压电角加速度计在转台控制中的应用

　　1　前言

　　伺服转台作为重要的惯导测试设备在研制过程中有一些重要的技术问题要解决,其中比较困难的是摩擦力矩的补偿,其不仅影响转台的稳定性、同时也影响低速状态的平稳性。目前比较先进的办法是将摩擦力矩的数学模型测试出来,并用于系统的补偿,但由于高频分量的存在,测试出来的数学模型不能完全反应摩擦力矩的真实特性,因此这种补偿实现起来很因难。当然可以通过提高系统的增益来解决,但比举须兼顾频带及元件饱和等因素,不然会出现振荡,噪声增大等等问题。而在系统中引入压电角加速度计可以简便地在一定程度上解决　　摩擦力矩的补偿及提高系统的平稳性。

　　2　压电角加速度计

　　压电角加速度计由敏感器件和电子器件两部分组成,敏感器件的结构如图1所示,

　　在长方体的金属梁上贴上四片压电陶瓷片,在梁的X轴(电轴)上用驱动电路产生如下形式的振动:

　　其中ω0、θ0分别为输出轴的谐振频率和机械品质因数。由于压电效应在输出轴的方向上的压电片出现与该方向梁的位移y(t)成比例的输出电压,从上述(1)~(4)式可知,输出电压与振动输入的最大振幅x0及输入角速度成比例,同时是振动轴和输出轴谐振频率的函数。对于满足一定技术指标的压电陀螺梁的ω0、ωc及θ0值。x0亦可由电路保证为一恒值,因此输出电压仅与输入角速度成线性关系

　　压电角加速度计的电子线路如图2所示,由于驱动电路对敏感器件的作用,使梁产生一定频率和振幅的振动,读出放大器将读出换能器上的电压信号加以放大,当梁的敏感方向上有角速度输入时、经过解调器解调,便可以检出由惯性力引起信号,获得与输入角速度成正比的电压信号,为改善陀螺的动态响应,加有阻尼电路。考虑到要求,对振梁及电路进行了恒温,并对外电源进行了稳压。

3　系统设计

　　在转台台面上按要求安装好压电角加速度计,使其敏感轴与转台台面回转中心相平行,转台的系统方块图如图3所示:

　　图3中,kf为相位电压放大倍数,K1、K2为两个超前环节的放大倍数,K3/s为引入的积分环节,用以提高伺服精度,KI、KG为电流及力矩放大倍数,J为转台回转轴的惯导　　惯量,Td为磨擦力矩,Kac为压电角加速度计的放大倍数,Kac和Kw组成加速度反馈回路,包围转台磨擦力矩Td,加速度回路设计考虑如下:

　　(1).带宽:按经验公式,加速度带宽=4倍速度回路带宽=16倍位置回路带宽,位置回路带宽为20HZ,则加速度回路的带宽为320HZ,即在加速度反馈回路中Kw为低通泸波器其转折频率设在320HZ上。对于压电角加速度而言,转台不转动即转台不存在惯性力时压电晶体不产生电荷,因而无输出,此时加速度回路断开,系统精度由前向通道放大倍数决定,因此压电角加速计不能用于静态测量及补偿,只能用于动态情况。