專利名稱：一種伺服轉(zhuǎn)臺(tái)角加速度自適應(yīng)測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種伺服轉(zhuǎn)臺(tái)角加速度自適應(yīng)測(cè)量方法，屬于自動(dòng)控制領(lǐng)域，適用于對(duì)伺服控制系統(tǒng)角加速度信號(hào)測(cè)量方法的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
伺服轉(zhuǎn)臺(tái)的控制中，將運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的角加速度信號(hào)反饋?zhàn)饔糜谒欧刂破鞯难芯坑邮艿疥P(guān)注，構(gòu)建基于角加速度信號(hào)的反饋控制系統(tǒng)已成為提高伺服轉(zhuǎn)臺(tái)控制性能指標(biāo)的主要技術(shù)手段。角加速度信號(hào)的測(cè)量及其精度是伺服控制效果的重要保障，在光電跟蹤系統(tǒng)中，通常采用光電編碼器來間接計(jì)算出系統(tǒng)的角加速度，編碼器是位置測(cè)量元件，對(duì)編碼器輸出位置信號(hào)進(jìn)行一階差分就可以得到角速度，再進(jìn)行差分就可以得到角加速度。由于角速度和角加速度信號(hào)均取自于對(duì)編碼器輸出信號(hào)的差分，會(huì)引入不可避免的測(cè)量誤差， 同時(shí)差分運(yùn)算也會(huì)對(duì)誤差進(jìn)行不斷放大，從而帶來計(jì)算噪聲，因此會(huì)降低角加速度信號(hào)的精度，影響控制效果。也有人在光電伺服轉(zhuǎn)臺(tái)中采用線加速度計(jì)陣列來間接測(cè)量并計(jì)算出角加速度，但線性加速度計(jì)的安裝往往要求有很高的精度，根據(jù)測(cè)量的線加速度計(jì)算出角加速度也需要很復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算，在實(shí)際工程應(yīng)用中，此種方法的效率和精度受到極大的制約。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種伺服轉(zhuǎn)臺(tái)角加速度自適應(yīng)測(cè)量方法，采用了精度高、性能穩(wěn)定的壓電角加速度計(jì)直接測(cè)量角加速度信號(hào)，應(yīng)用DSP構(gòu)成自適應(yīng)HR濾波器，并對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行自適應(yīng)濾波和誤差處理，解決角加速度信號(hào)測(cè)量方法復(fù)雜，且測(cè)量誤差偏大、精度不高的問題。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種伺服轉(zhuǎn)臺(tái)角加速度自適應(yīng)測(cè)量方法，包括有角加速度計(jì)、A/D轉(zhuǎn)換模塊、DSP濾波模塊、計(jì)算機(jī)；其特征在于具體方法如下首先在伺服轉(zhuǎn)臺(tái)上安裝角加速度計(jì)，角加速度計(jì)直接感應(yīng)測(cè)量伺服系統(tǒng)的角加速度，輸出與伺服系統(tǒng)的角加速度信號(hào)a相對(duì)應(yīng)的直流電壓V，并直接輸入到A/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，再將轉(zhuǎn)數(shù)字化的電壓信號(hào)輸入給DSP濾波模塊，由DSP實(shí)現(xiàn)基于LMS算法的自適應(yīng)FIR濾波器，并完成對(duì)角加速度信號(hào)的自適應(yīng)HR濾波和誤差修正，再根據(jù)角加速度計(jì)給定的“輸入角加速度a-輸出電壓V”線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)處理完的角加速度信號(hào)進(jìn)行標(biāo)定轉(zhuǎn)換，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)伺服轉(zhuǎn)臺(tái)角加速度信號(hào)的自適應(yīng)測(cè)量。所述的角加速度計(jì)選用CJ41A-2E型壓電角加速度計(jì)，測(cè)量范圍(_100 +100) (° )/s2，工作電壓士 15 V，輸出電壓-8 V +8 V，接口采用J14A-9ZJB型插座。所述的A/D轉(zhuǎn)換模塊采用ADS1210芯片，動(dòng)態(tài)范圍的M位Σ- Δ型A / D轉(zhuǎn)換
ο所述的DSP濾波模塊是以TMS320LF2407芯片為核心。所述的自適應(yīng)FIR濾波器為32階，結(jié)構(gòu)采用橫向型濾波器。
