CN112378558B - 一种测量伺服平台偏心力矩的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种测量伺服平台偏心力矩的方法，能够精确快速、直接测量伺服平台的偏心力矩。本发明伺服平台的偏心力矩由以往的机械式的粗略测量方法，改为电气控制的测量方法，可准确快速计算出对称点处的力矩，实现精确化，快速性的测量；装配好的伺服平台，对接控制模块后，上电精确快速测量出偏心力矩的大小，省去以往间接等效的多次测量方法，省力，省事，省时。本发明控制模块可将对称点处的角度及偏心力矩通过串口通信上传至上位机，实现力矩的可视化；位置单闭环的控制测量力矩方法，可适用任何装有基于位置传感器的导引头伺服平台，实现可视化，并且通用性强。
Description
技术领域
本发明属于伺服控制技术领域，尤其涉及一种测量伺服平台偏心力矩的方法。
背景技术
导引头伺服平台可承载不同类型的负载，但是由于机械加工或者安装误差，导致伺服平台的质心不在运动环轴心线上；质量的偏心使伺服平台工作中受不平衡力矩干扰，大大降低了伺服精度，影响正常工作，结构上需要对伺服平台工作前进行偏心力矩的测量，判定伺服平台的组装是否合格。
传统的导引头伺服平台偏心力矩测量方法大致分为两种：应变片式压力传感器测量方法、弹簧测力计测量方法；这两种测量方法均为粗犷式、间接、等效的机械式测量方法，需人工多次测量统计数据求取均值偏心力矩，费力，费事，费时，且精度误差较大，严重影响伺服平台的合格率判定。
现在高精度制导的导引头对伺服平台精确快速、直接测量偏心力矩的方法提出了迫切的需求。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种测量伺服平台偏心力矩的方法，能够精确快速、直接测量伺服平台的偏心力矩。
为实现上述目的，本发明技术方案如下：
本发明的一种测量伺服平台偏心力矩的方法，包括如下步骤：
构建位置单闭环控制回路，设计恒速变换器将位置偏差转变为可调节的恒速位置偏差进行单闭环预定位；
角度偏差经过恒速变换器后，与位置传感器反馈的实际位置进行偏差单闭环设计；
伺服平台上电后，令伺服平台的光弹轴夹角为零；
上位机发送“开始”命令后，伺服平台在光弹轴零位附近进行对称采样点角度的预定位，同时记录对称采样点处的电机驱动电压，根据力矩平衡关系解算出的当前对称采样点的偏心力矩，且将此对称点角度及对应的偏心力矩上传至上位机；
上位机接收到对称点力矩进行做差，并将做差结果与合格指标判据做比较给出伺服平台组装的判定结果。
其中，与位置传感器反馈的实际位置进行偏差单闭环设计时，采用限幅、PI控制器以及校正环节进行位置环路的指标调试。
其中，令伺服平台的光弹轴夹角为零的方式为：
用光弹轴零位测试仪器标定出此时平台的光弹轴夹角θ0，通过上位机减去θ0实现零位修正。
其中，伺服平台光弹轴零位标定后，选取任意采样点角度进行对称预定位，自动记录当前驱动电压，根据力矩平衡原理，解算出当前的偏心力矩。
其中，将对称采样点角度及对应的力矩通过串口通信上传至上位机，实现力矩的可视化。
有益效果：
本发明伺服平台的偏心力矩由以往的机械式的粗略测量方法，改为电气控制的测量方法，可准确快速计算出对称点处的力矩，实现精确化，快速性的测量；装配好的伺服平台，对接控制模块后，上电精确快速测量出偏心力矩的大小，省去以往间接等效的多次测量方法，省力，省事，省时。
本发明控制模块可将对称点处的角度及偏心力矩通过串口通信上传至上位机，实现力矩的可视化；位置单闭环的控制测量力矩方法，可适用任何装有基于位置传感器的导引头伺服平台，实现可视化，并且通用性强。
附图说明
图1为本发明电气连接示意图。
图2为本发明控制模块示意图。
图3为本发明位置单闭环控制回路示意图。
图4为本发明恒速变换器示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明测量伺服平台偏心力矩方法，通过构建位置单闭环控制回路，在光弹轴零位附近以位置环恒速预定位至对称采样点，并记录采样点处对应的驱动电压，根据力矩平衡关系及电机的特性，解算出相应的偏心力矩，通过串口通信上报采样点角度及对应的力矩。此方法精确快速的测量出伺服平台的采样点处的偏心力矩，打破了传统等效、机械式测量方法，实现可视化采样点处的力矩测量。解决了以往伺服平台装配完成后，无法保证在光弹轴零位附近精确对称测量力矩及反复测量的难题，同时也提高了以往粗略判定伺服平台装配的合格率。
图1所示电气连接示意图，导引头伺服平台包括运动框架、力矩电机及同轴安装的位置传感器、控制模块及上位机等主要部分；
本发明具体实施步骤如下：
步骤1，首先进行力矩电机、位置传感器、控制模块及上位机通信的电气连接，具体地按照图1所示，将装配完成的伺服平台对接控制模块，并与上位机通信连线；其中，控制模块包括主控器、功放模块、角度采集模块以及串口通信四部分，见图2中的虚线框所示，图2为本发明控制模块示意图，其中主控器主要完成角度信息的解算、位置单闭环程序设计、对称采样点预定位及力矩解算、串口通信；功放模块执行主令完成对电机的驱动；角度采集模块主要完成角度传感器的数据采集；串口通信主要完成主控器和上位机的通信功能；
