本发明的目的在于提供四点接触球轴承跑合装置及控制方法，具有系统稳定，控制效果好，满足了跑合装置的需求的优点，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：四点接触球轴承跑合装置，包括负载加载伺服电机、轴承驱动伺服电机、摩擦力矩传感器、负载力传感器和真空度传感器，负载加载伺服电机通过转速反馈至驱动控制模块，驱动控制模块发送驱动控制模块数据和指令至数据处理模块，驱动控制模块还驱动轴承驱动伺服电机工作，轴承驱动伺服电机的电流被采集至数据采集测量模块，数据采集测量模块发送数据至数据处理模块并再次接收处理后的数据，数据采集测量模块同时接收摩擦力矩传感器、负载力传感器和真空度传感器发送的数据。

进一步地，负载力传感器的电路由应变放大器U1、应变放大器U2、ADAM4017模拟量输入模块X1和转接口U3组成，应变放大器U1和应变放大器U2的5，6，7，8和9引脚都并联接地，应变放大器U1和应变放大器U2的2，3，4，5、6和7分别并联接在ADAM4017模拟量输入模块X1的引脚12和14，上，应变放大器U1和应变放大器U2的引脚8分别接在ADAM4017模拟量输入模块X1的引脚11和13上，ADAM4017模拟量输入模块X1的引脚7和8分别接在转接口U3上，ADAM4017模拟量输入模块X1的引脚10与转接口U3并联接地，转接口U3的引脚2，3和4接在数据接口连接器COM的端口上。

进一步地，摩擦力矩传感器的电路由力矩传感器U4和U5、信号真空插座J1和ADAM4017模拟量输入模块X1组成，力矩传感器U4和U5的引脚3，4，5，6和12分别接在信号真空插座J1的端角1，2，3，4，5，7，8，9，10和11上，信号真空插座J1的引脚23、29分别接在ADAM4017模拟量输入模块X1的端脚15和17上，信号真空插座J1的引脚24，25，30和31并联接在ADAM4017模拟量输入模块X1的端脚16和18上。

进一步地，负载加载伺服电机由PMAC接口板P1、伺服电机驱动器P2和P3以及真空伺服电机S1和S2组成，PMAC接口板P1的端口总线分别与伺服电机驱动器P2和P3相接，伺服电机驱动器P2和P3端口分别与对应的真空伺服电机S1和S2相连。

进一步地，轴承驱动伺服电机2由PMAC接口板P1、转接板P2、电机驱动器P3和P4以及步进电机M1和M2组成，PMAC接口板P1分别与转接板P2的端角J4和J5相连，转接板P2的1，2引脚分别与电机驱动器P3和P4的1，2引脚并联，转接板P2的总线分别与电机驱动器P3和P4引脚8，9，10，11相接，电机驱动器P3和P4与对应的步进电机M1和M2端角相连。

进一步地，数据采集测量模块中的ADAM4017模拟量输入模块X1接收来自伺服电机、轴承摩擦力矩和负载力的竖直与转换接口连接，发送数据至控制器在发送到上位机。

本发明提供另一技术方案，四点接触球轴承跑合控制方法，包括以下步骤：

S1：伺服电机的位置反馈模块用于产生位置信号，并且把此信号发送给上位机，上位机接收位置信号后作出反馈，形成闭环控制。

S2：速度环的输入是位置环的输出，是三环控制系统中的模拟环，工控机的D/A产生了模拟环，模拟板中的电阻电容网络控制着速度环，伺服电机也可以产生速度反馈，也是闭环式。

S3：电流环也就是电流反馈系统，用来提高系统电流的稳定性，以速度环的输出作为输入信号，以采样电阻作为反馈信号，驱动力矩电机平稳运行，使得系统中的轴承按目标设定转动。

S4：上位机接受到当前系统的运行参数后，与理论数据作对比，得出差值信号，经过PID校正网络调整后，发给下位机，形成反馈过程，驱动电机运转，形成了伺服控制和位置闭环系统。

进一步地，在控制过程中本提出了模糊控制算法，包括模糊化、规则库、推理机和反模糊化。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本四点接触球轴承跑合装置及控制方法，对机械结构和电气控制系统进行了设计，在数据采集与处理过程中采用了模糊控制算法，虽然常规PID控制算法对一般信号的响应能得到比较理想的结果，但是响应复杂信号时会出现较大误差，很难满足系统的控制需求，而模糊控制算法系统响应误差小，暂态过程短，系统稳定，控制效果好，满足了跑合装置的需求。

