一種舵機抖動抑制電路及舵機系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于舵機控制領域，更具體地，涉及一種舵機抖動抑制電路及舵機系統。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著飛行攻擊武器系統打擊精度和機動性能要求的不斷提高，與之相配套的舵伺服系統的精確性和穩定性的要求越來越高。目前的舵系統的性能要求正朝著大慣量、高頻帶的方向發展。
[0003]目前的舵伺服系統仍有很多采用模擬電路控制和諧波減速器以及直流電機控制，其控制方法相對簡單且控制理論相對成熟。但是在高頻帶、大慣量的條件下，舵機的性能往往在滿足總體系統提出的要求時存在一些難點。在大負載慣量的舵系統中，滿足系統高頻帶性能的同時容易存在舵機抖動的問題。通過對舵機抖動機理的分析，其主要原因大致分為三個方面:(1)舵面的轉動慣量偏大；(2)減速器的扭轉剛度偏低；(3)控制算法需要改進。但是舵面的轉動慣量根據系統要求是無法改變的，減速器的扭轉剛度由于制造工藝和加工水平的原因無法在短時間內有較大幅度的提升，現有控制算法一般采用簡單的PID控制算法，而一般的PID算法不能進一步提升系統的穩定裕度，在大負載慣量舵系統中可能無法有效抑制舵機抖動，因而通過改進控制算法以抑制舵機抖動是一種可行有效的方法。
[0004]現在一般采用的舵機抖動抑制方法主要采用增加系統剛度及調整控制參數以降低舵系統帶寬等方面入手。
【發明內容】
[0005]針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種舵機抖動抑制電路，旨在解決大負載慣量舵機在階躍響應測試時抖動的問題。
[0006]本發明提供了一種舵機抖動抑制電路，包括放大器、第一單向導通元件、第二單向導通元件、電容、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻和第六電阻；所述第五電阻的一端作為舵機抖動抑制電路的輸入端，所述第五電阻的另一端連接至放大器的輸入負端；所述電容的一端通過所述第一電阻連接至所述放大器的信號輸入端，所述電容的另一端通過所述第二電阻連接至放大器的信號輸入端；所述第一單向導通元件的一端與所述電容的另一端連接，所述第一單向導通元件的另一端與電容的一端連接；所述第二單向導通元件的一端與電容的一端連接，所述第二單向導通元件的另一端與電容的另一端連接；所述第三電阻的一端與所述電容的另一端連接，所述第三電阻的另一端通過所述第四電阻連接至所述放大器的輸出端；所述第三電阻和第四電阻的連接端還與所述放大器的反饋端連接；所述放大器的輸入負端通過所述第六電阻接地，所述放大器的電源負端連接-15V電源，所述放大器的地端接地，所述放大器的電源正端連接+15V電源。
[0007]更進一步地，第一單向導通元件為第一二極管D1，所述第一二極管D1的陰極作為所述第一單向導通元件的一端，所述第一二極管D1的陽極作為所述第一單向導通元件的另一端；所述第二單向導通元件為第二二極管D2 ;所述第二二極管D2的陰極作為所述第二單向導通元件的一端，所述第二二極管D2的陽極作為所述第二單向導通元件的另一端。
[0008]更進一步地，工作時，當輸入至舵機抖動抑制電路的信號中存在自激干擾信號時，優先通過電容C1和電阻R3，且所述第一單向導通元件和所述第二單向導通元件會將自激干擾信號削弱或消除，從而使得輸出信號中的自激干擾得到抑制。
[0009]本發明中，由于舵機抖動抑制電路輸入端電容并聯二極管的存在，電路的滯后會減弱，在有效濾除干擾信號的同時也能很好的抑制電路輸入端阻容電路的自激振蕩，在高帶寬要求和大慣量的舵系統中，這一作用很好的抑制了舵機的抖動，從而保證系統的穩定性。
[0010]本發明還提供了一種舵機系統，包括反饋電路，以及依次連接的加法器、信號放大調理電路，抖動抑制電路、信號處理與功率放大電路和伺服舵機；反饋電路的輸入端連接所述伺服舵機的輸出端，加法器的第一輸入端用于接收外部的舵機控制信號，加法器的第二輸入端連接至所述反饋電路的輸出端；其特征在于，所述抖動抑制電路為上述的舵機抖動抑制電路。
[0011]通過本發明所構思的以上技術方案，與現有技術相比，由于在控制系統中采用了一種具有超調抑制功能的有源滯后fe正電路，能夠在保證航機動態性能的同時抑制航機抖動。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發明實施例提供的舵機系統的原理框圖；
