[发明专利]一种基于虚拟主轴的双丝杆同步控制方法

说明书

本发明属于自动控制领域，涉及一种基于虚拟主轴的双丝杆同步控制方法。本发明通过虚拟主轴的同步控制方式实现雷达阵面驱动丝杆的同步运行，将位置指令作为一个虚拟的主轴，两台伺服电机都视为从动轴，两台电机同时跟随主轴运行。本方法实现了相控阵雷达阵面快速、高精度的架设要求，解决了丝杆同步驱动中存在从轴滞后、两根丝杆位置或力矩差异较大、调整过快导致系统振荡、同步可靠性较差的问题，在该领域内具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于自动控制领域，涉及一种基于虚拟主轴的双丝杆同步控制方法。

背景技术

随着雷达技术的发展，越来越多的雷达普遍采用了相控阵天线，考虑到双丝杆机构具有减小天线阵面集中应力以及方便结构布局的优点，因此双丝杆同步技术被广泛地应用在了雷达天线阵面的折叠、俯仰、举升等驱动机构上。目前双丝杆同步有两种方式：双丝杆机械同步驱动机构，即采用一个力矩输入两个力矩输出的联动装置将两根丝杆连接，当电机转动时，联动装置将电机输出力矩和转速分配到两根丝杆上，带动两根丝杆同步运行；双丝杆伺服同步驱动机构，即由两套伺服电机驱动，分别通过各自的减速机构将电机输出力矩放大，带动两根丝杠同步运行。

双丝杆机械同步驱动方式，主要是通过运动轴之间添加联动装置来实现，控制系统简单，但存在调整困难、扩展性差、传动能量损耗等缺陷，若联动装置和双丝杆由于加工及安装误差较大时，会出现丝杆运行卡滞或天线阵面扭曲现象，将会影响系统的功能、降低雷达的测量精度。

双丝杆伺服同步驱动方式，两个伺服电机分别驱动各自丝杆，并根据同步控制算法可实现双丝杆的同步驱动，结构较为简单，核心为同步控制算法。目前同步控制多采用主从同步控制方式和主令参考控制方式。主从同步控制，是将运动轴分为主轴和从轴，主轴采用速度或位置控制，使主动轴电机保持稳定的转速运行，同时主轴的位置或速度信号作为从轴的参考输入信号，从轴电机不断跟随主轴运行,如图2所示。若主轴的负载发生扰动，从轴可以做出相应的补偿，以达到同步驱动的目的。若补偿准确、及时，则同步性能良好，若补偿迟钝、补偿量不准，极有可能造成系统振荡。由于该方式中主轴一直运行在前面，从轴对主轴进行跟随，运动滞后，因此，主轴一直保持大负荷运行，对系统负载力矩平衡不利。

主令参考同步控制方式，如图3所示，所有伺服驱动器的位置或速度指令输入来自同一个信号，即主令参考信号。每个运动轴在该信号的控制下并行工作，互不相干。若其中一个轴受到扰动，由此产生的同步误差只能通过该轴自身来调节，其它轴不会做出响应。这种同步方式对于运动轴自身的控制性能和使用负载环境要求较高，仅适用于扰动较小的场合，像雷达天线这种工作中受风载荷脉动较大的情况下就不能采用该种控制方式。

发明内容

针对现有技术的不足，特提供了一种基于虚拟主轴的双丝杆同步控制方法。本发明通过虚拟主轴的同步控制方式实现雷达阵面驱动丝杆的同步运行，将位置指令作为一个虚拟的主轴，两台伺服电机都视为从动轴，两台电机同时跟随主轴运行。本方法实现了相控阵雷达阵面快速、高精度的架设要求，解决了丝杆同步驱动中存在从轴滞后、两根丝杆位置或力矩差异较大、调整过快导致系统振荡、同步可靠性较差的问题，在该领域内具有广阔的应用前景。

本发明的技术方案是：一种基于虚拟主轴的双丝杆同步控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、控制器内部建立虚拟主轴，包括同步控制器和虚拟电子主轴，输入控制指令与双丝杆的位置负反馈信号形成同步控制器的输入参考信号；所述双丝杆位置的采样周期设为4ms～16ms；

虚拟主轴在加减速时，虚拟主轴采用S加速曲线进行变速，虚拟主轴在其他时间均保持匀速运行；

步骤二、将两个从轴丝杆的位置信号与虚拟主轴的位置进行对比，并进行初步的同步误差分析；若同步误差比较小，进入步骤三进行补偿分析；若同步误差超出预设门限，则系统停止运行并告警；