專利名稱：單軸轉臺模擬三軸搖擺裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于控制技術領域，涉及對交流電機伺服控制，具體地說是一種單軸轉臺模擬三軸搖擺裝置。
背景技術：
對電視跟蹤儀進行船體擾動的隔離度試驗時，通常需要三軸搖擺臺分別模擬船體的艏搖、橫搖、縱搖，用三自由度速率陀螺敏感出這三個方向的速率，通過解耦分別加到電視跟蹤系統的方位和俯仰控制中，克服船體擾動，提高電視跟蹤精度。這種三軸搖擺臺結構復雜，一般采用直流電機控制技術，需要三對位置和速度測量元件，控制難度大且造價高昂。隨著交流控制技術的發展，交流伺服控制器更多地應用到伺服控制系統中。從功能上來看，控制器集成位置回路、速度回路和功率驅動部分，控制電機的運動參數調整方便，控制精度和可靠性高，非常適用于指定曲線的伺服控制系統中。
發明內容
針對上述問題，本實用新型要解決在對電視跟蹤儀進行船體搖擺試驗時，用交流伺服控制器控制交流電機按給定曲線運動，在電視跟蹤狀態下，通過單軸控制，模擬三自由度船搖，通過速率陀螺敏感出船搖速度信號，加到電視跟蹤系統的方位和俯仰控制中，克服船體擾動，提高電視跟蹤精度，目的是提供一種單軸轉臺模擬三軸搖擺裝置。
本實用新型包括交流伺服控制器，交流伺服電機，旋轉變壓器，減速器，旋轉平臺，其中旋轉平臺與水平面成θ角。
本實用新型用交流伺服控制器控制交流伺服電機按給定曲線運動，交流伺服電機經旋轉變壓器和減速器，驅動旋轉平臺。在電視跟蹤狀態下，利用速率陀螺，進行單軸控制，模擬三自由度船搖。通過速率陀螺敏感出船搖信號，加到電視跟蹤系統的方位和俯仰控制中，消除船體擾動，提高電視跟蹤精度。
本實用新型的交流伺服控制器結構如圖3所示，給定曲線通過串行通訊傳入交流伺服控制器，交流伺服控制器內部可以存儲多條曲線，通過外部開關選擇需要的工作曲線，通過對內部功能塊庫的調用，由內部功能塊完成X、Y軸曲線的擴展，與交流伺服控制器內部的控制代碼共同完成對曲線的控制，程序控制和控制代碼調用由交流伺服控制器內部處理器自動完成，控制代碼最后與旋轉變壓器的反饋形成閉環，完成對曲線控制輸出，驅動交流電機完成控制任務，同時輸出位置信息。
本實用新型的交流伺服控制器控制電路如圖2所示，由外部供電，設有使能、起動、調零、順時針旋轉、逆時針旋轉、復位開關。只有在使能有效的情況下，其它開關才能實現其功能，交流伺服電機才能運轉。當起動開關使能時，交流伺服控制器控制電機按給定曲線運行；在調零開關使能時，順時針旋轉、逆時針旋轉開關分別控制交流伺服電機順時針和逆時針等速旋轉，確定曲線的起始零位；復位開關使能時，對交流伺服控制器故障修復，系統復位。
本實用新型通過單軸控制，在電視跟蹤狀態下可模擬三自由度搖擺。把電視跟蹤儀固定在與搖擺臺水平基座成θ角的旋轉平臺上，運行曲線通過控制電路的開關控制交流伺服控制器，交流伺服控制器控制交流伺服電機通過減速器帶動搖擺臺基座在水平面內作曲線運動，模擬船的艏搖。為了測量因船體搖擺對電視跟蹤儀方位和高低角的擾動，而加裝了一個單自由度和兩自由度速率陀螺。單自由度速率陀螺安裝在跟蹤儀的機座上，輸入軸與垂直軸平行；兩自由度速率陀螺安裝在跟蹤儀的方位轉動部分，一個輸入軸與水平軸平行，另一個輸入軸與垂直軸和水平軸組成平面的垂線平行。這樣安裝陀螺，三個自由度速率信號之間沒有解耦關系。當跟蹤儀對目標進行電視跟蹤時，由于搖擺臺水平基座作正弦轉動，三個自由度速率陀螺測量出因搖擺臺水平基座搖擺而產生的方位和高低角速度，可直接加到跟蹤系統中，提高跟蹤精度。
當對靜止目標進行電視跟蹤時，目標在甲板坐標系下方位和高低速度和加速度完全等效于船搖，原理如下大地坐標系如圖4所示，y為正北方向。靜止的點目標的坐標為ux，uy，uz，則目標在大地坐標系下的方位角和高低角分別為a、e，跟蹤儀基座的縱搖角ps為θ；橫搖角sa為0；艏搖角為k＝α*sin(w*t)；α為搖擺臺作正弦轉動的幅度，w為周期。u1x，u1y，u1z分別為目標的甲板坐標，目標大地坐標到甲板坐標轉換公式為u1x＝cos(e)*(cos(sa)*sin(a-k)+sin(sa)*sin(ps)*cos(a-k))-sin(e)*sin(sa)*cos(ps)；
u1y＝cos(e)*cos(ps)*cos(a-k)+sin(e)*sin(ps)；u1z＝cos(e)*(sin(sa)*sin(a-k)-cos(sa)*sin(ps)*cos(a-k))+sin(e)*cos(sa)*cos(ps)；目標在甲板坐標系下的高低和方位角ec ac分別為ec＝sin-1(u1z/(u1x2+u1y2)1/2) ac＝tg-1(u1x，u1y)對ec ac分別進行一階和二階微分，得到目標在甲板坐標系下的方位和高低的速度和加速度。通過改變搖擺臺基座與水平面的夾角θ和基座作正弦運動振幅和周期，可得到不同的速度和加速度。速度和加速度是由基座作正弦運動產生的，等效于船搖產生的擾動速度和加速度。電視跟蹤靜止目標時，基座作正弦擺動等效于船的艏搖，由于搖擺臺基座與水平面成θ角，由艏搖引起縱搖和橫搖，因此，本搖擺臺完全可以模擬三軸搖擺，驗證加裝速率陀螺對克服船搖擾動的效果。本實用新型已成功地應用到某電視跟蹤儀搖擺實驗，在電視跟蹤狀態下，可模擬出三軸搖擺。
