CN118100695A - 起竖装备用双电动缸起竖同步控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种起竖装备用双电动缸起竖同步控制方法及装置，包括主/从伺服驱动器；主/从高低电动缸；倾角传感器、随动控制器和上位机；主/从伺服驱动器均包括速度调节器、电流调节器、功率放大器，主伺服驱动器还包括同步控制器；主/从高低电动缸均由主/从PMSM电机、减速器、缸体、推杆、滚珠丝杠副组成。本发明通过同步控制器同时进行位置反馈和速度反馈的双缸同步控制方法，通过位置和速度同步控制，能快速反馈，提高了同步控制精度，能提高电动缸和负载装置的使用寿命；解决了控制的同步性问题，提高了控制精度和起竖速度，满足大负载且起竖快的各种应用需求。
Description
技术领域
本发明属于机电控制领域，具体涉及一种双电动缸起竖同步控制方法及装置。
背景技术
随着科技的进步与发展，武器装备全电化是今后发展的趋势。电动缸作为一种电动控制起竖的装置，今后在火箭武器装备中应用将越来越广泛。由于单个电动缸输出功率的制约，双电动缸同步应用也将在武器装备中使用需要越来越多。现有的双电动缸同步控制一般采用两种方式，一种是利用一个电机通过分动箱同时带动两个电动缸使其同步，其结构相对复杂，加工和装配精度要求高，制造和维护保养成本高等问题；一种是基于位置环反馈的PID或自适应鲁棒控制方式，其单纯的依据位置环反馈，主要解决非线性扰动，偏载及其他不确定性情况下的同步控制，但因其起竖速度较慢和位置控制精度较差等问题，无法满足大负载且起竖速度快的同步控制应用需求。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明提供一种起竖装备用双电动缸起竖同步控制方法，以解决控制的同步性问题，提高控制精度和起竖速度，满足大负载且起竖快的各种应用需求。
本发明的目的还提供上述方法所用的起竖装备用双电动缸起竖同步控制装置。
本发明的技术方案:包括：
1)上位机下发起竖指令；
2)随动控制器根据位置环控制给出数字速度指令；
3)主伺服驱动器通过CAN通讯获取步骤2)中的数字速度指令，通过其速度调节器输出电流指令，经过电流调节器和功率放大器驱动主PMSM电机；主伺服驱动器包括速度调节器、电流调节器、同步控制器；
从伺服驱动器通过CAN通讯获取步骤2)中的数字速度指令，通过其速度调节器输出电流指令，经过电流调节器和功率放大器驱动从PMSM电机；
从伺服驱动器包括速度调节器、电流调节器；
4)主PMSM电机驱动主高低电动缸的推杆运动，实现负载P箱形成高低向运动；
从PMSM电机驱动从高低电动缸的推杆运动，实现负载P箱形成高低向运动；
5)主伺服驱动器的同步控制器实时采集主PMSM电机、从PMSM电机的速度误差和位置误差，经过同步控制运算，输出主/从高低电机驱动器的电流前馈给主/从高低电机驱动器的电流调节器、速度前馈给主/从高低电机驱动器的速度调节器，实现主/从高低电动缸的速度和位置实时同步；当负载P箱的负载扰动、电动缸参数偏差，在启动、平稳运行、制动过程中存在速度不同步时，通过主/从PMSM电机的速度误差进行电流前馈补偿，实现速度同步；当主/从高低电动缸在运行过程中存在累积的位置误差，通过主/从高低电动缸的位置误差进行速度前馈补偿，实现位置同步；同步控制器在进行电流前馈补偿和速度前馈补偿计算时，计算交叉耦合提前修正量，将交叉耦合提前修正量加上电流前馈补偿和速度前馈补偿得出最终的电流前馈、速度前馈；主/从伺服驱动器的速度调节器和电流调节器根据电流前馈、速度前馈输出调节后的速度信号和电流信号，实现同步控制；
