一種直驅轉臺位置控制系統及控制方法與流程

文檔序號：11518815閱讀：519來源：國知局

本發明涉及一種直驅轉臺位置控制系統及控制方法，屬于自動控制技術領域。

背景技術：

pid算法控制結構簡單,魯棒性強，因此在工程實踐中得到廣泛應用。相比較模擬pid調節器,數字化pid調節器具有更大的靈活性。

基于pid調節器的控制系統中由于積分器的存在，控制量的超調往往是不可回避的問題，在位置控制系統中，受到速度最大值限定的非線性因素影響，當位置控制系統大范圍調轉時，位置超調量的絕對值較大，不僅使系統穩定性下降的主要原因，也使定位控制動態過程加長。

在數字pid中，可以較為方便控制積分的值，進而減小或消除因積分器的存在導致的超調。

技術實現要素：

為了實現本發明的目的，本發明提供了一種直驅轉臺位置控制系統及控制方法。

為了解決上述問題，本發明所采取的技術方案是：

一種直驅轉臺位置控制系統，包括控制器、電機驅動器、直驅電機、位置傳感器和轉臺；控制器完成轉臺的位置控制，并將速度指令通過與電機驅動器之間的現場總線接口傳輸給電機驅動器，完成直驅電機的速度控制；直驅電機輸出軸的一端與轉臺轉軸相連，帶動轉臺轉動；直驅電機輸出軸的另一端與位置傳感器相連，實現直驅電機的位置檢測，位置傳感器檢測的直驅電機軸位置信息通過與控制器之間的位置傳感器接口傳輸給控制器。

所述的控制器包括處理器、現場總線接口、上位機接口和位置傳感器接口；所述的處理器通過上位機接口接收位置給定（位置控制目標指令），通過位置傳感器接口接收轉臺位置反饋（實際位置信息），在處理器中完成位置控制算法，并通過現場總線接口將速度指令輸出到電機驅動器；所述的處理器為dsp或arm或plc，可根據實際情況具體選擇。

所述的處理器中的位置控制算法包括位置給定、位置反饋、u(k)函數、u(k-1)函數、速度指令約束函數和速度指令。比例積分調節器的函數如式（1）：

（1）

其中：-比例系數

–積分系數；

u(k)-第k次采樣時刻比例積分調節器輸出

e(k)-第k次采樣位置誤差

式（1）中為第k次采樣后所有位置誤差的和與積分系數的乘積，即為比例積分調節器的積分器，在誤差方向沒有改變的情況下，積分器值符號不會改變，這是比例積分調節器控制時必然產生超調的原因，尤其是在大范圍定位控制中超調量的絕對值較大。

為實現減小大范圍位置定位時的超調量，本發明u(k)函數采用式（2）函數代替式（1）中u(k)函數：

（2）

分別為本次采樣周期位置誤差（即第k次采樣誤差）和上次采樣周期位置誤差（即第k-1次采樣誤差），的初始值為0，是函數的計算結果，在完成u(k)函數計算后依據u(k)函數的結果進行計算；為兩種計算誤差分界值，一般取的最大位置誤差（對于轉臺，其最大誤差為180度）；為直驅電機的最大轉速值；初始化計算時，取。

當第k次位置誤差絕對值時，；

通過這種分段控制方式，可以保證在不同的大范圍定位時，最終超調量的一致性。

所述的函數式（3）：

（3）

當時，

特別地，設置系數，取值范圍1.0~10.0，具備的特性是：值小，則控制響應快，但超調量大，值大，則控制響應減慢，超調量減小，因此值整定時根據系統實際需求確定；通過對最大值限制，達到控制式（1）中積分器的值，當大范圍位置定位時（不失一般性，假設初始位置誤差為正值），定位開始時時，采用計算的值；當位置誤差時（此時轉臺位置反饋值接近位置給定值），采用計算的值，此時積分器開始積分控制，通過式（3）對進行了適當限定，積分器可以從負值開始積分，從而實現減小大范圍定位時的超調量。

所述的速度指令約束函數計算如式（4），實現對速度指令的最大值限制。

（4）

即當時，；

當時，；

當時，。

一種直驅轉臺位置控制系統的控制方法，包括控制參數整定，所述的控制參數整定包括以下步驟：

（1）控制位置給定值，使，按常規方法完成、參數整定；

（2）整定值，首先取；

（3）控制位置給定值，使；

（4）查看超調量是否小于期望值，如大于期望值，值增加0.1，轉到步驟（3）；

（5）完成參數整定。

本發明所達到的有益效果：

（1）、本發明的系統通過采樣直驅電機帶動轉臺轉動，去除了機械減速箱的齒輪傳動，不存在傳動鏈齒隙，因而可以實現對轉臺的高精度位置控制；

（2）、本發明的系統在大范圍角度定位時，通過誤差分段控制和最后定位階段的積分器積分起點值控制，達到有效控制超調量的目的。

附圖說明

圖1是本發明的組成示意圖；

圖2是本發明的控制器組成示意圖；

圖3是本發明的的位置控制算法示意圖；

圖4是本發明的位置控制算法的流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步描述。

如圖1所示，一種直驅轉臺位置控制系統，包括控制器、電機驅動器、直驅電機、位置傳感器和轉臺；控制器完成轉臺的位置控制，并將速度指令通過與電機驅動器之間的現場總線接口傳輸給電機驅動器，完成直驅電機的速度控制；直驅電機輸出軸的一端與轉臺轉軸相連，帶動轉臺轉動；直驅電機輸出軸的另一端與位置傳感器相連，實現直驅電機的位置檢測，位置傳感器檢測的直驅電機軸位置信息通過與控制器之間的位置傳感器接口傳輸給控制器。

如圖2所示，所述的控制器包括處理器（實際情況可選擇dsp、arm或plc作為處理器,本實例選擇arm）、現場總線接口(本實例選擇can總線接口)、上位機接口（本實例選擇uart接口）和位置傳感器接口(本實例選擇ssi)。所述的處理器通過上位機接口接收位置給定（位置控制目標指令），通過位置傳感器接口接收轉臺位置反饋（實際位置信息），在處理器中完成位置控制算法，并通過現場總線接口將速度指令輸出到電機驅動器。

如圖3所示，所述的處理器中的位置控制算法包括位置給定、位置反饋、u(k)函數、u(k-1)函數、速度指令約束函數和速度指令等。比例積分調節器的函數如式（1）：

（1）

其中：-比例系數

–積分系數；

u(k)-第k次采樣時刻比例積分調節器輸出

e(k)-第k次采樣位置誤差

圖4為直驅轉臺位置控制系統的位置控制算法流程圖，分別為本次采樣周期位置誤差（即第k次采樣誤差）和上次采樣周期位置誤差（即第k-1次采樣誤差），的初始值為0，是函數的計算結果，在完成u(k)函數計算后依據u(k)函數的結果進行計算；為兩種計算誤差分界值，一般取的最大位置誤差（對于轉臺，其最大誤差為180度）；為直驅電機的最大轉速值；初始化計算時，取。

為實現減小大范圍位置定位時的超調量，本發明采用式（2）函數代替式（1）中u(k)的計算函數：

（2）

即當第k次位置誤差絕對值時，；