[0013]圖2是本發明實施例提供的舵機抖動抑制電路的電路圖；
[0014]圖3是電動舵系統在應用本發明提供的抖動抑制電路前、后的階躍相應波形圖，其中(a)未增加舵機抖動抑制電路前的階躍相應波形圖；(b)增加了本發明提供的舵機抖動抑制電路后的階躍相應波形圖。
【具體實施方式】
[0015]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0016]本發明實現了一種舵機抖動抑制電路；在模擬電路控制和采用諧波減速器作為減速機構的舵系統中，由于某些型號的諧波減速器剛度偏低，當舵機與舵面裝配后，在高頻響、大慣量條件下，空氣舵面在運動過程中形成的干擾力矩很容易引起舵面抖動。舵機在加速和減速的過程中需要具備較大的角加速度，在舵面轉動慣量一定的情況下，舵面慣量產生的干擾力矩隨之變大。當舵系統響應階躍信號時，舵機經過加速、勻速、減速過程偏轉到期望位置后，控制電壓和舵軸反饋電壓相減后的位置偏差信號為零，由于減速器剛度偏低，在舵面慣量矩作用下，舵機輸出軸會繼續向前偏轉一定角度，導致與輸出軸同軸安裝的角度傳感器反饋電壓大于控制電壓，從而重新產生位置偏差信號。當此位置偏差信號大于舵機啟動電壓所確定的位置偏差信號時，舵機會往相反的方向加速轉動，以此類推，舵機帶動舵片在一定范圍內來回動作，形成抖動現象。
[0017]本發明通過理論分析進行電路設計，實現在系統中串聯有源滯后校正環節，以增加系統的相位裕度，提高系統的相對穩定性，保證舵系統在剛度裕量不足的情況下也能實現系統穩定及性能達標。
[0018]本發明涉及一種基于模擬電路控制和采用諧波減速器作為減速機構的舵控制伺服系統，屬于機電控制領域。通過一種具有很強的實用性和通用性的電路設計，達到濾除控制信號中存在的自激干擾信號以及低頻小幅值干擾信號的作用，在一定程度上解決了基于模擬電路控制和采用諧波減速器作為減速機構的舵系統在舵機傳動機構剛度較差的情況下受到自激干擾或類似干擾信號時舵機容易抖動的問題。
[0019]本發明提供了一種具有很強的實用性和通用性的舵機抖動抑制電路；該舵機抖動抑制電路是一種經過改進的有源滯后校正電路，其輸入端與舵反饋誤差信號連接，輸出端與厚膜運算電路連接在滯后校正電路輸入端電容兩端并聯一對反向硅二極管，利用二極管和電容構成泄放回路的特性濾除低頻的小幅值干擾信號，使得系統自激產生的導致舵機抖動的信號得以濾除，從而抑制舵機抖動。
[0020]與正常的滯后電路相比，一種舵機抖動抑制電路能有效抑制控制系統的自激振蕩。即通過建模仿真，在系統中增加一種特殊滯后電路，通過增加低頻小信號濾波功能，使系統電路內部產生的自激信號在經過此電路時被濾除，從而抑制舵機因系統自激信號引起的抖動，對系統穩定性有一定的提升。
[0021]本發明在采用模擬電路控制+諧波減速器+直流電機控制的舵系統中，在系統位置環輸出端的信號經過舵機抖動抑制電路后作為電流環輸入端的信號。當位置環的輸出信號變化時，通過舵機抖動抑制電路，信號產生滯后和濾波校正的效果，同時由于舵機抖動抑制電路輸入端電容并聯二極管的存在，電路的滯后會減弱，在有效濾除干擾信號的同時也能很好的抑制電路輸入端阻容電路的自激振蕩，在高帶寬要求和大慣量的舵系統中，這一作用很好的抑制了舵機的抖動，從而保證系統的穩定性。
[0022]本發明通過在舵系統控制電路中加入具有很強的實用性和通用性的簡單的電路，就能有效的抑制舵機的抖動。
[0023]為了更進一步的說明本發明。下面結合附圖對本發明的實施例作進一步詳細說明。
[0024]圖1示出了本發明實施例提供的舵機系統的原理框圖，為了便于說明，僅示出了與本發明實施例相關的部分，詳述如下:
[0025]舵機系統包括加法器1、信號放大調理電路2，抖動抑制電路3、信號處理與功率放大電路4，伺服舵機5(主要包括電機和減速機構)以及反饋電路6 ;信號放大調理電路2主要用于接收舵系統控制信號并進行濾波和調理，將得到的信號傳至信號處理與功率放大電路4，抖動抑制電路3用于抑制自激干擾信號及有效信號跟隨；信號處理與功率放大電路4主要將調理和濾波后的信號進行功率放大并驅動伺服舵機5中的伺服電機進行相應運動，伺服舵機5通過減速機構和電機運動帶動輸出軸進行運動，反饋電路6用于感應舵機輸出軸的運動位置，并將位置信號反饋至信號放大調理電路2形成閉環控制系統。
[0026]其中，信號放大調理電路2主要由跟隨電路和濾波電路構成，其輸入端接收到的控制信號經濾波電路后，通過跟隨電路