带传动间隙转台的精确控制

摘要

转台作为一种仿真和测试设备广泛应用于航空、航天、电子通信等众多领域，而改善转台的功能和提高转台的性能品质对航空航天工业以及国防建设的发展都具有重要的意义。 在大力矩输出转台的传动机构中往往存在齿隙非线性，影响了转台的动态性能和稳态精度，同时由于齿隙不可微分的特性，对其补偿控制比较困难，这使得对性能和可靠性有较高要求的转台系统在设计和工程实现上都面临较大困难。本文就转台传动中的齿隙非线性开展研究，并提出改进的方法。 首先，分析了传动装置齿隙位置的不同对伺服系统性能的不同影响，从机械设计角度提出了减弱或消除齿隙的若干措施。 然后，以双电机驱动齿隙非线性系统为对象，对双电机驱动消除齿隙的控制原理和方法进行了研究，利用机理分析法，建立了双电机同步联动伺服系统的动力学模型；利用多电机施加偏置力矩补偿齿隙非线性的方法，引入标志函数重新描述齿隙非线性，应用Backstepping方法设计了基于状态反馈的控制策略；并进一步针对参数未知的控制对象，设计了基于Backstepping方法的状态反馈自适应控制策略。理论分析和仿真研究表明，该方案能够保证系统稳定地跟踪参考输入，同时保证整个控制系统渐近稳定。 最后，以某天线测试转台为研发目标，介绍了控制系统的工程实现，叙述了系统主控模块和伺服模块的设计和开发过程，并从硬件和软件两方面介绍了研制中的关键技术和难点。