[发明专利]一种采用分步积分PI算法的寻北仪转位控制装置及方法

权利要求书

1.一种利用控制装置采用分步积分PI算法的寻北仪转位控制方法，其特征在于：控制方法的步骤是：将采集到的角度值与设定值作差得到误差e，通过判断e的大小，进行标准角速度给定下的匀速伺服控制、角速度给定缩减10倍的匀速伺服控制、三种比例积分参数情况下的角度伺服控制、稳态下的角度伺服控制四种操作如下；

1)标准角速度给定下的匀速伺服控制：用于实现转动过程，角速度设定值为30°/s，假定从角度设定值0°转动至90°，当误差大于0.5°时，运行匀速控制程序，保证转速保持在30°/s左右；

2)角速度给定缩减10倍的匀速伺服控制：用于实现减速控制，当角度误差小于0.5°而大于0.2°时，仍然运行匀速控制程序，但角速度缩减至3°/s；

3)三种比例积分参数情况下的角度伺服控制：用于实现快速的过渡响应过程，该分步积分PI控制算法中比例系数依次具备高—低—高的特点，积分系数依次具备低—中—高的特点，随着角度误差的减小，积分系数成倍大幅递增，保证转位机构的角度值快速收敛，角度误差小于0.001°时系统进入稳态；

4)稳态下的角度伺服控制：用于实现转位机构的高精度高稳定性控制，同时用于削减外部和自身扰动所引起的角度波动，采样与控制周期为1ms，当角度误差小于0.001°的时间持续超过2s后，运行该状态下的控制参数，参数特征为高比例系数、高积分系数；

所述控制装置包括力矩电机、测角元件圆光栅角度传感器、FPGA、DSP、H桥驱动器、RS232收发器，测角元件圆光栅角度传感器采集角度数据信息，将该信息发给FPGA，FPGA通过数据总线将数据传输给DSP，DSP通过H桥驱动器驱动力矩电机；同时，采用FPGA编写串口控制模块，并通过RS232收发器实现对外通信；

所述力矩电机参数为控制电压24VDC，峰值堵转力矩0.44Nm，峰值堵转电流2.5A，电气时间常数0.4ms；所述圆光栅角度传感器选用雷尼绍的绝对式圆光栅作为角度测量器件，精度为±2.69″，分辨率26位；

所述寻北仪控制装置的控制电路采用FPGA编写BISS协议接口程序，实时读取圆光栅输出的角度信息，然后将该信息转发给运行控制算法的DSP，DSP中编写有寻北解算算法和转位伺服控制算法，转位伺服控制算法中的角度分步积分PI调节环节和角速度PI调节环节计算出PWM输出量，再通过光耦隔离和驱动放大，施加到直流力矩电机上，带动转位机构旋转，完成回路闭环。