某光電跟蹤儀伺服系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)-科技論文
1 概述 光電跟蹤儀伺服系統(tǒng)計(jì)算機(jī)接收光電傳感器送來的目標(biāo)位置偏差信號(hào),經(jīng)過一定的算法運(yùn)算和信號(hào)處理后,送伺服控制器驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)光電傳感器,使光電傳感器的光軸指向目標(biāo),達(dá)到自動(dòng)跟蹤目的。該伺服系統(tǒng)還可以接收外部引導(dǎo)信號(hào),使轉(zhuǎn)臺(tái)按照預(yù)定要求轉(zhuǎn)動(dòng)。
該系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上采用數(shù)字化設(shè)計(jì),提高系統(tǒng)的自動(dòng)化水平;采用模塊化設(shè)計(jì),提高系統(tǒng)的集成度和可靠性。
關(guān)鍵詞:光電跟蹤儀 伺服系統(tǒng) PC104
2 系統(tǒng)組成及工程設(shè)計(jì)
2.1 系統(tǒng)組成
該系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)控制單元、環(huán)路控制單元、電源及控保單元、功率驅(qū)動(dòng)單元及轉(zhuǎn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)組成。系統(tǒng)組成如圖1所示。
計(jì)算機(jī)控制單元接收外部送來的目標(biāo)差值信號(hào)(引導(dǎo)信號(hào)),并采集各控制端口狀態(tài),根據(jù)當(dāng)前的工作模式對(duì)差值信號(hào)進(jìn)行處理,送往環(huán)路控制單元。環(huán)路控制單元采用位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)三環(huán)控制技術(shù),控制伺服轉(zhuǎn)臺(tái)電機(jī),使伺服轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)光電傳感器按照要求轉(zhuǎn)動(dòng)。
目標(biāo)差值 外部引導(dǎo) 狀態(tài)控制 |
計(jì)算機(jī)控制單元 |
環(huán)路控制單元 |
電源及控保單元 |
功率驅(qū)動(dòng)單元 |
轉(zhuǎn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī) |
圖1 系統(tǒng)組成框圖 |
2.2.1 計(jì)算機(jī)控制單元設(shè)計(jì)
計(jì)算機(jī)控制單元采用PC104控制。PC104是模塊化嵌入式控制計(jì)算機(jī),集成度高,可靠性能好。采用模糊-滑模變結(jié)構(gòu)控制技術(shù),保證系統(tǒng)有較好的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能。計(jì)算機(jī)控制單元主要完成接收轉(zhuǎn)臺(tái)測(cè)角數(shù)據(jù)、接收激光距離數(shù)據(jù)、接收電視差值數(shù)據(jù)、接收外部引導(dǎo)數(shù)據(jù)、完成系統(tǒng)自檢、采集各種工作狀態(tài)和通道切換等功能。系統(tǒng)具有手動(dòng)、自動(dòng)、引導(dǎo)等工作模式。程序控制流程示意圖如圖2所示。
計(jì)算機(jī)控制單元主要由數(shù)據(jù)采集模塊、PC104模塊和數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊等組成。主要是采集伺服轉(zhuǎn)臺(tái)方位和高低測(cè)角數(shù)據(jù)、接收光電傳感器距離信號(hào)和誤差信號(hào)、完成控制端口信號(hào)的采集和工作通道的切換以及接收引導(dǎo)數(shù)據(jù)等。
系統(tǒng)初始化 |
自動(dòng)跟蹤 |
引導(dǎo)跟蹤 |
手動(dòng)操控 |
手動(dòng)操控 子程序 |
引導(dǎo)跟蹤 子程序 |
自動(dòng)跟蹤 子程序 |
系 統(tǒng) 轉(zhuǎn) 臺(tái) 驅(qū) 動(dòng) 電 機(jī) |
系統(tǒng)上電 |
系統(tǒng)自檢
|
工 作 方 式 選 擇
|
圖2 程序控制流程示意圖 |
