专利名称：角冲击台控制系统的制作方法
技术领域：
本发明属于运动控制领域，涉及一种角冲击台控制系统。
背景技术：
汽车碰撞试验测试用的角位移传感器，用于测量在碰撞过程中，试验假人颈部 的运动状态，其运动过程是一角冲击过程；飞机惯性导航系统中的陀螺用于测量飞机三 个方向的角速度，解算出飞机运动的姿态；特种飞行器控制系统中用的角加速度传感 器，直接测量特种飞行器运动过程中的角加速度，用于对特种飞行器运动状态的控制。 当飞机或特种飞行器作机动或突遇大气流冲击时，可将这一过程视为角冲击过程。角冲 击是在极短的时间过程中产生大的幅值变化。目前，没有可产生角冲击波的标准装置来 实现对角运动传感器的动态校准。
发明内容
本发明的目的是提出一种能对角冲击运动方式进行校准的角冲击台控制系统。 本发明的技术解决方案是，该系统包括主控制系统、从运动控制系统和波形控制系统三 部分，(1)主运动控制系统包括主电机控制器、主电机、光栅，主电机控制器控制主电 机旋转，主电机带动光栅和波形反馈控制系统中的波形反馈标准传感器同步旋转，光栅 的测量信号反馈给主电机控制器，形成主运动控制系统的闭环控制；(2)从运动控制系统包括从电机控制器、从电机、编码器，从电机控制器接收主 电机控制器发出的运动控制信号，控制从运动控制系统进行运动跟随，从电机控制器控 制从电机旋转，从电机带动编码器同步旋转，编码器的输出信号送入从电机控制器，形 成从运动系统的闭环控制；(3)波形反馈控制系统包括控制计算机、波形控制器，波形反馈标准传感器，波 形反馈标准传感器的输出信号反馈给波形反馈控制系统中的波形控制器，波形控制器的 输出送入主电机控制器，波形控制器通过测量解算波形反馈标准传感器的输出信号与控 制计算机给定的目标值比较，换算成相应的控制电压信号，重新计算输入的控制电压信 号，送入主电机控制器，形成运动波形的反馈控制。所述的波形反馈控制系统中的控制计算机控制主运动控制系统运动或控制从运 动控制系统运动。在进行勻速角运动测量时，该系统包括主控制系统、从运动控制系统二部分，(1)主运动控制系统包括主电机控制器、主电机、光栅，主电机控制器控制主电 机旋转，主电机带动光栅同步旋转，光栅的测量信号反馈给主电机控制器，形成主运动 控制系统的闭环控制；(2)从运动控制系统包括从电机控制器、从电机、编码器，从电机控制器接收主 电机控制器发出的运动控制信号，控制从运动控制系统进行运动跟随，从电机控制器控制从电机旋转，从电机带动编码器同步旋转，编码器的输出信号送入从电机控制器，形 成从运动系统的闭环控制。
在测量角度小于360度时，该系统包括主控制系统和波形控制系统二部分，
(1)主运动控制系统包括主电机控制器、主电机、光栅，主电机控制器控制主电 机旋转，主电机带动光栅和波形反馈控制系统中的波形反馈标准传感器同步旋转，光栅 的测量信号反馈给主电机控制器，形成主运动控制系统的闭环控制；
(2)波形反馈控制系统包括控制计算机、波形控制器，波形反馈标准传感器，波 形反馈标准传感器的输出信号反馈给波形反馈控制系统中的波形控制器，波形控制器的 输出送入主电机控制器，波形控制器通过测量解算波形反馈标准传感器的输出信号与控 制计算机给定的目标值比较，换算成相应的控制电压信号，重新计算输入的控制电压信 号，送入主电机控制器，形成运动波形的反馈控制。
所述的波形控制器通过测量解算波形反馈标准传感器的输出信号与控制计算机 给定的目标值比较，不断地计算修正输入控制电压信号，直到反馈标准传感器的输出信 号波形与设定的目标值波形误差控制在所需的范围内，测量记录下此时测量系统测量到 的波形信息。
所述的波形反馈标准传感器的输出信号可以是与角位移相关的电压信号、与角 速度相关的电压信号或与角加速度相关的电压信号。
波形反馈标准传感器可以是角位移传感器、角速度传感器、角加速度传感器或 线加速度传感器。
本发明具有的优点和有益效果，本发明根据不同的校准需求，采用不同的工作 方式。由主控制系统、从运动控制系统二部分工作，实现对传感器的静态校准；当角冲 击台主运动轴转过的角度小于等于360°时，可以选择主控制系统和波形控制系统工作， 从控制系统不工作方式，否则，主控制系统和波形控制系统及从控制系统工作，实现对 传感器的动态校准。在动态校准时，可产生不同脉宽、不同(角位移、角速度、角加速 度)幅值的半正弦波激励、梯形波激励或三角波激励方式，由于采用了波形反馈控制， 系统重复性好，测量准确度高。
