一種基于反饋補償?shù)恼故諜C構(gòu)控制裝置及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于反饋補償?shù)恼故諜C構(gòu)控制裝置及其控制方法，基于反饋補償?shù)恼故諜C構(gòu)控制裝置包括曲柄搖桿機構(gòu)、單片機、電源、直流電機、電機驅(qū)動器和限位開關(guān)，曲柄搖桿機構(gòu)通過齒輪連接有絲杠螺母，絲杠螺母的一端連接直流電機，直流電機通過編碼器連接電機驅(qū)動器，電機驅(qū)動器還連接單片機和電源。本發(fā)明避免了傳統(tǒng)的空間展收機構(gòu)剛性伸展特性，同時減少了誤差，克服了傳統(tǒng)展收機構(gòu)控制策略魯棒性不足的缺點，通過緩沖區(qū)數(shù)據(jù)與編碼器采集的實時信號進行不斷的比較反饋，不斷實時修正展收機構(gòu)的展開或者收攏角度，從而有效的滿足空間展收機構(gòu)精確角度展收和控制的目的。
【專利說明】
一種基于反饋補償?shù)恼故諜C構(gòu)控制裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及空間展收機構(gòu)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于反饋補償?shù)恼故諜C構(gòu)控制裝置及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在空間展收機構(gòu)進行展開或者收縮的實際過程中，控制系統(tǒng)最關(guān)心的是在給定的機構(gòu)展開角度和安全范圍內(nèi)，機構(gòu)展開過程中直流電機的輸出驅(qū)動力矩隨時間的變化關(guān)系，而這一關(guān)系恰好是為控制系統(tǒng)選擇合適的電機，從而更優(yōu)的設(shè)置控制系統(tǒng)的關(guān)鍵?，F(xiàn)有展收機構(gòu)只能進行完全展開或收攏狀態(tài)的兩自由度剛性調(diào)整，因此靈活展收的空間機構(gòu)及其作用機理成為現(xiàn)有航天器或空間機構(gòu)研究中亟待解決的關(guān)鍵問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種減少誤差、控制準確的基于反饋補償?shù)恼故諜C構(gòu)控制裝置及其控制方法，以解決上述【背景技術(shù)】中提出的問題。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
一種基于反饋補償?shù)恼故諜C構(gòu)控制裝置，包括曲柄搖桿機構(gòu)、單片機、電源、直流電機、電機驅(qū)動器和限位開關(guān)，所述曲柄搖桿機構(gòu)通過齒輪連接有絲杠螺母，所述絲杠螺母的一端連接直流電機，所述直流電機通過編碼器連接電機驅(qū)動器，所述電機驅(qū)動器還連接單片機和電源;所述電源包括電源穩(wěn)定模塊和電源調(diào)理模塊，所述單片機中設(shè)置有主控模塊，所述電機驅(qū)動器中設(shè)置有驅(qū)動放大模塊，所述編碼器中設(shè)置有編碼反饋模塊;所述電源穩(wěn)定模塊的輸出端通過電源調(diào)理模塊分別連接主控模塊的輸入端和直流電機模塊的輸入端，所述主控模塊的輸出端通過驅(qū)動放大模塊連接直流電機模塊的輸入端，直流電機模塊的輸出端的還通過編碼反饋模塊連接主控模塊的輸入端。
[0005]作為本發(fā)明進一步的方案:所述限位開關(guān)設(shè)置有兩個，兩個限位開關(guān)分別安裝在曲柄搖桿機構(gòu)的兩端。
[0006]作為本發(fā)明進一步的方案:所述單片機還連接限位開關(guān)。
[0007]作為本發(fā)明進一步的方案:所述主控模塊同于指令的發(fā)送，所述指令包括直流電機的轉(zhuǎn)動方向、曲柄搖桿機構(gòu)的展開角度、曲柄搖桿機構(gòu)運動的開始停止信號。
[0008]作為本發(fā)明再進一步的方案:所述直流電機的轉(zhuǎn)動方向選擇通過緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)與編碼器采集的數(shù)據(jù)比較得到的正負進行決定。
[0009]基于反饋補償?shù)恼故諜C構(gòu)控制裝置的控制方法，具體步驟如下:
