[发明专利]大扭矩串联式摇摆台的并驱伺服控制方法

说明书

本发明公开了一种大扭矩串联式摇摆台的并驱伺服控制方法包括，双电机的并驱控制方法：由伺服控制器输出相同的速度给定信号给电机A和电机B的驱动器A和驱动器B，并通过角位移反馈差动抑制控制方法补偿双电机在摆动过程中的角位移累计误差，从而获得补偿后的电机驱动信号；双摆动缸的并驱控制方法：采用单液压伺服阀同步驱动双摆动缸，并通过角位移反馈信号控制下的重力距补偿法补偿由系统转动质心偏心导致的控制误差及正弦波形失真。本方法是针对大扭矩双电机并驱和双摆动缸并驱的伺服控制方法，通过引入角位移反馈差动抑制方法和重力矩补偿方法，能够有效保证控制稳定性和改善控制精度及角位移波形失真度。

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，尤其涉及大扭矩串联式摇摆台的并驱伺服控制方法。

背景技术

在海上停泊或航行的舰船和潜艇由于波浪的强迫摇摆和舰船本身固有的摇摆，舰船武器装备不可避免的随着船体出现平移、旋转等摇摆方式的运动，主要表现为倾斜环境和摇摆环境。由于倾斜和摇摆环境所产生的静态力和动态力会导致舰船装备故障(失效)，其影响模式如：导致产品系统内原有作用力平衡的破坏；轴承受力条件的改变；因内部自身液面位置动荡而导致工作失常；内部液压外泄，伺服系统因摇摆而工作失灵；电力传输线路位置动荡而导致断裂、放电、短路等受损；元器件因承载多余应力而导致虚焊、脱落；电子仪器屏蔽效果变差，发生电子信号干扰等。因此倾斜和摇摆环境适应性是舰船装备必须具备的重要质量特性之一。

倾斜环境分为纵倾和横倾两种形式，摇摆环境分纵摇、横摇、艏摇、纵荡和垂荡等6种形式，实际上6种形式的摇摆不一定同时存在，摇摆形式主要根据舰船相对于波浪的航向位置而定，每种摇摆形式的剧烈程度除受相对航向的影响外，还取决于波浪的大小、波浪的周期、舰船固有的摇摆周期及舰船的尺寸大小等，一般摇摆试验主要以横摇、纵摇、艏摇为主。根据GJB 150.23A-2009试验条件，水面舰船和潜艇，横摇最严酷的最大角度达±60°，周期为3～14s，纵摇最大角度达±15°，周期为4～10s。根据以上条件设计的串联OO型摇摆台，设计的两轴摇摆试验台可进行横摇+纵摇+横倾+纵倾和横摇+艏摇+横倾的组合试验。按照武器系统或产品的质量为1t以上，负载质心高度约1m，根据GJB 150试验条件，纵摇最大输出扭矩估将超过10000N.m，横摇最大输出扭矩约为20000N·m～40000N·m。针对这类产品的海态环境模拟试验，通常需采用大扭矩串联并驱式摇摆及倾斜试验台才能完成。

目前，国内外的倾斜摇摆试验系统根据结构形式可分为并联式和串联式两大类。并联式以Steward六自由度并联机构及其变形结构为代表，例如天津福云天翼、哈尔滨海军工程大学研制的多自由度摇摆台，该并联机构的突出优点是可以同时模拟横摇、纵摇、艏摇、横荡、纵荡和升沉等六种运动，缺点是几何结构决定摇摆角度不能大于40°。串联式以三轴转台为典型代表，美国在串联式摇摆台研制方面处于世界领先地位，尤以CGC和Carco公司著名，但多为小型、小负载、高精度转台。我国早期研制的多为惯导器件测试用小型转台，早期研制的大负载转台一般精度不高。九江精密测试技术研究所研制的船舶海航模拟、惯导器件测试用仿真转台，其结构为典型的U-O-O形式，即转台由外框、中框和内框组成。通过三个框的转动可以模拟出航天器或航海器的横摇、纵摇和偏航运动姿态。哈尔滨工程大学设计了一种立式U-O-O结构串联式三轴摇摆台，内框模拟船舶的横摇运动，中框模拟船舶的纵摇运动，而外框模拟船舶的偏航运动。该摇摆台的最大横摇和纵摇角度分别为±45°和±30°，但是内框直径只有0.4m，只能安装惯导等小型器件。串联式摇摆台突出优点是摇摆角度大、控制精度高。电机驱动式可以实现无线连续转动(即可实现任意角度摇摆)，双叶片摆动液压缸可实现100°转动；目前，串联式摇摆台国内多为小尺寸和小负载类型，大尺寸和大扭矩串联式摇摆台国内尚未成熟的产品推出。