CN117674642A - 高精度转台控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及转台控制技术领域，具体提供一种高精度转台控制系统，在PC端输入转台的转速指令，将转速指令发送至控制器，控制器将转速指令转化为电信号，并发送至驱动器，驱动器依据电信号驱动直流无刷电机执行输入的转速；在直流无刷电机转动过程中，通过读数头实时获取电机实际转速，将实际转速反馈至控制器，控制器实际转速与转速指令进行数值比较，并通过PID运算实时调整控制器输出的电信号，实现PID闭环控制。本发明利用闭环PID控制对转台速率进行适时调整，提高了转台的控制精度，并且选择的设备具有适应环境能力强，应用场景广泛等优势。
Description
技术领域
本发明涉及转台控制技术领域，具体提供一种基于闭环PID控制的高精度转台控制系统。
背景技术
转台作为高精度仿真测试设备、自动跟踪平台以及调姿态定位设备等，广泛应用于各个领域，是一种复杂的集机、电、光于一体的现代化设备，目前载荷外场实验转台多采用开环控制，虽可以设置速度，但由于机构或环境的影响，转速变化通常较大，无法实现实时调整。并且旋转方式单一，仅支持定速旋转，无法进行精准定位，现有的转台会导致图像重叠或撕裂，成像效果差。转动机构多采用步进电机或者伺服电机，虽然增加了减速机来提升旋转精度，但其本质无法达到转速无极调整，无法达到角度精准定位，因此，便无法进行定速、定角度的实时速率调整，无法实现定角度反复回扫功能。
发明内容
本发明为解决上述问题，提供了一种高精度转台控制系统，通过闭环PID控制实现了实时速率调整，极大提高了转台的控制精度。
本发明提供的高精度转台控制系统，通过输入端将转速指令发送至控制器，控制器将转速指令转化为电信号，并发送至驱动器，驱动器驱动直流无刷电机执行转动动作；
设置角度传感器随直流无刷电机转动，并通过读数头读取角度传感器的角度变化量，将角度变化量反馈至控制器，控制器将角度变化量与转速指令进行数值比较，并通过PID运算实时调整控制器输出的电信号，实现PID闭环控制。
优选的，控制器采用EDCi20控制器。
优选的，驱动器采用JSP-180-2驱动器，其运行模式速度与扭矩模式，采用±10V电压控制。
优选的，角度传感器采用雷尼绍RESM20系列增量式光栅。
优选的，读数头采用V2BJI30D10B读数头，用于读取角度传感器上的角度变化量，将角度传感器的角度变化量转变为差分电压信号，并发送至控制器。
优选的，采用PC端作为输入端，并在PC端设置上位机软件，用于PID参数整定、设备调试及运行程序设计。
与现有技术相比，本发明能够取得如下有益效果：
本发明利用闭环PID控制对转台速率进行适时调整，提高了转台的控制精度，相比于现有的开环控制转台，本发明的转台采样速率更高、运算速度更快、扛干扰能力更强，并且本发明PC端进行PID参数整定，控制程序可编辑，人机交互和谐，使用过程更便捷，通过对上位机软件进行程序编写，可实现设备的加速、减速、变加速、变减速等多种运动状态，并且可设置不同速度梯度，使设备适用于更多的使用场景。
附图说明
图1是根据本发明实施例提供的高精度转台控制系统的框架图；
图2是根据本发明实施例提供的高精度转台控制系统的控制原理图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
如图1所示，本发明实施例提供的高精度转台控制系统，其中转台的最高转速≤13r/min，控制系统主要包括电源、PC端、控制器、驱动器、直流无刷电机、角度传感器和读数头，其中，电源用于高精度转台控制系统的供电，电源采用220V交流电，通过AC-DC模块将220V交流电分别转换为24V直流电和110V直流电，分别为控制器和驱动器供电。
PC端主要用于指令设定和程序控制，其中包括上位机软件，上位机软件采用DOLI公司开发的DoliInstallationCenterV10.17.1.0版本软件，可进行PID参数整定、设备调试及运行程序设计等，由于控制器是支持C#软件的编写，因此也可依据实际需求设计软件界面以及功能，例如设定加速、减速、变加速、变减速等多种运动状态，设置不同速度梯度实现梯度多级变速，或者设置固定旋转角度实现定速转动，该设计使得转台及控制系统的使用场景更为广泛，并且操作过程更为简单，具有极好的人机交互性能，更符合实际的生产需求。