1)根據(jù)展收機構(gòu)正弦速度下直流電機的力矩輸出值得到對應(yīng)的速度離散數(shù)據(jù)，在單片機的寄存器中建立真值表，速度存放形式由電機PWM控制的各個時刻占空比設(shè)置；
2)在對各個I/O口和各個寄存器進行設(shè)置后，設(shè)置速度指針，根據(jù)編碼器采集的數(shù)據(jù)與初始時刻位置比較，差值的正負作為直流電機轉(zhuǎn)動方向的依據(jù)，再不斷進行編碼器的數(shù)據(jù)采集，直到各數(shù)據(jù)回到起始位置； 3)當位置調(diào)整結(jié)束，接受主控模塊發(fā)出的上位機運動開始信號，并在時鐘同步信號完畢后開始進行運動，根據(jù)寄存器中的值，執(zhí)行相應(yīng)不同的讀表操作，并通過對編碼器的數(shù)據(jù)采集的反饋比較，修正直流電機的運動，直到主控模塊發(fā)出上位機運動停止信號。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明避免了傳統(tǒng)的空間展收機構(gòu)剛性伸展特性，同時減少了誤差，克服了傳統(tǒng)展收機構(gòu)控制策略魯棒性不足的缺點，通過緩沖區(qū)數(shù)據(jù)與編碼器采集的實時信號進行不斷的比較反饋，不斷實時修正展收機構(gòu)的展開或者收攏角度，從而有效的滿足空間展收機構(gòu)精確角度展收和控制的目的。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。
[0012]圖2為本發(fā)明的控制硬件框圖。
[0013]圖3為本發(fā)明的控制方法流程圖。
[0014]圖4為本發(fā)明控制下曲柄搖桿機構(gòu)展開速度的曲線示意圖。
[0015]圖5為本發(fā)明控制下直流電機的輸出力矩的曲線示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合【具體實施方式】對本專利的技術(shù)方案作進一步詳細地說明。
[0017]請參閱圖1-5，一種基于反饋補償?shù)恼故諜C構(gòu)控制裝置，包括曲柄搖桿機構(gòu)1、單片機2、電源3、直流電機4、電機驅(qū)動器5和限位開關(guān)6，所述曲柄搖桿機構(gòu)I通過齒輪連接有絲杠螺母7，所述絲杠螺母7的一端連接直流電機4，所述直流電機4通過編碼器8連接電機驅(qū)動器5，所述電機驅(qū)動器5還連接單片機2和電源3;所述電源3包括電源穩(wěn)定模塊和電源調(diào)理模塊，所述單片機2中設(shè)置有主控模塊，所述電機驅(qū)動器5中設(shè)置有驅(qū)動放大模塊，所述編碼器8中設(shè)置有編碼反饋模塊;所述電源穩(wěn)定模塊的輸出端通過電源調(diào)理模塊分別連接主控模塊的輸入端和直流電機模塊的輸入端，所述主控模塊的輸出端通過驅(qū)動放大模塊連接直流電機模塊的輸入端，直流電機模塊的輸出端的還通過編碼反饋模塊連接主控模塊的輸入端。
[0018]所述限位開關(guān)6設(shè)置有兩個，兩個限位開關(guān)6分別安裝在曲柄搖桿機構(gòu)I的兩端。
[0019]所述單片機2還連接限位開關(guān)6。
[0020]所述主控模塊同于指令的發(fā)送，所述指令包括直流電機4的轉(zhuǎn)動方向、曲柄搖桿機構(gòu)I的展開角度、曲柄搖桿機構(gòu)I運動的開始停止信號。電機驅(qū)動器5起到連接單片機2與直流電機4的交通樞紐作用，一方面接受單片機2傳送的運動指令，另一面將指令轉(zhuǎn)換為驅(qū)動和控制直流電機4的信號控制直流電機4的轉(zhuǎn)速與輸出轉(zhuǎn)矩，控制曲柄搖桿機構(gòu)I的展收角度與速度。
[0021]所述直流電機4的轉(zhuǎn)動方向選擇通過緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)與編碼器8采集的數(shù)據(jù)比較得到的正負進行決定。
[0022]所述曲柄搖桿機構(gòu)I的兩端附近分別設(shè)置一個限位開關(guān)6，在曲柄搖桿機構(gòu)I移動到端部時起到自動斷電的功能，防止損壞直流電機4，從而限制曲柄搖桿機構(gòu)I的運動，保護整個系統(tǒng)不受破壞，限位開關(guān)6、電機驅(qū)動器5都與單片機2相連，實現(xiàn)曲柄搖桿機構(gòu)I與單片機2之間的數(shù)據(jù)交換;所述電源3負責(zé)提供穩(wěn)定電源，主控模塊作為執(zhí)行單元上位機，負責(zé)信號AD轉(zhuǎn)換與命令發(fā)出，命令發(fā)出經(jīng)驅(qū)動放大電路放大，作為執(zhí)行單元直流電機4的控制信號進行展收控制。
