高精度伺服轉(zhuǎn)臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、高精度伺服轉(zhuǎn)臺(tái)是測(cè)試慣性器件性能的關(guān)鍵設(shè)備，一般來(lái)講轉(zhuǎn)臺(tái)的精度要比被測(cè)儀表的精度高一個(gè)數(shù)量級(jí)，測(cè)試才有意義，而決定轉(zhuǎn)臺(tái)精度的因素主要是測(cè)角系統(tǒng)的精度和控制系統(tǒng)的精度。對(duì)于正在研制的測(cè)角精度為0.5角秒的高精度伺服轉(zhuǎn)臺(tái)，使用感應(yīng)同步器等測(cè)角元件很難實(shí)現(xiàn)，而光柵則具有更高的精度，因此，本設(shè)計(jì)使用的的測(cè)角元件是圓光柵。本文以實(shí)驗(yàn)室某單軸轉(zhuǎn)臺(tái)為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，研究提高伺服轉(zhuǎn)臺(tái)精度的關(guān)鍵技術(shù)：光柵信號(hào)細(xì)分、多讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)消除誤差及離散重復(fù)控制器的設(shè)計(jì)和實(shí)

2、現(xiàn)等相關(guān)問(wèn)題。
　　光柵信號(hào)的細(xì)分與辨向是提高光柵測(cè)量精度的關(guān)鍵性一步。論文首先給出了光柵的結(jié)構(gòu)和工作原理，分析了光柵輸出信號(hào)的正交性，這一特點(diǎn)是辨向電路所必須的。然后簡(jiǎn)要介紹了常見(jiàn)的光柵信號(hào)細(xì)分方法，并對(duì)這幾種細(xì)分方法的特點(diǎn)進(jìn)行了比較，選取了適合本系統(tǒng)的四細(xì)分方法。
　　為了提高讀數(shù)精度，論文研究了測(cè)量裝置中的多讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)。首先從光學(xué)度盤的多讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)引入并分析了其消除誤差的原理，然后根據(jù)圓光柵輸出信號(hào)的不同，從兩個(gè)方面分

3、別說(shuō)明了其多讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)消除誤差的原理。由于工藝及其他方面的原因，實(shí)際系統(tǒng)中通常僅在對(duì)徑位置上安置兩個(gè)讀數(shù)頭，而如果讀數(shù)頭安裝不對(duì)徑，則會(huì)對(duì)讀數(shù)值產(chǎn)生影響。為了驗(yàn)證雙讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)在實(shí)際測(cè)角系統(tǒng)中的優(yōu)越性，論文通過(guò)測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)單、雙讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)的測(cè)角誤差進(jìn)行了分析比較。
　　論文接著給出了轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和工作原理，詳細(xì)說(shuō)明了硬件電路的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)采用DSP來(lái)實(shí)現(xiàn)控制算法，并使用一片 FPGA芯片完成了信號(hào)的細(xì)分、辨向、計(jì)數(shù)和鎖

4、存等功能。
　　最后根據(jù)轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和性能指標(biāo)對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。首先根據(jù)性能指標(biāo)的要求設(shè)計(jì)了超前校正控制器及濾波環(huán)節(jié)，并根據(jù)給定的采樣時(shí)間得到了相應(yīng)的數(shù)字控制器。為了更有效地抑制轉(zhuǎn)臺(tái)中頻段周期性擾動(dòng)，進(jìn)一步提高速率精度，本文提出在超前校正控制器中添加重復(fù)控制器的設(shè)計(jì)方案，并對(duì)離散重復(fù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行了深入研究，合理選擇了重復(fù)控制器的結(jié)構(gòu)及參數(shù)，通過(guò)Simulink仿真及在實(shí)際系統(tǒng)中運(yùn)行驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的重復(fù)控制器與經(jīng)典控