一種舵機(jī)抖動(dòng)抑制電路及舵機(jī)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于舵機(jī)控制領(lǐng)域，更具體地，涉及一種舵機(jī)抖動(dòng)抑制電路及舵機(jī)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著飛行攻擊武器系統(tǒng)打擊精度和機(jī)動(dòng)性能要求的不斷提高，與之相配套的舵伺服系統(tǒng)的精確性和穩(wěn)定性的要求越來越高。目前的舵系統(tǒng)的性能要求正朝著大慣量、高頻帶的方向發(fā)展。
[0003]目前的舵伺服系統(tǒng)仍有很多采用模擬電路控制和諧波減速器以及直流電機(jī)控制，其控制方法相對簡單且控制理論相對成熟。但是在高頻帶、大慣量的條件下，舵機(jī)的性能往往在滿足總體系統(tǒng)提出的要求時(shí)存在一些難點(diǎn)。在大負(fù)載慣量的舵系統(tǒng)中，滿足系統(tǒng)高頻帶性能的同時(shí)容易存在舵機(jī)抖動(dòng)的問題。通過對舵機(jī)抖動(dòng)機(jī)理的分析，其主要原因大致分為三個(gè)方面:(1)舵面的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量偏大；(2)減速器的扭轉(zhuǎn)剛度偏低；(3)控制算法需要改進(jìn)。但是舵面的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量根據(jù)系統(tǒng)要求是無法改變的，減速器的扭轉(zhuǎn)剛度由于制造工藝和加工水平的原因無法在短時(shí)間內(nèi)有較大幅度的提升，現(xiàn)有控制算法一般采用簡單的PID控制算法，而一般的PID算法不能進(jìn)一步提升系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度，在大負(fù)載慣量舵系統(tǒng)中可能無法有效抑制舵機(jī)抖動(dòng)，因而通過改進(jìn)控制算法以抑制舵機(jī)抖動(dòng)是一種可行有效的方法。
[0004]現(xiàn)在一般采用的舵機(jī)抖動(dòng)抑制方法主要采用增加系統(tǒng)剛度及調(diào)整控制參數(shù)以降低舵系統(tǒng)帶寬等方面入手。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種舵機(jī)抖動(dòng)抑制電路，旨在解決大負(fù)載慣量舵機(jī)在階躍響應(yīng)測試時(shí)抖動(dòng)的問題。
[0006]本發(fā)明提供了一種舵機(jī)抖動(dòng)抑制電路，包括放大器、第一單向?qū)ㄔ?、第二單向?qū)ㄔ㈦娙?、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻和第六電阻；所述第五電阻的一端作為舵機(jī)抖動(dòng)抑制電路的輸入端，所述第五電阻的另一端連接至放大器的輸入負(fù)端；所述電容的一端通過所述第一電阻連接至所述放大器的信號輸入端，所述電容的另一端通過所述第二電阻連接至放大器的信號輸入端；所述第一單向?qū)ㄔ囊欢伺c所述電容的另一端連接，所述第一單向?qū)ㄔ牧硪欢伺c電容的一端連接；所述第二單向?qū)ㄔ囊欢伺c電容的一端連接，所述第二單向?qū)ㄔ牧硪欢伺c電容的另一端連接；所述第三電阻的一端與所述電容的另一端連接，所述第三電阻的另一端通過所述第四電阻連接至所述放大器的輸出端；所述第三電阻和第四電阻的連接端還與所述放大器的反饋端連接；所述放大器的輸入負(fù)端通過所述第六電阻接地，所述放大器的電源負(fù)端連接-15V電源，所述放大器的地端接地，所述放大器的電源正端連接+15V電源。
[0007]更進(jìn)一步地，第一單向?qū)ㄔ榈谝欢O管D1，所述第一二極管D1的陰極作為所述第一單向?qū)ㄔ囊欢?，所述第一二極管D1的陽極作為所述第一單向?qū)ㄔ牧硪欢?；所述第二單向?qū)ㄔ榈诙O管D2 ;所述第二二極管D2的陰極作為所述第二單向?qū)ㄔ囊欢?，所述第二二極管D2的陽極作為所述第二單向?qū)ㄔ牧硪欢恕?br>[0008]更進(jìn)一步地，工作時(shí)，當(dāng)輸入至舵機(jī)抖動(dòng)抑制電路的信號中存在自激干擾信號時(shí)，優(yōu)先通過電容C1和電阻R3，且所述第一單向?qū)ㄔ退龅诙蜗驅(qū)ㄔ⒆约じ蓴_信號削弱或消除，從而使得輸出信號中的自激干擾得到抑制。
