一种基于谐波减速器扭转刚度迟滞模型的双框架控制力矩陀螺高精度框架速率伺服系统的制作方法
【专利摘要】本发明提出了一种基于谐波减速器扭转刚度迟滞模型的双框架控制力矩陀螺高精度框架速率伺服系统，包括速率环控制器、电流环控制器、功放、力矩电机、电机端光电码盘、谐波减速器、负载端光电码盘、负载、谐波减速器扭转刚度迟滞模型与补偿模块。其中谐波减速器扭转刚度迟滞模型通过采集当前时刻及历史时刻的扭转角信息，获得抑制谐波减速器迟滞效应的理想输入力矩；补偿模块通过比较理想输入力矩和实际输入力矩，改变电流给予系统力矩补偿。本发明在双框架控制力矩陀螺框架伺服系统的基础上，加入谐波减速器扭转刚度迟滞模型的构建与补偿，有益于降低因谐波减速器扭转刚度迟滞特性引起的系统精度影响。
【专利说明】一种基于谐波减速器扭转刚度迟滞模型的双框架控制力矩陀螺高精度框架速率伺服系统
【技术领域】
[0001]本发明属于基于谐波减速器的高精度低速伺服控制领域，具体涉及一种基于谐波减速器扭转刚度迟滞模型的双框架控制力矩陀螺高精度框架速率伺服系统，该系统有利于降低因谐波减速器扭转刚度迟滞特性而带来的系统精度影响。
【背景技术】
[0002]双框架控制力矩陀螺框架伺服系统为了具有输出大力矩的能力，需要在框架系统内安装能够增大输出力矩的传动装置。谐波减速器因其体积小，重量轻，传动比大，传动效率高等特点，广泛应用于空间技术、雷达通讯、能源、机床、仪器仪表、机器人、精密光学设备、医疗器械等领域。研究表明，谐波减速器的柔性环节会使柔轮输出力矩具有迟滞特性而影响系统的精度，是其自身构造的特点，无法从谐波减速器本身消除。目前，国内对谐波减速器迟滞特性研究大多从机械结构方面考虑，需要测得的状态量多，所建模型繁琐；国外将Preisach模型应用到谐波减速器扭转刚度迟滞建模中时，采用了从物理学的角度出发辨识Preisach模型中的权重函数，由于存在物理模型构建不准确的缺陷，导致了辨识误差更大。双框架控制力矩陀螺系统中，受体积与重量的限制无法安装力矩传感器测量谐波减速器的输入力矩，因而此力矩只能由系统的结构与动力学分析得到。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是:克服了现有双框架控制力矩陀螺框架系统输出框架角速率噪声大，控制精度不高的问题，给出了框架系统内谐波减速器输入力矩的不可直接测量问题的解决方案，提供了一种基于谐波减速器扭转刚度迟滞模型的双框架控制力矩陀螺高精度框架速率伺服系统，所建系统有利于降低因谐波减速器扭转刚度迟滞特性而带来的系统精度影响。
[0004]本发明解决上述技术问题采用的技术方案为:一种基于谐波减速器扭转刚度迟滞模型的双框架控制力矩陀螺高精度框架速率伺服系统，包括速率环控制器、电流环控制器、功放、力矩电机、电机端光电码盘、谐波减速器、负载、负载端光电码盘、谐波减速器扭转刚度迟滞模型与补偿模块；其中，双框架控制力矩陀螺高精度框架速率伺服系统的速率指令信号由姿态控制计算机给定，经速率环控制器计算相应的电流指令作为电流环控制器的指令电流，电流环控制器计算出相应的输出电流信号经功放输出实际控制电流对力矩电机进行驱动，固连于力矩电机的电机端光电码盘测得电机端角位置，力矩电机的输出轴与谐波减速器的波发生器固连，谐波减速器作为力矩放大的传动装置，输出力矩作用于负载，带动固连于负载的负载端光电码盘旋转而测得负载端角位置，负载端角位置经减速比折算到电机端与电机端角位置相减得到谐波减速器的扭转角，将扭转角信息输入到谐波减速器扭转刚度迟滞模型可得抑制谐波减速器迟滞效应的理想输入力矩，此力矩进入到补偿模块中可得到需要补偿的输入电流，在电流环控制器输入端进行力矩补偿。[0005]其中，采用经典Preisach模型进行谐波减速器扭转刚度迟滞模型的构造，以谐波减速器的扭转角Θ (t)作为模型的输入量，谐波减速器输入力矩f(0，t)作为模型的输出量，Preisach模型的经典形式为:
[0006]
【权利要求】
1.一种基于谐波减速器扭转刚度迟滞模型的双框架控制力矩陀螺高精度框架速率伺服系统，其特征在于，包括速率环控制器(I)、电流环控制器(2 )、功放(3 )、力矩电机(4)、电机端光电码盘(5)、谐波减速器(6)、负载(7)、负载端光电码盘(8)、谐波减速器扭转刚度迟滞模型(9)与补偿模块(10);其中，双框架控制力矩陀螺高精度框架速率伺服系统的速率指令信号由姿态控制计算机给定，经速率环控制器(I)计算相应的电流指令作为电流环控制器(2)的指令电流，电流环控制器(2)计算出相应的输出电流信号经功放(3)输出实际控制电流对力矩电机(4)进行驱动，固连于力矩电机(4)的电机端光电码盘(5)测得电机端角位置，力矩电机(4)的输出轴与谐波减速器(6)的波发生器固连，谐波减速器(6)作为力矩放大的传动装置，输出力矩作用于负载(7)，带动固连于负载的负载端光电码盘(8)旋转而测得负载端角位置，负载端角位置经减速比折算到电机端与电机端角位置相减得到谐波减速器(6)的扭转角，将扭转角信息输入到谐波减速器扭转刚度迟滞模型(9)可得抑制谐波减速器迟滞效应的理想输入力矩，此力矩进入到补偿模块(10)中可得到需要补偿的输入电流，在电流环控制器(2 )输入端进行力矩补偿。
2.根据权利要求1所述的双框架控制力矩陀螺高精度框架速率伺服系统，其特征在于:采用经典Preisach模型进行谐波减速器扭转刚度迟滞模型的构造，以谐波减速器的扭转角Θ (t)作为模型的输入量，谐波减速器输入力矩f(e，t)作为模型的输出量，Preisach模型的经典形式为:
3.根据权利要求2所述的双框架控制力矩陀螺高精度框架速率伺服系统，其特征在于:采用将经典Preisach模型离散化的方法，在仅电流闭环、速率开环的情况下采集建立谐波减速器扭转刚度迟滞模型并进行权重函数μ (α，β)辨识的数据，即给定指令电流作为系统的输入来控制谐波减速器的输入力矩，米集电机端光电码盘(5)与负载端光电码盘(8)所测角位置计算谐波减速器的扭转角，由谐波减速器输入力矩与扭转角信息可得到谐波减速器扭转刚度迟滞模型为: 若所测输入Θ (t)递减，
【文档编号】G05B13/04GK103472730SQ201310435526
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月23日 优先权日:2013年9月23日
【发明者】李海涛, 陈萌 申请人:北京航空航天大学