6)倾角传感器实时采集起竖角度，随动控制器根据起竖角度输出速度指令，实现快速起竖到位。
本发明当负载P箱存在严重偏载情况，主/从伺服驱动器均采用速度环和电流环的伺服双闭环模式。
本发明所述同步控制器通过采集位置误差和速度误差的信息，发现主/从高低电动缸是否出现了位置和速度的超差，及时报警停机，保护负载P箱不损坏。
本发明所述主高低电动缸、从高低电动缸在进行初始安装时会存在位置误差，通过校准位置码盘的初始零位，有效排除安装位置误差。
本发明所述主高低电动缸、从高低电动缸在运行过程中因故障停机，通过主/从高低电动缸的减速器上的手动接口将负载P箱回到任意位置。
本发明的起竖装备用双电动缸起竖同步控制装置，包括主伺服驱动器、从伺服驱动器、主高低电动缸、从高低电动缸、倾角传感器、随动控制器和上位机组成；主/从伺服驱动器均包括速度调节器、电流调节器、功率放大器，主伺服驱动器还包括同步控制器；主/从高低电动缸均由主/从PMSM电机、减速器、缸体、推杆、滚珠丝杠副组成；主/从PMSM电机含码盘，可计算电机的转速和位置。
本发明所述主伺服驱动器、从伺服驱动器与随动控制器并联连接；所述主伺服驱动器与主高低电机电性连接，主高低电机与主高低电动缸传动连接，所述从伺服驱动器与从高低电机电性连接，从高低电机与从高低电动缸传动连接，主高低电动缸、从高低电动缸与负载P箱铰接。
本发明所述主PMSM电机经其减速器、滚珠丝杠副与缸体的推杆传动连接；通过减速器驱动主高低电动缸的推杆运动，将电机的旋转运动通过丝杠转变为推杆的直线往复运动，实现负载P箱形成高低向运动；
所述从PMSM电机经其减速器、滚珠丝杠副与缸体的推杆传动连接；通过减速器驱动从高低电动缸的推杆运动，将电机的旋转运动通过丝杠转变为推杆的直线往复运动，实现负载P箱形成高低向运动。
本发明所述主/从高低电动缸推杆与负载P箱的起落架铰接，主/从高低电动缸下端固定在回转机或底架上。
本发明通过同步控制器同时进行位置反馈和速度反馈的双缸同步控制方法，满足大负载且起竖快的各种应用需求。本发明的有益效果:
1)本发明结构简单，便于加工制造和维修保养，降低了制造和使用成本；
2)通过位置和速度同步控制，能快速反馈，提高了同步控制精度，能提高电动缸和负载装置的使用寿命；
3)同步控制器可通过位置误差和速度误差快速发现主/从系统是否出现了位置和速度的超差，及时报警停机，有利于保护电动缸和负载装置；
4)本发明结构简单紧促，有利于轻量化设计；
5)主/从高低电动缸在运行过程中因故障停机，可通过两个电动缸的手动机构将P箱回到任意位置，或通过手动操纵台进行半自动控制进行检修；
6)本发明解决了大负载且高速起竖时双电动缸同步问题，在陆海空的大负载起竖类武器装备中具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是一种火箭发射装置结构示意图；
图2是本发明的双电动缸起竖同步控制方案组成原理图；
图3是电动缸示意图。
具体实施方式
图1中，主/从高低电动缸2上端均与起落架1相连接，下端均固定在回转机或底架3上；为火箭发射装置赋予精度较高的高低俯仰角度。同步双电动缸主要赋予火箭发射装置的起竖类(即负载P箱)举升。
