[发明专利]一种直流电机角位移数字伺服控制系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种直流电机角位移数字伺服控制系统，包括数字控制计算机、数/模转换模块、直流功率放大器、伺服对象、光电编码器和高速计数器模块；所述伺服对象由直流电机的输出端串接机械负载构成，所述数字控制计算机的输出端依次串接所述数/模转换模块、直流功率放大器后接所述直流电机的输入端，所述机械负载的输出端依次串接所述光电编码器和高速计数器模块后接所述数字控制计算机的输入端。本发明构造简单，节约成本，简化安装，而且系统响应快，具有极强的抗负载扰动能力。本发明还公开了一种直流电机角位移数字伺服控制方法。

技术领域

本发明属于机械精度控制技术领域，涉及一种直流电机角位移伺服控制，更具体地说，是涉及一种采用数字计算机实现的具有强抗负载扰动的直流电机角位移数字伺服控制系统及控制方法。

背景技术

闭环反馈控制是各种设备普遍采用的精确控制方法，为了实现闭环反馈控制，往往都是对输入、输出间的误差信号进行比例(P)、积分(I)、微分(D)等运算。目前，广泛使用的方法都是在前向通道中对误差进行PID运算，实施起来简单易行，但控制效果往往是响应不快，有超调，抗负载扰动能力差，只能满足一般应用场合。一个性能优良的闭环反馈控制方法除了要求快速响应性、无超调外，抗负载扰动也是一个重要的考量指标。被控量与目标值接近时的性能与设计要求的符合程度，几乎完全取决于系统的抗负载扰动能力。强抗负载扰动能力体现为在一定的负载扰动下，由负载扰动产生的响应幅值小，恢复时间短。大增益的积分控制可以提高系统的抗干扰能力，但增益的取值受到功率放大元件所能提供的最大驱动能力的限制。若将系统的控制结构分成若干含有积分的子系统，对每一子系统实施一定的运算，则前向通路中将有多个积分器，所有积分子系统的乘积是整个系统前向通路的增益，这要比单一积分系数大得多。虽然积分项越多，系统显得越复杂，但在数字计算机的参与下，通过软件的实施就避免了硬件的复杂性。

另外传统的PID控制往往没有考虑功率放大元件的线性输出能力问题，即使有所考虑，也为了减小或避免超调，人为降低使用功率放大元件的最大线性输出能力。系统的响应能力和抗负载扰动能力与功率放大元件的最大线性输出能力有极大的关系，这需要在控制参数的设计中有所体现。功率放大元件的线性输出能力体现在最大线性输出能力大，输出或抽取能量的速率大。最大线性输出能力大意味着系统响应快，输出或抽取能量的速率大意味着系统适应外界变化的能力强。通过这种思路设计出的直流电机角位移伺服系统才具有响应快且抗负载扰动能力强等优点。

由于各种机电设备负载扰动的不确定性、系统响应速度要求的提高，对直流电机角位移伺服系统性能提出了越来越高的要求。当今广泛使用的一般反馈控制方法已不能满足要求，采用新的直流电机角位移伺服控制方法是进一步提高直流电机角位移伺服系统性能所要解决的问题所在。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术中存在的问题和不足，提供一种具有强抗负载扰动的直流电机角位移数字伺服控制系统及控制方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种直流电机角位移数字伺服控制系统，包括数字控制计算机、数/模转换模块、直流功率放大器、伺服对象、光电编码器和高速计数器模块；其中所述伺服对象由直流电机的输出端串接机械负载构成，所述数字控制计算机的输出端依次串所述接数/模转换模块、直流功率放大器后接所述直流电机的输入端，所述机械负载的输出端依次串接所述光电编码器和高速计数器模块后接所述数字控制计算机的输入端。

为了达到上述目的，本发明采用的另一技术方案是：

一种直流电机角位移数字伺服控制系统的控制方法，包括如下步骤：

(1)将数字控制计算机程序中设置的积分器进行初始化，积分器清零；

(2)在数字控制计算机中输入角位移数字量指令信号值；

(3)高速计数器模块采集由光电编码器传送过来的机械负载角位移数字量反馈信号并传输给数字控制计算机；