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速度和另一个带有加速度前馈的PID数字滤波器。位置环伺服输出量的大小由以下两式决定:
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上述两个公式中:采样时刻
转台的位置误差为X(
),采样时刻
转台的目标位置为x0(
),采样时刻
转台的实际位置为x(
),控制器的伺服输出为u(
),vtarget为转台所要达到的目标速度,atarget为转台所要达到的目标加速度,系统输出的静差补偿为B。
计算机可以对伺服滤波器的各项控制参数进行自主设定,也可以在控制过程中,根据控制性能对各项控制参数进行合理优化。
5实验结果与分析
51高精密伺服转台的位置伺服
由于其应用的特殊,对于高精密伺服转台,位置伺服最重要的指标之一为精确度,其精确度应该达到角秒级。为此根据伺服转台的实际应用环境进行了伺服工作试验。由数字控制器发出数字余弦信号,即幅度为6度、周期为3600s的余弦信号,并采用离散算法实现反馈控制功能。模拟信号驱动电机是由输出的离散信号经过DA模块转化而成,带动转台运行了1148h。实验中得到的位置伺服误差曲线如图5所示。
位置伺服误差均值曲线波动不明显,大致为零,并且幅度都控制在±1s以内,达到了高精密伺服转台控制系统对精确度控制的要求。但是在控制系统中,驱动器件使用的是直流力矩电动机,当低速转动时,尽管采用了前馈的控制方法,但是摩擦力矩的影响仍然很明显,所以导致位置伺服误差曲线不会很平滑,也不会出现大的波动;另外,采样点之间数值变化的方式和程度的测量误差,同样也给各个采样时刻的位置误差估计引入了新的误差,在今后进一步的研究中,将采取相应的措施提高传动系统的精确度,并且采用更高分辨率的位移检测装置用于检测。
52速度阶跃响应
高精密伺服转台,除了要求位置伺服精确度高还要求必须能连续运动,并且在超低速(约1″s)下速度具有良好的稳定性。高精密伺服转台控制系统的转台速度阶跃响应如图6所示。从图6可以看出,控制系统采用了速度前馈和加速度前馈,并且同时采用电流环实现直接转矩控制,所以转台速度建立的时间短,建立的时间小于50ms,速度的稳定性强,除了个别因数字示波器引入的毛刺以外,速度稳定后的变化范围小于±10,能满足高精密伺服转台控制系统中的位置伺服的需要。
如图6所示,速度曲线的变化范围小于±10,出现波纹的主要原因有两方面:第一,机械传动系统精确度有限,由于齿轮间的距离、从动件移向凸轮轴心的行程等非线性因素的存在,使得转台稳速精确度的提高受到了制约;r
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