附图说明

图1是本发明的跑合装置的电气系统结构图；

图2是本发明的加载力传感器电气连接图；

图3是本发明的力矩传感器连接图；

图4是本发明的真空伺服电机电气连接图；

图5是本发明的真空步进电机电气连接图；

图6是本发明的数据采集测量模块的结构图；

图7是本发明的跑合装置控制系统的组成和原理图；

图8是本发明的模糊控制器整体结构。

图中：1、负载加载伺服电机；11、驱动控制模块；12、数据处理模块；2、轴承驱动伺服电机；21、数据采集测量模块；3、摩擦力矩传感器；4、负载力传感器；5、真空度传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚；完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，四点接触球轴承跑合装置，包括负载加载伺服电机1、轴承驱动伺服电机2、摩擦力矩传感器3、负载力传感器4和真空度传感器5，负载加载伺服电机1通过转速反馈至驱动控制模块11，驱动控制模块11发送驱动控制模块数据和指令至数据处理模块12，驱动控制模块11还驱动轴承驱动伺服电机2工作，轴承驱动伺服电机2的电流被采集至数据采集测量模块21，数据采集测量模块21发送数据至数据处理模块12并再次接收处理后的数据，数据采集测量模块21同时接收摩擦力矩传感器3、负载力传感器4和真空度传感器5发送的数据。

电气系统中的计算机运行数据处理程序和人机交互程序，接收用户指令，用于设置系统参数，包括最大转速，最大负载等数据，显示摩擦力矩，负载力，真空度，电机转向，角度和角速度以及电流实时数据，曲线和图形，在驱动和数据采集设备中有一个双通道驱动控制模块，其中包括一个四通道伺服电机驱动控制模块和一个八通道数据采集测量模块21，四通道伺服电机驱动控制模块可以同时驱动四台真空伺服电机运动，其中两台电机用于驱动轴承，另外两台电机用于驱动自动负载加载，驱动控制模块11同时采集伺服电机的角度位置数据和角速度数据，并将这些数据发送给上位机，用于数据保存和超速保护监视，八通道数据采集测量模块21通过摩擦力矩传感器3采集两个轴承的摩擦力矩，通过采集负载力传感器4采集两个轴承的负载力，并且采集两个轴承驱动电机的电流和腔体内的真空度，将上述数据发送给上位机，用于数据保存，真空度监视和过载保护监视。

请参阅图2，负载力传感器4的电路由应变放大器U1、应变放大器U2、ADAM4017模拟量输入模块X1和转接口U3组成，应变放大器U1和应变放大器U2的5，6，7，8和9引脚都并联接地，应变放大器U1和应变放大器U2的2，3，4，5、6和7分别并联接在ADAM4017模拟量输入模块X1的引脚12和14，上，应变放大器U1和应变放大器U2的引脚8分别接在ADAM4017模拟量输入模块X1的引脚11和13上，ADAM4017模拟量输入模块X1的引脚7和8分别接在转接口U3上，ADAM4017模拟量输入模块X1的引脚10与转接口U3并联接地，转接口U3的引脚2，3和4接在数据接口连接器COM的端口上。

加载力传感器的数据处理，使用18V电压供电，分别测量两个轴承的加载力。LTH350接口使用真空插座，配合模拟信号输出端，输出给ADAM-4017+数据采集模块，此模块的作用是把模拟信号转换为数字信号，由于ADAM-4017+转换后的数字信号编码模式为RS485，而工控机上用于通讯的串口编码方式为RS232，把转码后的数字信号通过COM口传给工控机

请参阅图3，摩擦力矩传感器3的电路由力矩传感器U4和U5、信号真空插座J1和ADAM4017模拟量输入模块X1组成，力矩传感器U4和U5的引脚3，4，5，6和12分别接在信号真空插座J1的端角1，2，3，4，5，7，8，9，10和11上，信号真空插座J1的引脚23、29分别接在ADAM4017模拟量输入模块X1的端脚15和17上，信号真空插座J1的引脚24，25，30和31并联接在ADAM4017模拟量输入模块X1的端脚16和18上。

