轉(zhuǎn)臺計算機伺服控制系統(tǒng)

1、電氣12-7班 第四組 組員：傅永康（04111559，PPT制作） 飛行仿真轉(zhuǎn)臺為高精度的復(fù)雜控制系統(tǒng)，是地面半實物仿真的關(guān)鍵設(shè)備，用以模擬飛行器在空中的各種動作和姿態(tài)，包括偏航、滾轉(zhuǎn)和俯仰，實際上是一種電信號到機械運動的轉(zhuǎn)換設(shè)備。把高精度傳感器如陀螺儀、導(dǎo)引頭等安裝于轉(zhuǎn)臺之上，將飛行器在空中的各種姿態(tài)的電信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)臺的三軸機械轉(zhuǎn)動，以使陀螺儀、導(dǎo)引頭等敏感飛機的姿態(tài)角運動。 上圖是國產(chǎn)某型號三軸轉(zhuǎn)臺，除外框為音叉式結(jié)構(gòu)外，內(nèi)、中框均為閉合式結(jié)構(gòu)，三框可連續(xù)旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動均采用電動機。被測陀螺安裝于內(nèi)框上，其輸入輸出電信號通過導(dǎo)電環(huán)從外框底座引出。三框的物理定義是：內(nèi)框代表滾轉(zhuǎn)、中框代表俯仰、

2、外框代表偏航，三框同時動作便可以模擬陀螺儀在三維空間的真實動作和姿態(tài)。 轉(zhuǎn)臺三個框架的控制是相互獨立的，以一臺工控機作上位機，實現(xiàn)對伺服系統(tǒng)的監(jiān)控、檢測和管理。上位機提供操作者的人機界面，實現(xiàn)對整個轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)的在線檢測、安全保護、性能檢測和系統(tǒng)的運動管理以及數(shù)據(jù)處理。下位機是直接控制機，完成三個通道的實時控制任務(wù)，采用一臺工控機來實現(xiàn)。各個通道的控制為并行關(guān)系，各個通道控制回路的物理結(jié)構(gòu)相同。 三軸測試轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)總體控制結(jié)構(gòu)圖如上所示，上位機在接受輸入設(shè)置命令后傳送給下位機，上、下位機通過通信接口進行數(shù)據(jù)交換。下位機快速采集測速機及數(shù)顯表反饋信號，依據(jù)控制算法，實時解算出控制量，由D/A輸出，經(jīng)前

3、置放大器和功放后控制電機，實現(xiàn)轉(zhuǎn)臺的實時控制。 由于轉(zhuǎn)臺三個框架的控制是相互獨立的，因此可以分別對每個框架的控制系統(tǒng)進行設(shè)計。以下為轉(zhuǎn)臺單框的數(shù)學(xué)建模：再進行拉氏變換，得到電樞電壓與輸出角速度之間的傳遞函數(shù)為：dLfc adJBTTk itaaea aaddiukR iLtamuk udd tcaaacem( )( )1ksKUsR JsR Bk kT scacekKR Bk kamaceR JTR Bk k 轉(zhuǎn)臺單框系統(tǒng)的控制采用如下圖所示的多環(huán)控制器結(jié)構(gòu)，其中: 為框架參考角位置輸入信號， 為輸出角位置信號。rc 由于轉(zhuǎn)臺是一個高精度的控制系統(tǒng)，因此，其上、下位機的采樣周期都取為1ms。考

4、慮到轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)的實時性要求較高，開發(fā)周期短，所以轉(zhuǎn)臺軟件在DOS環(huán)境下進行開發(fā)。上位機軟件需要實現(xiàn)自檢，轉(zhuǎn)臺回零，數(shù)據(jù)處理，通信等功能。下位機需要實現(xiàn)實時控制，性能測試，數(shù)據(jù)處理，通信等功能。上、下位機之間的通信利用NE2000兼容的以太網(wǎng)卡，采用Netbios通信協(xié)議，實現(xiàn)上下位機毫秒級的實時數(shù)據(jù)傳輸。 采用PID控制其中的內(nèi)框。為了提高控制精度，再引入一個對輸入信號進行微分的順控補償，形成PID加前饋的復(fù)合控制。 模擬轉(zhuǎn)臺及伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 設(shè)定三軸測試轉(zhuǎn)臺的定時中斷時間為1ms，取數(shù)據(jù)記錄間隔為1ms，并在內(nèi)框負(fù)載30kg。實施PID加前饋的復(fù)合控制，針對位置指令為0.5o、頻率分別為1.5Hz的正弦信號，得到指令與內(nèi)框轉(zhuǎn)動角