[0009]本發(fā)明中，由于舵機(jī)抖動(dòng)抑制電路輸入端電容并聯(lián)二極管的存在，電路的滯后會減弱，在有效濾除干擾信號的同時(shí)也能很好的抑制電路輸入端阻容電路的自激振蕩，在高帶寬要求和大慣量的舵系統(tǒng)中，這一作用很好的抑制了舵機(jī)的抖動(dòng)，從而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0010]本發(fā)明還提供了一種舵機(jī)系統(tǒng)，包括反饋電路，以及依次連接的加法器、信號放大調(diào)理電路，抖動(dòng)抑制電路、信號處理與功率放大電路和伺服舵機(jī)；反饋電路的輸入端連接所述伺服舵機(jī)的輸出端，加法器的第一輸入端用于接收外部的舵機(jī)控制信號，加法器的第二輸入端連接至所述反饋電路的輸出端；其特征在于，所述抖動(dòng)抑制電路為上述的舵機(jī)抖動(dòng)抑制電路。
[0011]通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于在控制系統(tǒng)中采用了一種具有超調(diào)抑制功能的有源滯后fe正電路，能夠在保證航機(jī)動(dòng)態(tài)性能的同時(shí)抑制航機(jī)抖動(dòng)。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的舵機(jī)系統(tǒng)的原理框圖；
[0013]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的舵機(jī)抖動(dòng)抑制電路的電路圖；
[0014]圖3是電動(dòng)舵系統(tǒng)在應(yīng)用本發(fā)明提供的抖動(dòng)抑制電路前、后的階躍相應(yīng)波形圖，其中(a)未增加舵機(jī)抖動(dòng)抑制電路前的階躍相應(yīng)波形圖；(b)增加了本發(fā)明提供的舵機(jī)抖動(dòng)抑制電路后的階躍相應(yīng)波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0016]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了一種舵機(jī)抖動(dòng)抑制電路；在模擬電路控制和采用諧波減速器作為減速機(jī)構(gòu)的舵系統(tǒng)中，由于某些型號的諧波減速器剛度偏低，當(dāng)舵機(jī)與舵面裝配后，在高頻響、大慣量條件下，空氣舵面在運(yùn)動(dòng)過程中形成的干擾力矩很容易引起舵面抖動(dòng)。舵機(jī)在加速和減速的過程中需要具備較大的角加速度，在舵面轉(zhuǎn)動(dòng)慣量一定的情況下，舵面慣量產(chǎn)生的干擾力矩隨之變大。當(dāng)舵系統(tǒng)響應(yīng)階躍信號時(shí)，舵機(jī)經(jīng)過加速、勻速、減速過程偏轉(zhuǎn)到期望位置后，控制電壓和舵軸反饋電壓相減后的位置偏差信號為零，由于減速器剛度偏低，在舵面慣量矩作用下，舵機(jī)輸出軸會繼續(xù)向前偏轉(zhuǎn)一定角度，導(dǎo)致與輸出軸同軸安裝的角度傳感器反饋電壓大于控制電壓，從而重新產(chǎn)生位置偏差信號。當(dāng)此位置偏差信號大于舵機(jī)啟動(dòng)電壓所確定的位置偏差信號時(shí)，舵機(jī)會往相反的方向加速轉(zhuǎn)動(dòng)，以此類推，舵機(jī)帶動(dòng)舵片在一定范圍內(nèi)來回動(dòng)作，形成抖動(dòng)現(xiàn)象。
[0017]本發(fā)明通過理論分析進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)中串聯(lián)有源滯后校正環(huán)節(jié)，以增加系統(tǒng)的相位裕度，提高系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性，保證舵系統(tǒng)在剛度裕量不足的情況下也能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定及性能達(dá)標(biāo)。
[0018]本發(fā)明涉及一種基于模擬電路控制和采用諧波減速器作為減速機(jī)構(gòu)的舵控制伺服系統(tǒng)，屬于機(jī)電控制領(lǐng)域。通過一種具有很強(qiáng)的實(shí)用性和通用性的電路設(shè)計(jì)，達(dá)到濾除控制信號中存在的自激干擾信號以及低頻小幅值干擾信號的作用，在一定程度上解決了基于模擬電路控制和采用諧波減速器作為減速機(jī)構(gòu)的舵系統(tǒng)在舵機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)剛度較差的情況下受到自激干擾或類似干擾信號時(shí)舵機(jī)容易抖動(dòng)的問題。