请参阅图4，负载加载伺服电机1由PMAC接口板P1、伺服电机驱动器P2和P3以及真空伺服电机S1和S2组成，PMAC接口板P1的端口总线分别与伺服电机驱动器P2和P3相接，伺服电机驱动器P2和P3端口分别与对应的真空伺服电机S1和S2相连。

在力矩传感器中，C端口为扭矩的模拟量输出，然后通过信号真空插座传递给ADAM-4017+模块。X1中的15号和17号引脚接收这些模拟信号，然后转换为数字信号输出

请参阅图5，轴承驱动伺服电机2由PMAC接口板P1、转接板P2、电机驱动器P3和P4以及步进电机M1和M2组成，PMAC接口板P1分别与转接板P2的端角J4和J5相连，转接板P2的1，2引脚分别与电机驱动器P3和P4的1，2引脚并联，转接板P2的总线分别与电机驱动器P3和P4引脚8，9，10，11相接，电机驱动器P3和P4与对应的步进电机M1和M2端角相连。

采用一个机械泵实现两个真空腔同时抽真空。采用一个真空泵的目的是降低系统复杂度和减轻系统重量。真空系统由控制平台上的开关控制，以手动控制启。

请参阅图6，数据采集测量模块21中的ADAM4017模拟量输入模块X1接收来自伺服电机、轴承摩擦力矩和负载力的竖直与转换接口连接，发送数据至控制器在发送到上位机。

通过摩擦力矩传感器和负载力传感器分别获得两个轴承的摩擦力矩模拟量和负载力模拟量以及两个轴承电机电流数据。在数据采集测量模块中使用集成模数转换器ADAN4017+将上述模拟信号转换为数字信号输入到微控制器中。模数转换器ADAM4017+可以输入8路模拟信号，即具有8路通道，并且都是可编程的，它支持8路差分输入和Modbus协议，各通道可以单独设置输入范围。

本发明提供另一技术方案，四点接触球轴承跑合控制方法，包括以下步骤：

步骤一：伺服电机的位置反馈模块用于产生位置信号，并且把此信号发送给上位机，上位机接收位置信号后作出反馈，形成闭环控制。

步骤二：速度环的输入是位置环的输出，它是三环控制系统中的模拟环，工控机的D/A产生了模拟环，模拟板中的电阻电容网络控制着速度环，伺服电机也可以产生速度反馈，它也是闭环式的。

步骤三：电流环也就是电流反馈系统，它主要用来提高系统电流的稳定性，它以速度环的输出作为输入信号，以采样电阻作为反馈信号，驱动力矩电机平稳运行，使得系统中的轴承按目标设定转动。

步骤四：上位机接受到当前系统的运行参数后，与理论数据作对比，得出差值信号，经过PID校正网络调整后，发给下位机，形成反馈过程，驱动电机运转，形成了伺服控制和位置闭环系统。

四点接触球轴承跑合装置从自动控制的原理来说，是一个三环数模混合控制系统，它是一个集速度反馈、位置反馈、电流反馈于一体的综合系统。位置环也就是位置反馈系统，它是混合控制系统中的数字环，是由硬件平台构成物理结构，由控制软件实现位置控制，硬件平台一般是工控计算机，上面预装了与其配套的工程软件，它的一些复杂控制算法也可以通过工控机中的软件编程完成。

请参阅图7-8，在控制过程中本提出了模糊控制算法，包括模糊化、规则库、推理机和反模糊化。

模糊化：假设存在论域X，它有一个确定的输入值x，找出x的相应语言变量在X上语言变量值，记为A_i，这个过程就是模糊化。论域X上语言变量所取得的语言值A_i的个数用i的最大值表示，A_i的个数也称为模糊化的等级数。一般情况下，等级的划分如果太细、太密都会导致它失去某些信息，所以要合理划分模糊等级。划分的过细也致使模糊化失去了它的优点，而且计算的过程更复杂，会增加工作量。一般使用的语言变量值划分集合如下：