本发明可在同一装置上实现对角运动传感器的静态或动态校准的功能。尤其是 动态校准功能，为角运动传感器特性的研究提供了新的方法和手段。
图1运动控制系统框图。
具体实施方式
本发明提供一种多重运动控制方式，其控制系统包括，主控制系统、从运动控 制系统和波形控制系统三部分，
(1)主运动控制系统包括主电机控制器、主电机、光栅，主电机控制器控制主电 机旋转，主电机带动光栅和波形反馈控制系统中的波形反馈标准传感器同步旋转，光栅 的测量信号反馈给主电机控制器，形成主运动控制系统的闭环控制；
(2)从运动控制系统包括从电机控制器、从电机、编码器，从电机控制器接收主电机控制器发出的运动控制信号，控制从运动控制系统进行运动跟随，从电机控制器控 制从电机旋转，从电机带动编码器同步旋转，编码器的输出信号送入从电机控制器，形 成从运动系统的闭环控制；(3)波形反馈控制系统包括控制计算机、波形控制器，波形反馈标准传感器，波 形反馈标准传感器的输出信号反馈给波形反馈控制系统中的波形控制器，波形控制器的 输出送入主电机控制器，波形控制器(波形控制器的型号Vib Runner，生产厂家德国 M+P公司)通过测量解算波形反馈标准传感器的输出信号与控制计算机给定的目标值比 较，换算成相应的控制电压信号，重新计算输入的控制电压信号，送入主电机控制器， 形成运动波形的反馈控制。所述的波形反馈控制系统中的控制计算机控制主运动控制系统运动或控制从运 动控制系统运动。在进行勻速角运动测量时，该系统包括主控制系统、从运动控制系统二部分，(1)主运动控制系统包括主电机控制器、主电机、光栅，主电机控制器控制主电 机旋转，主电机带动光栅同步旋转，光栅的测量信号反馈给主电机控制器，形成主运动 控制系统的闭环控制；(2)从运动控制系统包括从电机控制器、从电机、编码器，从电机控制器接收主 电机控制器发出的运动控制信号，控制从运动控制系统进行运动跟随，从电机控制器控 制从电机旋转，从电机带动编码器同步旋转，编码器的输出信号送入从电机控制器，形 成从运动系统的闭环控制。在测量角度小于360度时，该系统包括主控制系统和波形控制系统二部分，(1)主运动控制系统包括主电机控制器、主电机、光栅，主电机控制器控制主电 机旋转，主电机带动光栅和波形反馈控制系统中的波形反馈标准传感器同步旋转，光栅 的测量信号反馈给主电机控制器，形成主运动控制系统的闭环控制；(2)波形反馈控制系统包括控制计算机、波形控制器，波形反馈标准传感器，波 形反馈标准传感器的输出信号反馈给波形反馈控制系统中的波形控制器，波形控制器的 输出送入主电机控制器，波形控制器通过测量解算波形反馈标准传感器的输出信号与控 制计算机给定的目标值比较，换算成相应的控制电压信号，重新计算输入的控制电压信 号，送入主电机控制器，形成运动波形的反馈控制。所述的波形控制器通过测量解算波形反馈标准传感器的输出信号与控制计算机 给定的目标值比较，不断地计算修正输入控制电压信号，直到反馈标准传感器的输出信 号波形与设定的目标值波形误差控制在所需的范围内，测量记录下此时测量系统测量到 的波形信息。所述的波形反馈标准传感器的输出信号可以是与角位移相关的电压信号、与角 速度相关的电压信号或与角加速度相关的电压信号。波形反馈标准传感器可以是角位移传感器、角速度传感器、角加速度传感器或 线加速度传感器。主电机控制器控制主电机驱动设备的主运动轴运动，安装在主运动轴上的测角 光栅测量主运动轴不同时刻运动的角度信息，反馈给主控制器，与波形控制器给出的信 号比较，形成主运动的闭环反馈控制。
从控制控制器控制从电机，驱动设备的从运动轴运动，安装在从运动轴上的编 码器测量从运动轴不同时刻的角度信息，反馈给从控制器，与主控制器发给其的指令进 行比较，形成对从运动的闭环反馈控制。主运动轴上的测角光栅线数为M线/周，从运动轴上的编码器的线数为N线/ 周，为保证主、从轴在单位时间内转过相同的角度，设置主、从控制的比例系数为(M/ N) 1。波形控制器依据计算机给出的目标信号，不同幅值与不同的脉宽，换算成相应 的控制电压控制信号，送给主电机控制器驱动主轴运动；安装在台面上的波形反馈标准 传感器(根据被校传感器类型选择相应的角位移、角速度和角加速度传感器作为波形反 馈标准传感器)将所测得波形反馈给波形控制器，与计算机给出的指令进行比较、计算 出相应的控制电压信号，实现波形控制的闭环反馈控制。
权利要求
