[发明专利]一种基于齿轮机构的伺服控制方法

说明书

技术领域

本发明专利涉及一种基于齿轮机构的伺服控制方法，具体而言，本发明涉及用于控制基于齿轮传动机构的旋转平台的伺服控制方法。

背景技术

齿轮传动机构因为具有较大惯量和自锁能力，比较适用于大型旋转平台。但是，齿轮传动机构的伺服系统由于机械空回和动、静态摩擦力转换导致的负载力矩的不连续，对伺服控制的稳定性和连贯性产生冲击。使得伺服控制的稳定性相对于力矩电机驱动的伺服系统差。

伺服单元是运动控制设备的重要组成部分，是运动控制设备的驱动和执行部件。伺服单元主要由方位电机、高低电机以及两个伺服驱动器组成，由综合控制板进行控制。

在对旋转平台进行控制时，往往通过安装在执行部件轴上的光电编码器或光纤陀螺仪检测出旋转部分的速度和角速度，通过伺服驱动器进行速度闭环调节，再经驱动器功率放大后驱动方位电机和高低电机转动，实现旋转平台稳定的旋转。

齿轮啮合必需采用间隙配合形式，才能保证传动的灵活性、减少阻力，避免因为温度变化或结构件变形膨胀，导致机械卡死。齿轮的配合间隙对于伺服控制系统的稳定性来讲，是一个重要的不利因素。传动转向的时候，执行部件有一小段时间的运动被结构空回所吸收。

现有技术中，往往通过PID控制方法来对齿轮传动机构进行反馈闭环控制。而采用PID控制方法的控制器在设备转向时存在严重的问题。具体而言，当操作人员手动或自动进行设备转向时，控制器在这一小段时间内，不能检测到误差量缩小的趋势。控制模型就会自动加大控制力度，以便尽快消除控制误差。这样就会导致执行机构反复超调，形成震荡控制。

具体而言，采用交流伺服电机驱动齿轮传动伺服机构，存在空回和阻力不连续的情形。导致伺服控制的低速特性差，不能稳定停止在指定位置。一般会在目标指示区域附近低速摆动。幅度受配重情况和装配空回程度的双重影响。针对本项目在现有工艺条件下装配的设备进行实测，震荡幅度约0.02°～0.06°，摆动周期长约3～5S。

由于电机换向时齿轮摩擦由动摩擦变为静摩擦力，阻力变化影响到伺服执行机构的负载变化，使得转向运动卡滞、缺乏连续性，PID调节的积分环节在转向阶段累积了一小段时间多余的积分量。当积分量达到驱动电机脱离静摩擦时，实际电机角速度给定值已经大于所需的输出给定。导致电机不能在指定位置停下，而是冲过指定位置一定范围后，停在下一个转向位置。并开始下一个周期的摆动，循环往复，导致齿轮传动的伺服机构持续小幅晃动，较难稳定。

由于电机驱动器的角速度变化快速且缺乏规律，无法简单将多余的积分量剔出。为了提高控制的稳定性，需要采用其它的算法改进来弥补控制缺陷。

发明内容

针对上述问题，本发明希望提供一种用于基于齿轮传动机构的旋转平台的伺服控制方法。为了减少控制误差和超调，本发明主要采用了下述两种方式来对伺服控制进行调整。

具体而言，本发明提供了一种基于齿轮机构的伺服控制方法，所述伺服控制方法用于对基于齿轮的旋转平台进行伺服控制，所述旋转平台上包括固定部分和旋转部分，所述旋转平台通过齿轮传动机构驱动所述旋转部分相对于所述固定部分旋转，在所述固定部分和所述旋转部分之间安装有角度测量装置和角速度测量装置，用于分别测量所述旋转部分相对于所述固定部分的旋转角度和旋转角速度，其特征在于，所述伺服控制方法包括基于控制命令以及所述角度测量装置和角速度测量装置测量的所述旋转部分相对于所述固定部分的旋转角度和旋转角速度来控制所述旋转部分相对于所述固定部分的旋转。

进一步地，所述伺服控制方法以预定时间长度为周期循环执行，所述方法包括：

步骤a)、测量所述旋转部分相对于所述固定部分或相对于基准坐标的当前旋转角度；

步骤b)确定所述旋转部分的当前目标角度(在任意一个时刻，都存在控制器希望将转台所调整到的角度)；

步骤c)计算所述旋转部分的当前旋转角度与当前目标角度之间的偏差量；

步骤d)将所述偏差量与偏差量阈值进行比较，以判断所述偏差量是否超过所述偏差量阈值；

步骤e)、如果所述偏差量超过所述偏差量阈值，则对所述旋转平台的齿轮传动机构的运动执行PID调节；

步骤f)、如果所述偏差量没有超过所述偏差量阈值，则基于当前周期的偏差量和上一周期的偏差量判断当前周期的偏差量相比于上一周期是否增大；

步骤g)、如果当前周期的偏差量相比于上一周期增大，则对所述旋转平台的齿轮传动机构的运动执行PID调节；