A＝{NL，NM，NS，ZO，PS，PM，PL}；

每个语言变量有自己相应的隶属函数，隶属函数通过当前的输入值x确定出相应语言变量的隶属度，然后通过隶属度确定相应的语言变量。

规则库：模糊规则的语言表示形式就类似于认得知觉推理，大量的熟练操作工经验和专家知识被放到模糊控制器的规则库中，用于后期推理。一些常用的关系连接词构成了模糊规则，模糊规则数值化的前提是关系词必须被推理机“翻译”，一般最常使用的关系词有if-then、or或also，而and一般用于多变量的模糊控制系统中。模糊控制器用“条件-作用”的规则来表示输入到输出的映射：if前件then结论，它是一种前项推理的规则。前件为模糊控制器的输入，结论是模糊控制器的输出。

推理机：一共有两个作用：作用一就是根据当前的输入找出相关的规则，称为匹配，作用二就是用规则库中的所对应的规则与当前的输入匹配后，推理出结论。

匹配过程一共需要两步：

步骤一，假设模糊控制器的两个输入变量为x₁和x₂，用规则将这两个输入组合起来。每个变量可以得到两个模糊值

这些规则的模糊值将组合为规则的前件：

规则1，

规则2，

规则3，

规则4，

将以上前件与规则库中所有的规则前件进行匹配，如果某个规则被匹配上，则认为它是当前被激活的规则。

步骤二，需要求出每条被激活的规则前件的确信度。用μ_i,pre(x₁,x₂,...,x_n)表示第i条规则前件的确信度，写成数学表达式如下：

对于逻辑“and”，上式中的“*”通常有“取小”及“乘”两种运算：

(1)取小运算

(2)乘运算

推理：

由匹配激活的每条规则，都会产生相应的模糊集合，然后根据相应的前件确信度对输出的隶属函数进行截图，最终得出每条规则所对应的蕴含模糊集合。

反模糊化：用模糊推理处理后得到的结果一般都是模糊值，在实际应用中，被控对象的控制量不能用这个模糊值来代替，必须将它转化为一个精确值，这样才能被执行机构接受，转化成精确量的过程就是反模糊化方法。重心法是最常用的反模糊化方法。

重心法：

重心法是所有模糊化方法中最常用的方法，也叫面积中心法或者质心法，这种方法在解模糊化的方法中是比较合理的方法。它的数字表达式是(1-3)。

式(1-3)中的分母表示模糊子集中所有元素的隶属度值，分子表示在连续域在y上的代数积分，这种方法计算量大，但是它的结果比较精确，主要是因为它它包含了输出模糊子集中所有元素的信息。

最大隶属度法：

隶属度法可以综合评价由多因素影响的事物，它对评价结果不做肯定或者否定论断，只是通过模糊集合表示，而构造隶属度函数是模糊控制的关键问题，隶属度函数的确定带有一定的主观性。最大隶属度法就是选择模糊子集对应的隶属函数的最大值，最大隶属度法也叫直接法。

加权平均法：

如果输出模糊集的隶属函数是对称的，可以使用加权平均法，这种方法在模糊控制系统中广泛应用，它的计算公式是(1-4)

式中y_i和

分别表示对各对称隶属函数的质心和隶属度值。

本发明根据四点接触球轴承真空跑合的技术要求，对机械结构和电气控制系统进行了设计，在数据采集与处理过程中采用了模糊控制算法，虽然常规PID控制算法对一般信号的响应能得到比较理想的结果，但是响应复杂信号时会出现较大误差，很难满足系统的控制需求。而模糊控制算法系统响应误差小，暂态过程短，系统稳定，控制效果好，满足了跑合装置的需求。

综上所述，四点接触球轴承跑合装置及控制方法，对机械结构和电气控制系统进行了设计，在数据采集与处理过程中采用了模糊控制算法，虽然常规PID控制算法对一般信号的响应能得到比较理想的结果，但是响应复杂信号时会出现较大误差，很难满足系统的控制需求。而模糊控制算法系统响应误差小，暂态过程短，系统稳定，控制效果好，满足了跑合装置的需求。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.四点接触球轴承跑合装置，其特征在于，包括负载加载伺服电机(1)、轴承驱动伺服电机(2)、摩擦力矩传感器(3)、负载力传感器(4)和真空度传感器(5)，负载加载伺服电机(1)通过转速反馈至驱动控制模块(11)，驱动控制模块(11)发送驱动控制模块数据和指令至数据处理模块(12)，驱动控制模块(11)还驱动轴承驱动伺服电机(2)工作，轴承驱动伺服电机(2)的电流被采集至数据采集测量模块(21)，数据采集测量模块(21)发送数据至数据处理模块(12)并再次接收处理后的数据，数据采集测量模块(21)同时接收摩擦力矩传感器(3)、负载力传感器(4)和真空度传感器(5)发送的数据；

