两轴转台控制系统设计

　　0　引　　言

　　航空、航天工业的发展水平是一个国家国力强弱的重要标准。航空、航天技术不但在国防领域有举足轻重的地位,在人民生活中也有着越来越重要的意义。随着空间技术和制造工艺水平的发展,人类对太空的探索越来越向其深度和广度拓展,对探索工具及飞行器的精密度、可控性的要求也愈加严格。随着导弹武器系统的发展,导弹及制导技术对仿真技术提出了更高的要求。同时,计算机技术尤其是数字计算机技术的发展为仿真技术提供了更高的技术基础,仿真技术发生了根本性的变化,其应用范围已深入到导弹系统研制和使用的各个环节。转台是仿真技术的关键设备,由早期的单轴转台到目前的三轴转台,已经可以真实地模拟导弹或飞行器的动力学特性,在实验室条件下复现其在空中的各种飞行姿态,对导弹或飞行器的传感器件、制导系统和控制系统及各执行机构的性能加以测试,将经典自破坏性的全实物试验转化为实验室的预测性研究,为成功的实际飞行提供充分的技术指标和实验数据,为导弹或飞行器的改进和再设计提供各种参考依据[1]。

　　1　两轴转台概述

　　转台主要由台体、控制柜和能源系统3个基本部分组成,按用途可分为仿真转台和惯导测试转台。本文研究转台为两轴惯导测试转台,分为方位台和横滚台2个台面。实物如图1所示。

　　2　两轴转台的控制系统结构

　　依据所要求的技术指标,设计了如下的控制系统回路,如图2所示

　　整个控制系统采用3个控制回路,即PWM直流调速器内回路、测速电机回路、PMAC运动控制器回路。整体的控制思想是:利用测速电机、旋转变压器所测得的转台信息,运用编码器、PMAC运动控制器、工控机分析测得信息并产生控制信息对转台的驱动机构———力矩电机进行控制,使转台能达到所要求的技术指标[2]。

　　3　转台控制系统建模

　　依据图2所设计的控制回路进行控制系统的建模。作为模型的组成部分,首先计算方位台的转动惯量[3],其次,对直流力矩电机、测速发电机、直流伺服驱动器等元器件进行建模。

　　3.1　方位台转动惯量的计算

　　方位台的组成和元器件是很复杂的,本文对它进行了简化,简化后的结构如图3所示。

　　分别计算各组成部分的转动惯量,结果如下:

　　Iy转轴=0.375 Kg·m2

　　Iy连接法兰=3.27 Kg·m2

　　Iy台面=59.53 Kg·m2

　　Iy负载=38.5 Kg·m2

　　Iy电机=5.6 Kg·m2

　　组合各部分,故,