單軸轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)與搭建

杜美林，余臻，王敏林

（航空工業(yè)北京長(zhǎng)城計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所，北京 100095）

0 引言

單軸轉(zhuǎn)臺(tái)是一個(gè)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，在運(yùn)動(dòng)仿真［1］、慣導(dǎo)測(cè)試、數(shù)控機(jī)床、雷達(dá)控制［2］等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。在慣性導(dǎo)航領(lǐng)域，慣性儀表的性能直接影響導(dǎo)航結(jié)果，故在使用前要測(cè)試確定慣性儀表的指標(biāo)，評(píng)定其性能是否合格。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，單軸轉(zhuǎn)臺(tái)是對(duì)慣導(dǎo)設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定和測(cè)試的必不可少的設(shè)備。

目前，對(duì)單軸轉(zhuǎn)臺(tái)的研究大致可歸納為轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［3-5］、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和轉(zhuǎn)臺(tái)理論分析［6-7］三方面。其中，合理的控制系統(tǒng)是保證轉(zhuǎn)臺(tái)總體性能的關(guān)鍵［11］。PID控制器廣泛用于單軸轉(zhuǎn)臺(tái)的控制［10］，但其抗干擾性較差，魯棒性不好，故有研究者致力于對(duì)PID算法進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)模糊PID算法［11-12］、魯棒控制算法［13］等，以提高系統(tǒng)的抗參數(shù)變化、抗外部干擾能力及響應(yīng)性，但其中沒(méi)有涉及轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)。鑒于反饋元件在單軸轉(zhuǎn)臺(tái)閉環(huán)控制中的重要作用，匡宣羽等人［8］提出了一種采用角加速度計(jì)作為反饋測(cè)量裝置的單軸轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)，并給出了角加速度信號(hào)處理算法，但未對(duì)電機(jī)控制算法進(jìn)行分析；紀(jì)小輝等人［9］提出了基于軸角編碼器的單軸轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了角位置和角速率功能，但未研究角振動(dòng)功能的實(shí)現(xiàn)。

本文研究一種用于慣導(dǎo)設(shè)備測(cè)試的單軸轉(zhuǎn)臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱“轉(zhuǎn)臺(tái)”）的控制系統(tǒng)的軟硬件實(shí)現(xiàn)方案，該轉(zhuǎn)臺(tái)功能多樣，包括角位置、角速率、角振動(dòng)三個(gè)功能。本文研究?jī)?nèi)容包括轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)的硬件總體方案設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)臺(tái)數(shù)學(xué)模型及控制算法分析和上位機(jī)控制軟件的設(shè)計(jì)。……