[发明专利]基于谐波减速机构的转台双位置环控制方法及控制系统

说明书

本发明属于转台控制方法及控制系统，为解决目前基于减速机构的转台控制系统中，半闭环控制系统响应速度和稳定性受限，输出位置精度也无法保障，全闭环控制系统不稳定，输出速度平稳性较差的技术问题，提供一种基于谐波减速机构的转台双位置环控制方法及控制系统，用到两个位置反馈，分别借助于安装在电机轴上的第一位置传感器，以及安装在谐波减速器输出端的第二位置传感器，电机轴位置反馈响应快，谐波减速器输出端上的第二位置传感器能够直接测量谐波输出端的位置，降低了非线性因素对控制系统的影响，同时兼具两者的优点。

技术领域

本发明属于转台控制方法及控制系统，具体涉及一种基于谐波减速机构的转台双位置环控制方法及控制系统。

背景技术

高分辨率成像已成为发展趋势，被广泛应用于各种领域。跟踪转台作为成像系统的搭载设备，其速度平稳性是高分辨率稳定成像的基础。特别是在航天领域，对峰值功耗、保持力矩、速度平稳性和位置跟踪精度均有较高要求，空间转动机构的先进程度和功能强弱，通常都直接与其控制系统的性能有关。

带谐波减速机构的控制系统之所以比纯刚性关节的控制复杂很多，主要有以下几方面原因：①因为动力学方程中的参数会随转动机构运动时的位移而改变，所以系统是一种时变的、强烈非线性的刚柔耦合系统；②系统呈现的非线性，理论上属于无穷维，系统的自由度大于通常控制变量的数目，因而病态特性会被呈现出来；③由于谐波减速器柔轮的挤压变形，使得系统呈现非最小相位特性，这对于非并置系统（传感器和驱动器处在不同位置）很容易造成失稳。因此，对于带有谐波减速机构的空间转动机构，针对其控制的研究，主要是针对高精度的位置控制研究和低速度下的平稳性研究。

现有研究中，基于减速机构的转台，根据反馈传感器安装位置的不同，可将其控制系统分为半闭环控制系统和全闭环控制系统。其中，反馈传感器安装在电机轴上，通过间接方式测量谐波端输出位置的方式，称为半闭环系统。目前，谐波减速机构的控制器大多都是基于电机位置反馈传感器信息进行设计的，半闭环控制系统的速度平稳性高，但是受非线性因素的影响较大，会使系统的轨迹跟踪能力降低，跟踪误差增大，导致输出位置精度无法保障。还有部分转台控制器是基于谐波输出位置反馈传感器信息进行设计的，位置传感器安装在谐波减速器输出轴直接测量输出端位移，称为全闭环控制系统，这种方式下，虽然谐波传动中非线性因素的存在并不能影响它的输出位置精度，但通过劳斯稳定判据可知，控制器比例增益系数的取值范围有一定的局限性，很容易导致系统不稳定，并且输出速度的平稳性也较差。另外，基于谐波减速机构的二维转台控制器也未针对外部的非线性干扰进行自抗扰设计，导致系统响应速度和稳定性受限的同时，也会造成系统控制精度下降。

如公开号为CN104166372A的中国发明专利申请，公开了一种进给系统双位置环反抗的抗扰控制器，在实时补偿总扰动的基础上，利用输入信号与反馈测量信号的误差及其微分设计线性反馈率，获得较高的控制带宽。但是，该专利申请中，内环采用电机角位置信号作为反馈信号，外环采用负载位置端反馈信号，并未考虑柔性关节前后的位置扰动带来的差异。

发明内容

本发明为解决目前基于减速机构的转台控制系统中，半闭环控制系统响应速度和稳定性受限，输出位置精度也无法保障，全闭环控制系统不稳定，输出速度平稳性较差的技术问题，提供一种基于谐波减速机构的转台双位置环控制方法及控制系统。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种基于谐波减速机构的转台双位置环控制方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

S1，采集第一位置信息和第二位置信息

采集安装在电机轴上的第一位置传感器输出的第一位置信息，以及安装在谐波减速器输出端的第二位置传感器输出的第二位置信息；

S2，提取角速度、角度和电流

分别从第一位置信息中提取电机角速度、电机角度，分别从第二位置信息中提取负载角度和负载角速度；同时，获取电机电流；

S3，闭环控制