[0019]本發(fā)明提供了一種具有很強(qiáng)的實(shí)用性和通用性的舵機(jī)抖動(dòng)抑制電路；該舵機(jī)抖動(dòng)抑制電路是一種經(jīng)過改進(jìn)的有源滯后校正電路，其輸入端與舵反饋誤差信號連接，輸出端與厚膜運(yùn)算電路連接在滯后校正電路輸入端電容兩端并聯(lián)一對反向硅二極管，利用二極管和電容構(gòu)成泄放回路的特性濾除低頻的小幅值干擾信號，使得系統(tǒng)自激產(chǎn)生的導(dǎo)致舵機(jī)抖動(dòng)的信號得以濾除，從而抑制舵機(jī)抖動(dòng)。
[0020]與正常的滯后電路相比，一種舵機(jī)抖動(dòng)抑制電路能有效抑制控制系統(tǒng)的自激振蕩。即通過建模仿真，在系統(tǒng)中增加一種特殊滯后電路，通過增加低頻小信號濾波功能，使系統(tǒng)電路內(nèi)部產(chǎn)生的自激信號在經(jīng)過此電路時(shí)被濾除，從而抑制舵機(jī)因系統(tǒng)自激信號引起的抖動(dòng)，對系統(tǒng)穩(wěn)定性有一定的提升。
[0021]本發(fā)明在采用模擬電路控制+諧波減速器+直流電機(jī)控制的舵系統(tǒng)中，在系統(tǒng)位置環(huán)輸出端的信號經(jīng)過舵機(jī)抖動(dòng)抑制電路后作為電流環(huán)輸入端的信號。當(dāng)位置環(huán)的輸出信號變化時(shí)，通過舵機(jī)抖動(dòng)抑制電路，信號產(chǎn)生滯后和濾波校正的效果，同時(shí)由于舵機(jī)抖動(dòng)抑制電路輸入端電容并聯(lián)二極管的存在，電路的滯后會減弱，在有效濾除干擾信號的同時(shí)也能很好的抑制電路輸入端阻容電路的自激振蕩，在高帶寬要求和大慣量的舵系統(tǒng)中，這一作用很好的抑制了舵機(jī)的抖動(dòng)，從而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0022]本發(fā)明通過在舵系統(tǒng)控制電路中加入具有很強(qiáng)的實(shí)用性和通用性的簡單的電路，就能有效的抑制舵機(jī)的抖動(dòng)。
[0023]為了更進(jìn)一步的說明本發(fā)明。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0024]圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的舵機(jī)系統(tǒng)的原理框圖，為了便于說明，僅示出了與本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)的部分，詳述如下:
[0025]舵機(jī)系統(tǒng)包括加法器1、信號放大調(diào)理電路2，抖動(dòng)抑制電路3、信號處理與功率放大電路4，伺服舵機(jī)5(主要包括電機(jī)和減速機(jī)構(gòu))以及反饋電路6 ;信號放大調(diào)理電路2主要用于接收舵系統(tǒng)控制信號并進(jìn)行濾波和調(diào)理，將得到的信號傳至信號處理與功率放大電路4，抖動(dòng)抑制電路3用于抑制自激干擾信號及有效信號跟隨；信號處理與功率放大電路4主要將調(diào)理和濾波后的信號進(jìn)行功率放大并驅(qū)動(dòng)伺服舵機(jī)5中的伺服電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)運(yùn)動(dòng)，伺服舵機(jī)5通過減速機(jī)構(gòu)和電機(jī)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)輸出軸進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，反饋電路6用于感應(yīng)舵機(jī)輸出軸的運(yùn)動(dòng)位置，并將位置信號反饋至信號放大調(diào)理電路2形成閉環(huán)控制系統(tǒng)。
[0026]其中，信號放大調(diào)理電路2主要由跟隨電路和濾波電路構(gòu)成，其輸入端接收到的控制信號經(jīng)濾波電路后，通過跟隨電路