步骤2，按照图3位置单闭环控制回路示意图进行程序设计；位置单闭环模块由恒速变换器、限幅、PI控制器以及校正环节等主要部分组成；其中恒速变换器见图4所示，由限幅、速率设定以及积分器串联构成；将预定位的角度偏差ess经过幅值为1的限幅，按照设定的恒速率ω°/s进行大小设定，经过设定的速率偏差积分进行单位负反馈，实现预定位偏差ess进行恒速的位置偏差ess0变换处理；位置偏差ess0与当前的位置角度θ进行做差处理，同样进行幅值为1的限幅，并经过PI控制器进行调节；校正环节由一阶积分环节和微分环节构成，且微分环节的时间常数大于积分环节的时间常数；由此完成位置单闭环控制回路的程序设计；
步骤3，伺服平台上电后，用光弹轴零位测试仪器标定出此时平台的光弹轴夹角θ0，经过上位机光弹轴夹角零位修正即减去θ0，令伺服平台的光弹轴夹角为零；
步骤4，待伺服平台的光弹轴夹角标定为零后，上位机发送“开始”命令，伺服平台在光弹轴零位位附近进行角度对称采样点θ+，θ-的预定位，同时记录采样点θ+，θ-处的电机驱动电压V+，V-，电机力矩T和电压u之间的关系满足公式T＝k*u2，其中，常数k＝1.732*cosφ*9.549/Rn；其中cosφ为电机功率系数，一般取值为0.9；R为电机内阻；n为电机转速，因角速率设定为ω°/s恒速，所以n为定值；再根据力矩平衡关系T＝Te，其中Te为伺服平台偏心力矩，解算出当前对称采样点的偏心力矩并通过串口通信将采样点处的角度值θ+，θ-和对应的偏心力矩Te+，Te-上传至上位机。
步骤5，上位机接收到对称点力矩进行做差，并将做差结果与合格指标判据做比较给出伺服平台组装的判定结果。
综上，本发明的测量伺服平台偏心力矩的方法，构建位置单闭环控制回路,设计恒速变换器将位置偏差转变为可调节的恒速位置偏差进行单闭环预定位，以提高测试的快速性。当角度偏差经过恒速变换器后，与位置传感器反馈的实际位置进行偏差单闭环设计，采用了限幅、PI控制器以及校正环节进行位置环路的指标调试，提高预定位回路的精度，降低超调量；伺服平台装配完成后，用光弹轴零位测试仪器标定出此时平台的光弹轴夹角θ0，通过上位机界面可进行零位修正；伺服平台光弹轴零位标定后，可选取任意采样点角度进行对称预定位，自动记录当前驱动电压，根据力矩平衡原理，解算出当前的偏心力矩。
另外，可以将对称采样点角度及对应的力矩通过串口通信上传至上位机，实现力矩的可视化。
通过以上合理的位置单闭环控制回路设计，可快速精准实现伺服平台偏心力矩的测量，可视化伺服平台偏心力矩的合格性判定。
本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当然可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (5)
1.一种测量伺服平台偏心力矩的方法，其特征在于，包括如下步骤：
首先进行力矩电机、位置传感器、控制模块及上位机通信的电气连接，将装配完成的伺服平台对接控制模块，并与上位机通信连线，构建位置单闭环控制回路；其中，导引头伺服平台包括运动框架、力矩电机及同轴安装的位置传感器、控制模块及上位机；控制模块包括主控器、功放模块、角度采集模块以及串口通信四部分，其中主控器完成角度信息的解算、位置单闭环程序设计、对称采样点预定位及力矩解算、串口通信；功放模块执行主令完成对电机的驱动；角度采集模块完成角度传感器的数据采集；串口通信完成主控器和上位机的通信功能；
设计恒速变换器将位置偏差转变为可调节的恒速位置偏差进行单闭环预定位；
位置偏差经过恒速变换器后，与位置传感器反馈的实际位置进行偏差单闭环设计；
伺服平台上电后，令伺服平台的光弹轴夹角为零；
上位机发送“开始”命令后，伺服平台在光弹轴零位附近进行对称采样点角度的预定位，同时记录对称采样点处的电机驱动电压，根据力矩平衡关系解算出的当前对称采样点的偏心力矩，且将此对称点角度及对应的偏心力矩上传至上位机；
上位机接收到对称点力矩进行做差，并将做差结果与合格指标判据做比较给出伺服平台组装的判定结果。
2.如权利要求1所述的测量伺服平台偏心力矩的方法，其特征在于，与位置传感器反馈的实际位置进行偏差单闭环设计时，采用限幅、PI控制器以及校正环节进行位置环路的指标调试。
3.如权利要求1所述的测量伺服平台偏心力矩的方法，其特征在于，令伺服平台的光弹轴夹角为零的方式为：
用光弹轴零位测试仪器标定出此时平台的光弹轴夹角θ0，通过上位机减去θ0实现零位修正。
4.如权利要求1所述的测量伺服平台偏心力矩的方法，其特征在于，伺服平台光弹轴零位标定后，选取任意采样点角度进行对称预定位，自动记录当前驱动电压，根据力矩平衡原理，解算出当前的偏心力矩。
5.如权利要求4所述的测量伺服平台偏心力矩的方法，其特征在于，将对称采样点角度及对应的力矩通过串口通信上传至上位机，实现力矩的可视化。
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