其中，在驱动和数据采集设备中有一个双通道驱动控制模块，其中包括一个四通道伺服电机驱动控制模块和一个八通道数据采集测量模块，四通道伺服电机驱动控制模块能够同时驱动四台真空伺服电机运动，其中两台电机用于驱动轴承，另外两台电机用于驱动自动负载加载，驱动控制模块同时采集伺服电机的角度位置数据和角速度数据，并将这些数据发送给上位机，用于数据保存和超速保护监视，八通道数据采集测量模块通过摩擦力矩传感器采集两个轴承的摩擦力矩，通过采集负载力传感器采集两个轴承的负载力，并且采集两个轴承驱动电机的电流和腔体内的真空度，将上述数据发送给上位机，用于数据保存，真空度监视和过载保护监视；

负载力传感器的数据处理，使用18V电压供电，分别测量两个轴承的加载力；LTH350接口使用真空插座，配合模拟信号输出端，输出给ADAM-4017+数据采集模块，此模块把模拟信号转换为数字信号，由于ADAM-4017+转换后的数字信号编码模式为RS485，而工控机上用于通讯的串口编码方式为RS232，把转码后的数字信号通过COM口传给工控机；

在摩擦力矩传感器中，C端口为扭矩的模拟量输出，然后通过信号真空插座传递给ADAM-4017+；X1中的15号和17号引脚接收上述模拟信号，然后转换为数字信号输出；

采用一个机械泵对两个真空腔同时抽真空；

摩擦力矩传感器和负载力传感器分别获得两个轴承的摩擦力矩模拟量和负载力模拟量以及两个轴承电机电流数据；在数据采集测量模块中使用集成模数转换器ADAM-4017+将上述模拟信号转换为数字信号输入到微控制器中；模数转换器ADAM-4017+可以输入8路模拟信号，并且都是可编程的，支持8路差分输入和Modbus协议，各通道可以单独设置输入范围。

2.根据权利要求1所述的四点接触球轴承跑合装置，其特征在于：负载力传感器(4)的电路由应变放大器U1、应变放大器U2、ADAM4017模拟量输入模块X1和转接口U3组成，应变放大器U1和应变放大器U2的5，6，7，8和9引脚都并联接地，应变放大器U1和应变放大器U2的2，3，4，5、6和7分别并联接在ADAM4017模拟量输入模块X1的引脚12和14，上，应变放大器U1和应变放大器U2的引脚8分别接在ADAM4017模拟量输入模块X1的引脚11和13上，ADAM4017模拟量输入模块X1的引脚7和8分别接在转接口U3上，ADAM4017模拟量输入模块X1的引脚10与转接口U3并联接地，转接口U3的引脚2，3和4接在数据接口连接器COM的端口上。

3.根据权利要求1所述的四点接触球轴承跑合装置，其特征在于：摩擦力矩传感器(3)的电路由力矩传感器U4和U5、信号真空插座J1和ADAM4017模拟量输入模块X1组成，力矩传感器U4和U5的引脚3，4，5，6和12分别接在信号真空插座J1的端角1，2，3，4，5，7，8，9，10和11上，信号真空插座J1的引脚23、29分别接在ADAM4017模拟量输入模块X1的端脚15和17上，信号真空插座J1的引脚24，25，30和31并联接在ADAM4017模拟量输入模块X1的端脚16和18上。

4.根据权利要求1所述的四点接触球轴承跑合装置，其特征在于：负载加载伺服电机(1)由PMAC接口板P1、伺服电机驱动器P2和P3以及真空伺服电机S1和S2组成，PMAC接口板P1的端口总线分别与伺服电机驱动器P2和P3相接，伺服电机驱动器P2和P3端口分别与对应的真空伺服电机S1和S2相连。

5.根据权利要求1所述的四点接触球轴承跑合装置，其特征在于：轴承驱动伺服电机(2)由PMAC接口板P1、转接板P2、电机驱动器P3和P4以及步进电机M1和M2组成，PMAC接口板P1分别与转接板P2的端角J4和J5相连，转接板P2的1，2引脚分别与电机驱动器P3和P4的1，2引脚并联，转接板P2的总线分别与电机驱动器P3和P4引脚8，9，10，11相接，电机驱动器P3和P4与对应的步进电机M1和M2端角相连。