圖1是本實用新型的結構示意圖，也是說明書摘要附圖和實施方式示意圖。圖中1為交流伺服控制器，2交流伺服電機，3旋轉變壓器，4減速器，5旋轉平臺，6電視跟蹤儀，其中旋轉平臺與水平面成θ角。
圖2是交流伺服控制器1的控制電路圖。
圖3是交流伺服控制器1的結構圖示意圖。
圖4是搖擺臺大地坐標系示意圖。
具體實施方式
本實用新型具體實施方式
如圖1所示包括交流伺服控制器1，交流伺服電機2，旋轉變壓器3，減速器4，旋轉平臺5，電視跟蹤儀6。本實用新型的交流伺服控制器1和交流伺服電機2選用德國倫茨公司產品，交流伺服控制器1選用9300系列凸輪型，控制輸出端與交流伺服電機2相連，反饋端與旋轉變壓器3相連，以實現對電機的伺服控制；旋轉變壓器3與交流伺服電機2的輸出軸同軸安裝，旋變精度為1/2048，減速器4選用減速比600∶1，以實現大扭矩輸出；減速器4輸入軸與交流伺服電機2輸出軸相連，減速器4輸出軸直接驅動旋轉平臺5的轉軸，旋轉平臺與水平面成θ角，電視跟蹤儀6固定在旋轉平臺5上。
如圖2所示，把交流伺服控制器1的A、B、C、O分別連接到三相電源的三相輸出端和地，再把使能、起動、調零、順時針旋轉、逆時針旋轉、復位開關通過3k電阻連接到交流伺服控制器1的外部輸入端口。在lenze的專用工具“GDC”開發環境下，根據工作方式，如圖3所示，分別把上述控制開關連接到各自對應的曲線上，曲線通過“GDC”操作環境單獨設置，具體如下起動曲線設置為y＝θ0+α*sin(w*x)，y為電機旋轉角度，θ0為初始角度，α為正弦擺動的幅角，w為正弦擺動周朝，x為時間變量。
順時針旋轉曲線為y＝α1*x，y為電機旋轉角度，α為旋轉速度，x為時間。
逆時針旋轉曲線為y＝-α1*x，y為電機旋轉角度，α為旋轉速度，x為時間。
復位開關曲線為y＝θ0，θ0為初始角度。
使能開關連到系統總開關，在使能有效的情況下，其它開關才能實現其功能。
調零開關連到順時針旋轉和逆時針旋轉的控制端，在調零開關使能時，順時針旋轉、逆時針旋轉開關分別控制交流伺服電機順時針和逆時針等速旋轉。
在電視跟蹤時進行搖擺試驗，根據搖擺指標，改變基座作正弦運動振幅α和周期w，電視跟蹤儀的方位和高低速度和加速度也相應改變。
權利要求1.一種單軸轉臺模擬三軸搖擺裝置，其特征是包含有交流伺服控制器(1)，交流伺服電機(2)，旋轉變壓器(3)，減速器(4)，旋轉平臺(5)，其中旋轉平臺(5)與水平面成θ角；交流伺服控制器(1)的控制輸出端與交流伺服電機(2)相連，交流伺服控制器(1)的反饋端與旋轉變壓器(3)相連；減速器(4)與交流伺服電機(2)的輸出軸同軸安裝；減速器(4)輸出軸直接驅動旋轉平臺(5)的轉軸；交流伺服控制器(1)的使能、起動、調零、順時針旋轉、逆時針旋轉、復位開關通過3k電阻連接到交流伺服控制器(1)的外部輸入端口。
2.根據權利要求1所述的單軸轉臺模擬三軸搖擺裝置，其特征是交流伺服控制器(1)上的使能、起動、調零、順時針旋轉、逆時針旋轉、復位開關各自與交流伺服控制器(1)對應的曲線相連結。
3.根據權利要求2所述的單軸轉臺模擬三軸搖擺裝置，其特征是交流伺服控制器(1)選用9300系列凸輪型，交流伺服電機(2)選用旋轉變壓器反饋，旋變精度為1/2048。
專利摘要本實用新型屬于控制技術領域，是一種單軸轉臺模擬三軸搖擺裝置，包括交流伺服控制器，交流伺服電機，旋轉變壓器，減速器，旋轉平臺，其中旋轉平臺與水平面成θ角。本實用新型在電視跟蹤狀態下，通過單軸控制，可模擬三自由度船搖，目的是要解決在對電視跟蹤儀進行船體擾動試驗時，省去三軸搖擺臺。本實用新型用交流伺服控制器控制交流電機按給定曲線運動，通過單軸控制，在電視跟蹤狀態下模擬出三自由度船搖，把速率陀螺敏感的信號加到電視跟蹤系統的方位和俯仰控制中，克服船體擾動，提高電視跟蹤精度。本裝置結構簡單，成本低，可靠性高，特別適用于對電視跟蹤儀進行船體搖擺試驗。
文檔編號G05D1/08GK2700929SQ20032010411
公開日2005年5月18日 申請日期2003年12月25日 優先權日2003年12月25日
發明者王偉國, 高慧斌 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所