所述的誤差修正方法如下在角加速度計(jì)安裝調(diào)試完畢后，根據(jù)測(cè)量范圍，按照伺服轉(zhuǎn)臺(tái)動(dòng)態(tài)特性的高低設(shè)定一組標(biāo)準(zhǔn)角加速度值afe，分別與實(shí)時(shí)測(cè)量值進(jìn)行比較分析發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)測(cè)量誤差隨著角加速度值的改變而發(fā)生變化，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值與測(cè)量值之間的誤差關(guān)系，得出誤差大小及范圍1)H ≥ 30° /s2，系統(tǒng)誤差 e=0. 0002° /s2 ； 2) 30< N ≤ 50° /s2，系統(tǒng)誤差 e=0. 0005° /s2 ； 3) N >50° /s2，系統(tǒng)誤差e=0. 0008° /s2 ；當(dāng)自適應(yīng)FIR濾波完成后，可根據(jù)轉(zhuǎn)臺(tái)動(dòng)態(tài)特
性的高低，亦即角加速度值的大小來選定系統(tǒng)誤差值，進(jìn)而補(bǔ)償測(cè)量值)，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)誤差修正。本發(fā)明的積極效果是由于本發(fā)明避免了間接計(jì)算角加速度過程中的測(cè)量誤差和計(jì)算噪聲，并對(duì)數(shù)字化的角加速度信號(hào)進(jìn)行自適應(yīng)濾波處理和誤差修正，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)角加速度信號(hào)的自適應(yīng)測(cè)量，改善了加速度信號(hào)的測(cè)量結(jié)果，提高了測(cè)量精度。所得到的角加速度信號(hào)可作為前饋控制信號(hào)傳送給伺服控制機(jī)構(gòu)，也可用于監(jiān)控伺服轉(zhuǎn)臺(tái)的動(dòng)態(tài)性能，對(duì)于光電跟蹤系統(tǒng)伺服控制技術(shù)的研究具有積極意義。


圖1本發(fā)明伺服轉(zhuǎn)臺(tái)角加速度自適應(yīng)測(cè)量示意圖。圖2典型壓電角加速度計(jì)原理圖。圖3 CJ41A-2E型角加速度計(jì)原理圖。圖4角加速度信號(hào)處理流程。圖5自適應(yīng)濾波示意圖。圖6 HR濾波器結(jié)構(gòu)圖。圖7自適應(yīng)HR濾波DSP實(shí)現(xiàn)流程。圖8角加速度a—輸出電壓V對(duì)應(yīng)關(guān)系。圖9實(shí)例測(cè)量結(jié)果1。圖10實(shí)例測(cè)量結(jié)果2。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明如圖1所示，一種伺服轉(zhuǎn)臺(tái)角加速度自適應(yīng)測(cè)量方法，包括有角加速度計(jì)、A/D轉(zhuǎn)換模塊、DSP濾波模塊、計(jì)算機(jī)。角加速度計(jì)選用CJ41A-2E型壓電角加速度計(jì)，測(cè)量范圍(-100 +100)(° )/s2， 工作電壓士 15 V，輸出電壓-8 V +8 V，接口采用J14A-9ZJB型插座，接點(diǎn)分配如表1。 A/D轉(zhuǎn)換器采用采用ADS1210芯片，它是一款具有高精度、寬動(dòng)態(tài)范圍的對(duì)位Σ-Δ型A / D轉(zhuǎn)換器，具有芯片自校正功能，片內(nèi)集成了傳統(tǒng)的分立式數(shù)據(jù)采集通道中的模擬開關(guān)、采樣保持、信號(hào)放大等一系列功能，占用口線少、精度高，各種參數(shù)可調(diào)以適應(yīng)不同輸入信號(hào)要求。DSP采用TMS320LFM07芯片，該芯片采用高性能靜態(tài)CMOS技術(shù)和改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)， 具有很高的實(shí)時(shí)控制和運(yùn)算能力，對(duì)角加速度信息處理的軟件算法將固化到TMS320LFM07 芯片以支持DSP濾波模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)角加速度信號(hào)的自適應(yīng)濾波及誤差處理。計(jì)算機(jī)采用研華610型工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，用于監(jiān)測(cè)角加速度信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)光電跟蹤平臺(tái)的伺服控制。
表1 J14A-9ZJB型插座接點(diǎn)分配
權(quán)利要求
1.一種伺服轉(zhuǎn)臺(tái)角加速度自適應(yīng)測(cè)量方法，包括有角加速度計(jì)、A/D轉(zhuǎn)換模塊、DSP濾波模塊、計(jì)算機(jī)；其特征在于具體方法如下首先在伺服轉(zhuǎn)臺(tái)上安裝角加速度計(jì)，角加速度計(jì)直接感應(yīng)測(cè)量伺服系統(tǒng)的角加速度，輸出與伺服系統(tǒng)的角加速度信號(hào)a相對(duì)應(yīng)的直流電壓V，并直接輸入到A/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，再將轉(zhuǎn)數(shù)字化的電壓信號(hào)輸入給DSP濾波模塊，由DSP實(shí)現(xiàn)基于LMS算法的自適應(yīng)FIR濾波器，并完成對(duì)角加速度信號(hào)的自適應(yīng)HR 