1.一种角冲击台控制系统，其特征在于该系统包括主控制系统、从运动控制系统 和波形控制系统三部分，(1)主运动控制系统包括主电机控制器、主电机、光栅，主电机控制器控制主电机旋 转，主电机带动光栅和波形反馈控制系统中的波形反馈标准传感器同步旋转，光栅的测 量信号反馈给主电机控制器，形成主运动控制系统的闭环控制；(2)从运动控制系统包括从电机控制器、从电机、编码器，从电机控制器接收主电机 控制器发出的运动控制信号，控制从运动控制系统进行运动跟随，从电机控制器控制从 电机旋转，从电机带动编码器同步旋转，编码器的输出信号送入从电机控制器，形成从 运动系统的闭环控制；(3)波形反馈控制系统包括控制计算机、波形控制器，波形反馈标准传感器，波形反 馈标准传感器的输出信号反馈给波形反馈控制系统中的波形控制器，波形控制器的输出 送入主电机控制器，波形控制器通过测量解算波形反馈标准传感器的输出信号与控制计 算机给定的目标值比较，换算成相应的控制电压信号，重新计算输入的控制电压信号， 送入主电机控制器，形成运动波形的反馈控制。
2.根据权利1要求所述的角冲击台控制系统，其特征在于所述的波形反馈控制系 统中的控制计算机控制主运动控制系统运动或控制从运动控制系统运动。
3.根据权利1要求所述的角冲击台控制系统，其特征在于在进行勻速角运动测量 时，该系统包括主控制系统、从运动控制系统二部分，(1)主运动控制系统包括主电机控制器、主电机、光栅，主电机控制器控制主电机旋 转，主电机带动光栅同步旋转，光栅的测量信号反馈给主电机控制器，形成主运动控制 系统的闭环控制；(2)从运动控制系统包括从电机控制器、从电机、编码器，从电机控制器接收主电机 控制器发出的运动控制信号，控制从运动控制系统进行运动跟随，从电机控制器控制从 电机旋转，从电机带动编码器同步旋转，编码器的输出信号送入从电机控制器，形成从 运动系统的闭环控制。
4.根据权利1要求所述的角冲击台控制系统，其特征在于在测量角度小于360度 时，该系统包括主控制系统和波形控制系统二部分，(1)主运动控制系统包括主电机控制器、主电机、光栅，主电机控制器控制主电机旋 转，主电机带动光栅和波形反馈控制系统中的波形反馈标准传感器同步旋转，光栅的测 量信号反馈给主电机控制器，形成主运动控制系统的闭环控制；(2)波形反馈控制系统包括控制计算机、波形控制器，波形反馈标准传感器，波形反 馈标准传感器的输出信号反馈给波形反馈控制系统中的波形控制器，波形控制器的输出 送入主电机控制器，波形控制器通过测量解算波形反馈标准传感器的输出信号与控制计 算机给定的目标值比较，换算成相应的控制电压信号，重新计算输入的控制电压信号， 送入主电机控制器，形成运动波形的反馈控制。
5.根据权利1、2或4要求所述的角冲击台控制系统，其特征在于所述的波形控制 器通过测量解算波形反馈标准传感器的输出信号与控制计算机给定的目标值比较，不断 地计算修正输入控制电压信号，直到反馈标准传感器的输出信号波形与设定的目标值波 形误差控制在所需的范围内，测量记录下此时测量系统测量到的波形信息。
6.根据权利1、2或4要求所述的角冲击台控制系统，其特征在于所述的波形反馈 标准传感器的输出信号可以是与角位移相关的电压信号、与角速度相关的电压信号或与 角加速度相关的电压信号。
7.根据权利1、2、或4要求所述的角冲击台控制系统，其特征在于波形反馈标准 传感器可以是角位移传感器、角速度传感器、角加速度传感器或线加速度传感器。
全文摘要
本发明属于运动控制领域，涉及一种角冲击台控制系统。该系统包括主控制系统、从运动控制系统和波形控制系统三部分。本发明根据不同的校准需求，采用不同的工作方式。由主控制系统、从运动控制系统二部分工作，实现对传感器的静态校准；当角冲击台主运动轴转过的角度小于等于360°时，可以选择主控制系统和波形控制系统工作，从控制系统不工作方式，否则，主控制系统和波形控制系统及从控制系统工作，实现对传感器的动态校准。在动态校准时，可产生不同脉宽、不同(角位移、角速度、角加速度)幅值的半正弦波激励、梯形波激励或三角波激励方式，由于采用了波形反馈控制，系统重复性好，测量准确度高。
文档编号G01M17/007GK102023031SQ20101055946
公开日2011年4月20日 申请日期2010年11月26日 优先权日2010年11月26日
发明者何群, 孙丰甲, 张力, 彭军, 徐晓梅, 郭建麟 申请人:中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所
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