[0023]所述直流電機4是執(zhí)行機構(gòu)，編碼器8作為測量元件，讀取直流電機4轉(zhuǎn)動的角位移，與給定的理論角度進行比較誤差進行反饋修正，減小系統(tǒng)的誤差，同時將其作為直流電機4轉(zhuǎn)動速度的調(diào)整量，達到對直流電機4輸出轉(zhuǎn)矩控制的目的；所述的單片機2是基于stm32芯片控制的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，各運動信號與模式通過編碼一一對應(yīng)，同時作為上位機與電機驅(qū)動器5相連實施控制;所述直流電機4的轉(zhuǎn)動方向選擇通過緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)與編碼器8采集的數(shù)據(jù)比較得到的正負進行決定，若為正，則繼續(xù)正轉(zhuǎn)補償，否則電機反裝。
[0024]所述基于反饋補償?shù)恼故諜C構(gòu)控制裝置通過人為設(shè)定展收機構(gòu)以正弦速度展開，觀察在反饋補償機制作用下直流電機4的力矩輸出，可以看到在反饋機制的作用下，直流電機4的輸出力矩得到了很大的優(yōu)化，在反饋機制的建立下，直流電機4的力矩輸出很好地契合了正弦速度下每一時刻所需的力矩輸出，系統(tǒng)的效率得到了很大的改善，并具備了良好地控制精度，機構(gòu)的適應(yīng)能力和魯棒性得到了很大程度的提高，系統(tǒng)具備了很好地使用性能。本發(fā)明是對基于編碼器8角度反饋比較作為直流電機4的補償信號施加控制，實現(xiàn)展收機構(gòu)的精確角度展收控制要求。
[0025]基于反饋補償?shù)恼故諜C構(gòu)控制裝置的控制方法，具體步驟如下:
1)根據(jù)展收機構(gòu)正弦速度下直流電機4的力矩輸出值得到對應(yīng)的速度離散數(shù)據(jù)，在單片機2的寄存器中建立真值表，速度存放形式由電機PffM控制的各個時刻占空比設(shè)置；
2)在對各個I/O口和各個寄存器進行設(shè)置后，設(shè)置速度指針，根據(jù)編碼器8采集的數(shù)據(jù)與初始時刻位置比較，差值的正負作為直流電機4轉(zhuǎn)動方向的依據(jù)，再不斷進行編碼器8的數(shù)據(jù)采集，直到各數(shù)據(jù)回到起始位置；
3)當位置調(diào)整結(jié)束，接受主控模塊發(fā)出的上位機運動開始信號，并在時鐘同步信號完畢后開始進行運動，根據(jù)寄存器中的值，執(zhí)行相應(yīng)不同的讀表操作，并通過對編碼器8的數(shù)據(jù)采集的反饋比較，修正直流電機4的運動，直到主控模塊發(fā)出上位機運動停止信號。
[0026]所述基于反饋補償?shù)恼故諜C構(gòu)控制裝置的控制方法通過PC端輸入的展收角度量，將此角度進行數(shù)據(jù)格式處理，使之成為能被單片機2識別的文件格式，數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換工作完成后通過串口將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)發(fā)送至單片機2，同時讀取串口數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的反饋數(shù)據(jù)進行比較，將此差值作為反饋補償信號進行補償動作，直至滿足要求;用來實現(xiàn)展收機構(gòu)精確柔性控制，使展收機構(gòu)直流電機4的輸出力矩得到較大優(yōu)化，系統(tǒng)效率得到較大提高。
[0027]本發(fā)明避免了傳統(tǒng)的空間展收機構(gòu)剛性伸展特性，同時減少了誤差，克服了傳統(tǒng)展收機構(gòu)控制策略魯棒性不足的缺點，通過緩沖區(qū)數(shù)據(jù)與編碼器8采集的實時信號進行不斷的比較反饋，不斷實時修正展收機構(gòu)的展開或者收攏角度，從而有效的滿足空間展收機構(gòu)精確角度展收和控制的目的。
[0028]上面對本專利的較佳實施方式作了詳細說明，但是本專利并不限于上述實施方式，在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本專利宗旨的前提下作出各種變化。