控制器主要用于接收转速指令、驱动直流无刷电机以及实现PID闭环控制，具体采用采用德国DOLI公司的EDCi20控制器，该控制器的CPU为VortexDX86800MHz，控制回路的最高频率为2.5kHz，输出信号电压为±10V，分辨率为±15bit，TTL最大信号采样频率为8MHz。该控制器集数据采集和闭环控制于一体，被广泛应用于动静态试验仪器以及作为测量通道和基本试验仪器，是材料及结构试验的全闭环控制和数据采集的专用电子系统，并且具有较高的性价比。
驱动器采用COPLEY公司JSP-180-2驱动器，其运行模式速度与扭矩模式均采用±10V电压信号控制，其主要用于驱动直流无刷电机执行指令信号。
直流无刷电机是转台运动的执行单元，采用成都精密电机厂研发生产的J560LYX08E3直流力矩电机，该电机具有反应快速、速度定位精度高等特点，速度运行范围为0-25r/min，峰值堵转力矩≥1000N·m。
角度传感器和读数头用于采集直流无刷电机的实施转速，角度传感器采用雷尼绍RESM20系列增量式光栅，光栅固定在直流无刷电机的输出转轴上，随转轴同步转动。读数头采用VIONiC系列的V2BJI30D10B读数头，读数头读取光栅的角度变化量，并将角度变化量转变为差分电压信号，发送至控制器。雷尼绍RESM20系列增量式光栅性能可靠，同时配备了光学滤波系统，可以确保优异的防尘、防划痕和防油污能力。光栅具体型号可选择RESM20USA200，其安装直径为200mm，最大转速度≤692r/min，栅距为20μm，刻划精度≤1.03″。V2BJI30D10B读数头具有动态信号处理功能，可提高信号稳定性，且电子细分误差通常小于±30nm，有助于实现卓越的运动控制性能，其定位控制精度≤0.5″，数字分辨率为20nm，理论输出分辨率为0.041″，显示精度≤0.05″。
如图2所示，基于上述系统架构，说明高精度转台控制系统的控制原理，通过交互窗口将所需要的转台转速输入PC端，通过网线将输入的转速指令传递至控制器，控制器将转速指令转化为携带转速指令信息的电流信号，并将电流信号发送至驱动器，与此同时控制器将转速指令进行缓存，实现速度前馈。驱动器依据电流信号驱动直流无刷电机进行转动。
在直流无刷电机转动的过程中，读数头实时读取光栅信号，并将将角度变化量反馈至控制器，控制器将实时采集的角度变化量与缓存的转速指令进行数值比较，基于比较结果通过PID运算对控制器输出的电流信号进行实时调整，实现转台的PID闭环控制，在PID闭环控制中主要对比的是速度信号，同时也具备位置识别的功能。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (6)
1.一种高精度转台控制系统，其特征在于，通过输入端将转速指令发送至控制器，所述控制器将转速指令转化为电信号，并发送至驱动器，所述驱动器驱动直流无刷电机执行转动动作；
设置角度传感器随所述直流无刷电机转动，并通过读数头读取角度传感器的角度变化量，将角度变化量反馈至所述控制器，所述控制器将角度变化量与转速指令进行数值比较，并通过PID运算实时调整所述控制器输出的电信号，实现PID闭环控制。
2.如权利要求1所述的高精度转台控制系统，其特征在于，所述控制器采用EDCi20控制器。
3.如权利要求1所述的高精度转台控制系统，其特征在于，所述驱动器采用JSP-180-2驱动器，其运行模式速度与扭矩模式，采用±10V电压控制。
4.如权利要求1所述的高精度转台控制系统，其特征在于，所述角度传感器采用雷尼绍RESM20系列增量式光栅。
5.如权利要求1所述的高精度转台控制系统，其特征在于，所述读数头采用V2BJI30D10B读数头，用于读取角度传感器上的角度变化量，将所述角度传感器的角度变化量转变为差分电压信号，并发送至所述控制器。
6.如权利要求1所述的高精度转台控制系统，其特征在于，采用PC端作为输入端，并在PC端设置上位机软件，用于PID参数整定、设备调试及运行程序设计。
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2023
- 2023-10-27 CN CN202311414991.3A patent/CN117674642A/zh active Pending
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