图2中，系统组成：主要包括主伺服驱动器、从伺服驱动器、主交流永磁同步电机(简称主“PMSM电机”，含码盘)，从交流永磁同步电机(简称从“PMSM电机”，含码盘)、主高低电动缸、从高低电动缸、倾角传感器、随动控制器和上位机等组成。其中随动控制器负责起竖装置的位置环控制，主/从伺服驱动器及同步控制器负责电流环和速度环的控制，实现同步控制。主/从伺服驱动器通过高速串行通信进行相互交互，均通过CAN通讯与随动控制器交互数字速度指令和状态信息等；主/从高低电动缸均由PMSM电机、减速器、缸体、推杆、滚珠丝杠副组成；主/从PMSM电机含码盘。
同步控制为：
1)上位机下发起竖指令；
2)随动控制器根据位置环控制给出数字速度指令；
3)主/从伺服驱动器通过CAN通讯获取速度指令，通过速度调节器输出各自电流指令，经过各自电流调节器和功率放大器驱动主/从PMSM电机；
4)主/从PMSM电机分别通过各自减速器驱动电动缸的推杆运动，将电机的旋转运动通过丝杠转变为推杆的直线往复运动，实现负载P箱形成高低向运动；
5)主伺服驱动器的同步控制器实时采集主从PMSM电机的速度误差和位置误差，经过同步控制运算，输出各自驱动器的电流前馈和速度前馈，实现高低双电动缸的速度和位置实时同步。考虑负载P箱的负载扰动、电动缸等参数偏差，在启动、平稳运行、制动过程中存在速度不同步时，通过主/从高低电机的速度误差进行电流前馈补偿，实现速度同步；考虑主/从高低电动缸在运行过程中存在累积的位置误差，通过主/从高低电动缸的位置误差进行速度前馈补偿，实现位置同步；在进行电流前馈补偿和速度前馈补偿计算时，计算交叉耦合提前修正量，将交叉耦合提前修正量加上电流前馈补偿和速度前馈补偿得出最终的电流前馈和速度前馈。
6)主从驱动器的速度调节器和电流调节器根据电流前馈和速度前馈输出调节后的速度信号和电流信号，实现同步控制。
7)倾角传感器实时采集起竖角度，随动控制器根据起竖角度输出速度指令，实现快速起竖到位。
同步控制其他考虑事项
1)因P箱存在严重偏载情况，为了严重偏载时实现更快的速度同步，主/从伺服驱动器均采用速度环和电流环的伺服双闭环模式；
2)同步控制器可通过位置误差和速度误差快速发现主/从系统是否出现了位置和速度的超差，及时报警停机，保护负载P箱不损坏；
3)主/从高低电动缸在进行初始安装时会存在位置误差，可通过校准位置码盘的初始零位，有效排除安装位置误差；
4)主/从高低电动缸在运行过程中因故障停机，可通过两个电动缸的手动机构将负载P箱回到任意位置，或通过手动操纵台进行半自动控制进行检修。
图3中，主/从高低电动缸2均由其PMSM电机4、减速器5、手动接口6、缸体7、推杆8、滚珠丝杠副9组成。主/从PMSM电机含码盘。
Claims (9)
1.一种起竖装备用双电动缸起竖同步控制方法，其特征在于：包括：
1）上位机下发起竖指令；
2）随动控制器根据位置环控制给出数字速度指令；
3）主伺服驱动器通过CAN通讯获取步骤2）中的数字速度指令，通过其速度调节器输出电流指令，经过电流调节器和功率放大器驱动主PMSM电机；主伺服驱动器包括速度调节器、电流调节器、同步控制器；
从伺服驱动器通过CAN通讯获取步骤2）中的数字速度指令，通过其速度调节器输出电流指令，经过电流调节器和功率放大器驱动从PMSM电机；
从伺服驱动器包括速度调节器、电流调节器；
4）主PMSM电机驱动主高低电动缸运动，实现负载P箱形成高低向运动；
从PMSM电机驱动从高低电动缸运动，实现负载P箱形成高低向运动；