為保證系統(tǒng)具有良好的控制特性,該系統(tǒng)在環(huán)路設(shè)計(jì)上采用電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)三環(huán)設(shè)計(jì)【1】。環(huán)路結(jié)構(gòu)如圖3所示。
位置調(diào)節(jié)器 |
速度調(diào)節(jié)器 |
電流調(diào)節(jié)器 |
功率驅(qū)動(dòng)器 |
電機(jī)及負(fù)載 |
電流反饋 |
速度反饋 |
位置反饋 |
圖3 系統(tǒng)環(huán)路結(jié)構(gòu)框圖 |
UCi Ufi |
ACR |
圖4 電流環(huán)路框圖 |
式中 為電流環(huán)傳遞函數(shù);
為電流調(diào)節(jié)器比例參數(shù);
為電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)。
讓調(diào)節(jié)器零點(diǎn)對(duì)消掉電機(jī)的大時(shí)間常數(shù)極點(diǎn),則本系統(tǒng)中,電樞電阻R=8Ω,電樞電感L=10mH,電流采樣環(huán)節(jié)放大倍數(shù)β=2.5V/A,
調(diào)節(jié)器采用比例積分控制【2】。電流調(diào)節(jié)器如圖5所示。
圖5 電流調(diào)節(jié)器示意圖 |
把速度環(huán)設(shè)計(jì)成Ⅱ型系統(tǒng),設(shè)計(jì)好的電流環(huán)看作速度環(huán)的一個(gè)環(huán)節(jié)來設(shè)計(jì)速度環(huán)。
速度環(huán)環(huán)路框圖如圖6所示:
框圖中 R為電機(jī)電樞電阻,Ce 為電機(jī)電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)速比,Tm機(jī)電時(shí)間常數(shù)。
調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器,轉(zhuǎn)臺(tái)方位的負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大于俯仰的負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,經(jīng)過理論計(jì)算和實(shí)際工程調(diào)試最后確定,方位速度環(huán)路的放大倍數(shù)為7.5倍,積分時(shí)間常數(shù)為150ms;俯仰速度環(huán)路的放大倍數(shù)為3倍,積分時(shí)間常數(shù)為60 ms。系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)時(shí)間小于300ms,超調(diào)小于25%,滿足指標(biāo)要求。
位置環(huán)保證系統(tǒng)按一定精度完成自動(dòng)跟蹤,為了保證系統(tǒng)跟蹤精度,跟蹤環(huán)設(shè)計(jì)成Ⅱ型系統(tǒng)。Ⅱ型系統(tǒng)與Ⅰ型相比,具有抗干擾能力強(qiáng),速度響應(yīng)無靜差,缺點(diǎn)是超調(diào)量大。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用模糊-變節(jié)構(gòu)控制技術(shù)保證系統(tǒng)動(dòng)態(tài)精度。跟蹤原理如圖7所示:
G3(S) |
圖7 位置環(huán)環(huán)路框圖 |
圖7 光電隔離電路 |
3 試驗(yàn)結(jié)果
按本文介紹的光電跟蹤儀伺服系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)方法研制設(shè)備,經(jīng)調(diào)試及實(shí)踐檢驗(yàn),最高跟蹤角速度為60°/s,最低跟蹤角速度為0.05°/s,最大跟蹤角加速度為200°/s2,測(cè)角分辨率為0.1密位。所組成的光電跟蹤儀的角跟蹤精度為0.4密位,各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到指標(biāo)要求。
參考文獻(xiàn):
1 秦繼榮、沈安俊.現(xiàn)代直流伺服控制技術(shù).北京機(jī)械工業(yè)出版社.1999
2 胡壽松.自動(dòng)控制原理.北京.國(guó)防工業(yè)出版社.1994
3 陳炳生.電子可靠性工程.北京國(guó)防工業(yè)出版社.1987
4 陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng).機(jī)械工業(yè)出版社.1999
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