双轴转台伺服系统设计

摘要

本文以一个THAT型双轴伺服转台控制系统的设计为背景，对转台控制系统的硬件和软件进行了详细的研究，在硬件方面本文设计了计算机接口板卡、A/D和D/A转换电路、单片机控制系统板，设计并实际调试了由感应同步器和旋转变压器构成的双通道鉴幅鉴相型动态测角系统，并对整个转台系统进行了联调；在软件方面本文用VC语言编写了系统的上位机操作界面程序、单片机控制程序和测角程序。调试结果证明整个系统的设计能很好的满足用户提出的各项指标要求。在转台控制系统的实际设计中，本文采用经典控制理论进行系统设计，根据系统性能的需要将转台控制系统设计成一个双回路控制系统，其设计思想是：当转台偏差信号较大时，采用粗回路控制使转台能够快速接近希望位置；当偏差信号较小时，采用精回路控制以保证系统控制的精度。通过设计调试分析，可以得出结论：转台系统设计的难点还是在测角系统，尤其是精度要求较高的动态系统，测角精度直接会影响系统的精度。而双通道耦合测角系统，其粗测角通道既满足了精度的要求又使电路在实现上简单化，其精测角通道采用的双相激磁单向输出的鉴相测角方案是测角精度的保障。总之，在精度要求较高的情况下这种测角方案比较好用，在实际系统的调试中也取得了良好的控制效果。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 国内外转台的发展状况

1.2.1 国外转台的发展状况

1.2.2 国内转台的发展概况

1.3 转台系统存在的一些常见问题

1.4 转台伺服法测试陀螺漂移

1.4.1 转台伺服法测陀螺漂移原理

1.4.2 转台伺服法测试陀螺仪漂移存在的问题

1.5 本论文主要研究的内容

第2章 转台控制系统设计

2.1 引言

2.2 转台模型和无刷力矩电机参数选取

2.2.1 转台模型

2.2.2 无刷力矩电机参数选取

2.3 系统控制器设计、系统模型建立与仿真

2.3.1 粗伺服回路设计

2.3.2 精伺服回路设计

2.4 控制系统数字化实现

2.4.1 离散化设计

2.4.2 采样周期选取

2.4.3 控制器数字化结果

2.5 本章小结

第3章 转台测角系统原理与设计

3.1 引言

3.2 感应同步器双相激磁鉴相方式工作原理

3.3 感应同步器双相激磁单相输出鉴相测角误差分析

3.3.1 两相电源的相位和幅值误差

3.3.2 激磁电源失真度引起的误差

3.4 感应同步器精测模块设计

3.4.1 感应同步器双相激磁电路设计

3.4.2 激磁信号功率放大器

3.4.3 感应同步器输出信号前置放大电路

3.4.4 感应同步器精测编码单元设计

3.5 旋转变压器粗测模块设计

3.5.1 旋转变压器单相激磁电源设计

3.5.2 AD2S80A的基本工作原理

3.6 粗精测角数据耦合

3.7 本章小结

第4章 转台控制系统硬件实现

4.1 引言

4.2 转台系统硬件总体方案

4.3 80C196KC单片机控制及简介

4.3.1 80C196KC单片机简介

4.3.2 80C196KC单片机控制单元设计

4.3.3 上位机指令输入口

4.4 远控计算机并行接口硬件设计

4.5 常用的模/数(数/模)转换电路

4.5.1 测速机信号转换电路

4.5.2 电机驱动信号转换电路

4.6 精密速率发生器

4.6.1 脉冲发生器

4.6.2 脉冲加减电路

4.6.3 精密速率的实现

4.6.4 精密速率反馈误差的生成

4.7 小结

第5章 转台软件设计

5.1 引言

5.2 工控机界面程序设计

5.3 控制程序设计

5.4 测角程序设计

5.5 小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文

致谢