濾波和誤差修正，再根據(jù)角加速度計(jì)給定的“輸入角加速度輸出電壓V”線性對(duì)應(yīng)關(guān)系， 對(duì)處理完的角加速度信號(hào)進(jìn)行標(biāo)定轉(zhuǎn)換，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)伺服轉(zhuǎn)臺(tái)角加速度信號(hào)的自適應(yīng)測(cè)量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種伺服轉(zhuǎn)臺(tái)角加速度自適應(yīng)測(cè)量方法，其特征在于所述的角加速度計(jì)選用CJ41A-2E型壓電角加速度計(jì)，測(cè)量范圍(-100 +100) (° )/s2，工作電壓士15 V，輸出電壓-8 V +8 V，接口采用J14A-9ZJB型插座。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種伺服轉(zhuǎn)臺(tái)角加速度自適應(yīng)測(cè)量方法，其特征在于所述的 A/D轉(zhuǎn)換模塊采用ADS1210芯片，動(dòng)態(tài)范圍的對(duì)位Σ-Δ型A / D轉(zhuǎn)換器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種伺服轉(zhuǎn)臺(tái)角加速度自適應(yīng)測(cè)量方法，其特征在于所述的 DSP濾波模塊是以TMS320LFM07芯片為核心。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種伺服轉(zhuǎn)臺(tái)角加速度自適應(yīng)測(cè)量方法，其特征在于所述的自適應(yīng)FIR濾波器為32階，結(jié)構(gòu)采用橫向型濾波器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種伺服轉(zhuǎn)臺(tái)角加速度自適應(yīng)測(cè)量方法，其特征在于所述的誤差修正方法如下在角加速度計(jì)安裝調(diào)試完畢后，根據(jù)測(cè)量范圍，按照伺服轉(zhuǎn)臺(tái)動(dòng)態(tài)特性的高低設(shè)定一組標(biāo)準(zhǔn)角加速度值，分別與實(shí)時(shí)測(cè)量值進(jìn)行比較分析發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)測(cè)量誤差隨著角加速度值的改變而發(fā)生變化，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值與測(cè)量值之間的誤差關(guān)系，得出誤差大小及范圍1)W <30。/s2，系統(tǒng)誤差 e=0. 0002° /s2 ； 2)30< N 彡 50° /s2，系統(tǒng)誤差 e=0. 0005° /s2 ；3) N >50° /s2, 系統(tǒng)誤差e=0.0008° Ii ；當(dāng)自適應(yīng)FIR濾波完成后，可根據(jù)轉(zhuǎn)臺(tái)動(dòng)態(tài)特性的高低，亦即角加速度值的大小來選定系統(tǒng)誤差值，進(jìn)而補(bǔ)償測(cè)量值(,4^ )，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)誤差修正。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種伺服轉(zhuǎn)臺(tái)角加速度自適應(yīng)測(cè)量方法，其特征在于具體方法如下首先在伺服轉(zhuǎn)臺(tái)上安裝角加速度計(jì)，角加速度計(jì)直接感應(yīng)測(cè)量伺服系統(tǒng)的角加速度，輸出與伺服系統(tǒng)的角加速度信號(hào)a相對(duì)應(yīng)的直流電壓V，并直接輸入到A/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，再將轉(zhuǎn)數(shù)字化的電壓信號(hào)輸入給DSP濾波模塊，由DSP實(shí)現(xiàn)基于LMS算法的自適應(yīng)FIR濾波器，并完成對(duì)角加速度信號(hào)的自適應(yīng)FIR濾波和誤差修正，再根據(jù)角加速度計(jì)給定的“輸入角加速度a-輸出電壓V”線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)處理完的角加速度信號(hào)進(jìn)行標(biāo)定轉(zhuǎn)換，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)伺服轉(zhuǎn)臺(tái)角加速度信號(hào)的自適應(yīng)測(cè)量。其實(shí)現(xiàn)了角加速度信號(hào)的自適應(yīng)測(cè)量，改善了加速度信號(hào)的測(cè)量結(jié)果，提高了測(cè)量精度。
文檔編號(hào)G01P15/09GK102175889SQ20111002568
公開日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月24日
發(fā)明者梁偉, 陳娟 申請(qǐng)人:長春工業(yè)大學(xué)