6.根据权利要求1所述的四点接触球轴承跑合装置，其特征在于：数据采集测量模块(21)中的ADAM4017模拟量输入模块X1接收来自伺服电机、轴承摩擦力矩和负载力的竖直与转换接口连接，发送数据至控制器在发送到上位机。

7.如权利要求1所述的四点接触球轴承跑合装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：伺服电机的位置反馈模块用于产生位置信号，并且把此信号发送给上位机，上位机接收位置信号后作出反馈，形成闭环控制；

S2：速度环的输入是位置环的输出，是三环控制系统中的模拟环，工控机的D/A产生了模拟环，模拟板中的电阻电容网络控制着速度环，伺服电机也可以产生速度反馈，也是闭环式；

S3：电流环也就是电流反馈系统，用来提高系统电流的稳定性，以速度环的输出作为输入信号，以采样电阻作为反馈信号，驱动力矩电机平稳运行，使得系统中的轴承按目标设定转动；

S4：上位机接受到当前系统的运行参数后，与理论数据作对比，得出差值信号，经过PID校正网络调整后，发给下位机，形成反馈过程，驱动电机运转，形成了伺服控制和位置闭环系统；

在控制过程中本提出了模糊控制算法，包括模糊化、规则库、推理机和反模糊化；

模糊化：假设存在论域X，它有一个确定的输入值x，找出x的相应语言变量在X上语言变量值，记为A_i，这个过程就是模糊化；论域X上语言变量所取得的语言值A_i的个数用i的最大值表示，A_i的个数也称为模糊化的等级数；使用的语言变量值划分集合如下：

A＝{NL，NM，NS，ZO，PS，PM，PL}；

每个语言变量有自己相应的隶属函数，隶属函数通过当前的输入值x确定出相应语言变量的隶属度，然后通过隶属度确定相应的语言变量；

规则库：关系词有if-then、or或also，而and用于多变量的模糊控制系统中；模糊控制器用“条件-作用”的规则来表示输入到输出的映射：if前件then结论，它是一种前项推理的规则；前件为模糊控制器的输入，结论是模糊控制器的输出；

推理机：一共有两个作用，作用一就是根据当前的输入找出相关的规则，称为匹配，作用二就是用规则库中的所对应的规则与当前的输入匹配后，推理出结论；

匹配过程一共需要两步：

步骤一，假设模糊控制器的两个输入变量为x₁和x₂，用规则将这两个输入组合起来；每个变量得到两个模糊值

这些规则的模糊值将组合为规则的前件：

规则1，if x₁ is

and x₂ is

规则2，if x₁ is

and x₂ is

规则3，if x₁ is A₁ ² and x₂ is

规则4，if x₁ is A₁ ² and x₂ is

将以上前件与规则库中所有的规则前件进行匹配，如果某个规则被匹配上，则认为它是当前被激活的规则；

步骤二，需要求出每条被激活的规则前件的确信度；用μ_i,pre(x₁,x₂,...,x_n)表示第i条规则前件的确信度，写成数学表达式如下：

对于逻辑“and”，上式中的“*”有“取小”及“乘”两种运算：

(1)取小运算

(2)乘运算

推理：

由匹配激活的每条规则，都会产生相应的模糊集合，然后根据相应的前件确信度对输出的隶属函数进行截图，最终得出每条规则所对应的蕴含模糊集合；

反模糊化：将被控对象的控制量转化为一个精确值，然后被执行机构接受，转化成精确量的过程；

重心法数字表达式是(1-3)；

式(1-3)中的分母表示模糊子集中所有元素的隶属度值，分子表示在连续域在y上的代数积分；

最大隶属度法：对评价结果不做肯定或者否定论断，只通过模糊集合表示，而构造隶属度函数是模糊控制的关键问题，隶属度函数的确定带有一定的主观性；最大隶属度法是选择模糊子集对应的隶属函数的最大值；

加权平均法：如果输出模糊集的隶属函数是对称的，使用加权平均法，加权平均法的计算公式是(1-4)

式中y_i和

分别表示对各对称隶属函数的质心和隶属度值。

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