【主權(quán)項】
1.一種基于反饋補償?shù)恼故諜C構(gòu)控制裝置，其特征在于，包括曲柄搖桿機構(gòu)(I)、單片機(2)、電源(3)、直流電機(4)、電機驅(qū)動器(5)和限位開關(guān)(6)，所述曲柄搖桿機構(gòu)(I)通過齒輪連接有絲杠螺母(7)，所述絲杠螺母(7)的一端連接直流電機(4)，所述直流電機(4)通過編碼器(8)連接電機驅(qū)動器(5)，所述電機驅(qū)動器(5)還連接單片機(2)和電源(3);所述電源(3)包括電源穩(wěn)定模塊和電源調(diào)理模塊，所述單片機(2)中設(shè)置有主控模塊，所述電機驅(qū)動器(5)中設(shè)置有驅(qū)動放大模塊，所述編碼器(8)中設(shè)置有編碼反饋模塊;所述電源穩(wěn)定模塊的輸出端通過電源調(diào)理模塊分別連接主控模塊的輸入端和直流電機模塊的輸入端，所述主控模塊的輸出端通過驅(qū)動放大模塊連接直流電機模塊的輸入端，直流電機模塊的輸出端的還通過編碼反饋模塊連接主控模塊的輸入端。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于反饋補償?shù)恼故諜C構(gòu)控制裝置，其特征在于，所述限位開關(guān)(6)設(shè)置有兩個，兩個限位開關(guān)(6)分別安裝在曲柄搖桿機構(gòu)(I)的兩端。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于反饋補償?shù)恼故諜C構(gòu)控制裝置，其特征在于，所述單片機(2)還連接限位開關(guān)(6)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于反饋補償?shù)恼故諜C構(gòu)控制裝置，其特征在于，所述主控模塊同于指令的發(fā)送，所述指令包括直流電機(4)的轉(zhuǎn)動方向、曲柄搖桿機構(gòu)(I)的展開角度、曲柄搖桿機構(gòu)(I)運動的開始停止信號。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于反饋補償?shù)恼故諜C構(gòu)控制裝置，其特征在于，所述直流電機(4)的轉(zhuǎn)動方向選擇通過緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)與編碼器(8)采集的數(shù)據(jù)比較得到的正負進行決定。6.—種如權(quán)利要求1-5任一所述的基于反饋補償?shù)恼故諜C構(gòu)控制裝置的控制方法，其特征在于，具體步驟如下: 1)根據(jù)展收機構(gòu)正弦速度下直流電機(4)的力矩輸出值得到對應(yīng)的速度離散數(shù)據(jù)，在單片機(2 )的寄存器中建立真值表，速度存放形式由電機PffM控制的各個時刻占空比設(shè)置； 2)在對各個I/O口和各個寄存器進行設(shè)置后，設(shè)置速度指針，根據(jù)編碼器(8)采集的數(shù)據(jù)與初始時刻位置比較，差值的正負作為直流電機(4)轉(zhuǎn)動方向的依據(jù)，再不斷進行編碼器(8 )的數(shù)據(jù)采集，直到各數(shù)據(jù)回到起始位置； 3)當位置調(diào)整結(jié)束，接受主控模塊發(fā)出的上位機運動開始信號，并在時鐘同步信號完畢后開始進行運動，根據(jù)寄存器中的值，執(zhí)行相應(yīng)不同的讀表操作，并通過對編碼器(8)的數(shù)據(jù)采集的反饋比較，修正直流電機(4)的運動，直到主控模塊發(fā)出上位機運動停止信號。
【文檔編號】G05D3/20GK106094891SQ201610413424
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月14日 公開號201610413424.X, CN 106094891 A, CN 106094891A, CN 201610413424, CN-A-106094891, CN106094891 A, CN106094891A, CN201610413424, CN201610413424.X
【發(fā)明人】徐林森, 裴穩(wěn), 馮寶林, 徐群山
【申請人】中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院, 常州先進制造技術(shù)研究所