5）主伺服驱动器的同步控制器实时采集主PMSM电机、从PMSM电机的速度误差和位置误差，经过同步控制运算，输出主/从高低电机驱动器的电流前馈给主/从高低电机驱动器的电流调节器、速度前馈给主/从高低电机驱动器的速度调节器，实现主/从高低电动缸的速度和位置实时同步；当负载P箱的负载扰动、电动缸参数偏差，在启动、平稳运行、制动过程中存在速度不同步时，通过主/从PMSM电机的速度误差进行电流前馈补偿，实现速度同步；当主/从高低电动缸在运行过程中存在累积的位置误差，通过主/从高低电动缸的位置误差进行速度前馈补偿，实现位置同步；同步控制器在进行电流前馈补偿和速度前馈补偿计算时，计算交叉耦合提前修正量，将交叉耦合提前修正量加上电流前馈补偿和速度前馈补偿得出最终的电流前馈、速度前馈；主/从伺服驱动器的速度调节器和电流调节器根据电流前馈、速度前馈输出调节后的速度信号和电流信号，实现同步控制；
6）倾角传感器实时采集起竖角度，随动控制器根据起竖角度输出速度指令，实现快速起竖到位。
2.根据权利要求1所述的起竖装备用双电动缸起竖同步控制方法，其特征在于：当负载P箱存在严重偏载情况，主/从伺服驱动器均采用速度环和电流环的伺服双闭环模式。
3.根据权利要求1所述的起竖装备用双电动缸起竖同步控制方法，其特征在于：所述同步控制器通过采集位置误差和速度误差的信息，发现主/从高低电动缸是否出现了位置和速度的超差，及时报警停机，保护负载P箱不损坏。
4.根据权利要求1所述的起竖装备用双电动缸起竖同步控制方法，其特征在于：所述主高低电动缸、从高低电动缸在进行初始安装时会存在位置误差，通过校准位置码盘的初始零位，有效排除安装位置误差。
5.根据权利要求1所述的起竖装备用双电动缸起竖同步控制方法，其特征在于：所述主高低电动缸、从高低电动缸在运行过程中因故障停机，通过主/从高低电动缸的减速器上的手动接口将负载P箱回到任意位置。
6.一种起竖装备用双电动缸起竖同步控制装置，其特征在于：包括主伺服驱动器、从伺服驱动器、主高低电动缸、从高低电动缸、倾角传感器、随动控制器和上位机组成；主/从伺服驱动器均包括速度调节器、电流调节器、功率放大器，主伺服驱动器还包括同步控制器；主/从高低电动缸均由主/从PMSM电机、减速器、缸体、推杆、滚珠丝杠副组成；主/从PMSM电机含码盘。
7.根据权利要求6所述的起竖装备用双电动缸起竖同步控制装置，其特征在于：所述主伺服驱动器、从伺服驱动器与随动控制器并联连接；所述主伺服驱动器与主高低电机电性连接，主高低电机与主高低电动缸传动连接，所述从伺服驱动器与从高低电机电性连接，从高低电机与从高低电动缸传动连接，主高低电动缸、从高低电动缸与负载P箱铰接。
8.根据权利要求6所述的起竖装备用双电动缸起竖同步控制装置，其特征在于所述主PMSM电机经其减速器、滚珠丝杠副与缸体的推杆传动连接；通过减速器驱动主高低电动缸的推杆运动，将电机的旋转运动通过丝杠转变为推杆的直线往复运动，实现负载P箱形成高低向运动；
所述从PMSM电机经其减速器、滚珠丝杠副与缸体的推杆传动连接；通过减速器驱动从高低电动缸的推杆运动，将电机的旋转运动通过丝杠转变为推杆的直线往复运动，实现负载P箱形成高低向运动。
9.根据权利要求6所述的起竖装备用双电动缸起竖同步控制装置，其特征在于：所述主/从高低电动缸推杆与负载P箱的起落架铰接，主/从高低电动缸下端固定在回转机或底架上。
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