[发明专利]一种伺服转台角加速度自适应测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种伺服转台角加速度自适应测量方法，属于自动控制领域，适用于对伺服控制系统角加速度信号测量方法的改进。

背景技术

伺服转台的控制中，将运动系统的角加速度信号反馈作用于伺服控制器的研究愈加受到关注，构建基于角加速度信号的反馈控制系统已成为提高伺服转台控制性能指标的主要技术手段。角加速度信号的测量及其精度是伺服控制效果的重要保障，在光电跟踪系统中，通常采用光电编码器来间接计算出系统的角加速度，编码器是位置测量元件，对编码器输出位置信号进行一阶差分就可以得到角速度，再进行差分就可以得到角加速度。由于角速度和角加速度信号均取自于对编码器输出信号的差分，会引入不可避免的测量误差，同时差分运算也会对误差进行不断放大，从而带来计算噪声，因此会降低角加速度信号的精度，影响控制效果。也有人在光电伺服转台中采用线加速度计阵列来间接测量并计算出角加速度，但线性加速度计的安装往往要求有很高的精度，根据测量的线加速度计算出角加速度也需要很复杂的数学计算，在实际工程应用中，此种方法的效率和精度受到极大的制约。

发明内容

本发明的目的是提供一种伺服转台角加速度自适应测量方法，采用了精度高、性能稳定的压电角加速度计直接测量角加速度信号，应用DSP构成自适应FIR滤波器，并对测量信号进行自适应滤波和误差处理，解决角加速度信号测量方法复杂，且测量误差偏大、精度不高的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种伺服转台角加速度自适应测量方法，包括有：角加速度计、A/D转换模块、DSP滤波模块、计算机；其特征在于具体方法如下：首先在伺服转台上安装角加速度计，角加速度计直接感应测量伺服系统的角加速度，输出与伺服系统的角加速度信号 a相对应的直流电压V，并直接输入到A/D转换模块进行A/D转换，再将转数字化的电压信号输入给DSP滤波模块，由DSP实现基于LMS算法的自适应FIR滤波器，并完成对角加速度信号的自适应FIR滤波和误差修正，再根据角加速度计给定的“输入角加速度a-输出电压V”线性对应关系，对处理完的角加速度信号进行标定转换，进而实现伺服转台角加速度信号的自适应测量。

所述的角加速度计选用CJ41A-2E型压电角加速度计，测量范围：（-100～+100）（°）/s²，工作电压：±15 V，输出电压：-8 V～+8 V，接口采用J14A-9ZJB型插座。

所述的 A/D转换模块采用ADS1210芯片，动态范围的24位Σ-△型A／D转换器。

所述的DSP滤波模块是以TMS320LF2407芯片为核心。

所述的自适应FIR滤波器为32阶，结构采用横向型滤波器。

所述的误差修正方法如下：在角加速度计安装调试完毕后，根据测量范围，按照伺服转台动态特性的高低设定一组标准角加速度值a_标，分别与实时测量值a_测进行比较分析发现，系统测量误差随着角加速度值的改变而发生变化，根据标准值与测量值之间的误差关系，得出误差大小及范围：1）                                                ≤30°/s²，系统误差e=0.0002°/s²； 2）30<≤50°/s²，系统误差e=0.0005°/s²；3）>50°/s²，系统误差e=0.0008°/s²；当自适应FIR滤波完成后，可根据转台动态特性的高低，亦即角加速度值的大小来选定系统误差值，进而补偿测量值（），实现自适应误差修正。

本发明的积极效果是：由于本发明避免了间接计算角加速度过程中的测量误差和计算噪声，并对数字化的角加速度信号进行自适应滤波处理和误差修正，进而实现角加速度信号的自适应测量，改善了加速度信号的测量结果，提高了测量精度。所得到的角加速度信号可作为前馈控制信号传送给伺服控制机构，也可用于监控伺服转台的动态性能，对于光电跟踪系统伺服控制技术的研究具有积极意义。

附图说明

图1 本发明伺服转台角加速度自适应测量示意图。

图2典型压电角加速度计原理图。

图3 CJ41A-2E型角加速度计原理图。

图4 角加速度信号处理流程。

图5自适应滤波示意图。

图6  FIR滤波器结构图。

图7 自适应FIR滤波DSP实现流程。

图8 角加速度a—输出电压V对应关系。

图9 实例测量结果1。