CN112003500A - 一种雷达多电机自适应同步消隙控制卡及*** - Google Patents

一种雷达多电机自适应同步消隙控制卡及*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种雷达多电机自适应同步消隙控制卡，其自适应消隙分配方法如下：将多个电机分为两组，第一组中所有电机合成的力矩为M1，第二组中所有电机合成的力矩为M2；轻负载时，设置力矩M1和力矩M2方向相反；重负载时，设置力矩M1和力矩M2方向相同；某一组电机中部分电机故障时，该组电机合成的力矩由正常工作的电机产生；某一组电机的全部电机均故障时，将另一组电机分为两组，并按照自适应消隙分配方法进行控制。本发明还公开了一种雷达多电机自适应同步消隙***。本发明能够消除传动链齿隙对伺服***稳定性的影响，提高伺服***跟踪带宽；采用自适应消隙冗余技术，解决多电机驱动消隙同步、冗余力矩分配问题，提高***可靠性。

Description

一种雷达多电机自适应同步消隙控制卡及***
技术领域
本发明涉及雷达伺服***领域，尤其涉及一种雷达多电机自适应同步消隙控制卡及***。
背景技术
随着大口径、大功率雷达阵面技术的发展，大型雷达传动链中存在齿隙非线性，要完成天线控制的高精度和快速的动态响应，因此必须在传动链上采取一定措施消除齿隙；一般采取力矩电机直驱、多电机偏置消隙***这两种方式。多电机消隙一般采用双电机，而在负载特别重、双电机无法实现时会采用四电机同步消隙控制；通过电消隙控制可提高伺服传动***的传动刚度，提高结构谐振频率，提升伺服***的鲁棒性，在高精度测量雷达中得到广泛应用。目前需要一种能够实现多电机同步消隙的***。
发明内容
为解决现有的技术问题，本发明提供了一种雷达多电机自适应同步消隙控制卡及***。
本发明的具体内容如下：一种雷达多电机自适应同步消隙控制卡，包括自适应消隙分配模块，自适应消隙分配模块根据电机和驱动器的电流信息判断电机状态并进行消隙分配，
自适应消隙分配模块的自适应消隙分配方法如下：
电机工作在力矩模式，将多个电机分为两组，第一组中所有电机合成的力矩定为M1，第二组中所有电机合成的力矩定为M2；
根据雷达负载和电机的情况对两组电机进行自适应控制，包括：
在轻负载时，设置力矩M1和力矩M2方向相反；
在重负载时，设置力矩M1和力矩M2方向相同；
当某一组电机中部分电机故障时，该组电机合成的力矩由该组正常工作的电机产生；
当某一组电机的全部电机均发生故障时，将另一组电机分为两组，并按照自适应消隙分配方法进行控制。
进一步的，S2中每组中电机的力矩分配为：M＝M1/m，其中，M为该组中每个电机分配的力矩，m为该组中正常工作的电机个数。
进一步的，消隙控制卡还包括速度匹配模块、参数配置模块、电流采集模块和速度融合模块，所述速度匹配模块输出的速度经过速度融合模块校正后进入自适应消隙分配模块，自适应消隙分配模块还接收参数配置模块配置的参数、电流采集模块采集的电流，并根据接收的数据产生消隙力矩送至驱动器，再经由驱动器对应的电机驱动雷达天线座转台旋转。
进一步的，还包括控制接口模块和过程监控模块，控制接口模块接收外部控制信号并输入至速度匹配模块，过程监控模块监控消隙控制卡中的过程信息并传输至外部显示设备。
进一步的，消隙控制卡分别针对雷达天线座的方位运动和俯仰运动过程进行消隙控制，方位运动和俯仰运动过程中的驱动器分别通过消隙控制卡中的现场总线进行速度和电流数据的传输以及消隙力矩的分配。
本发明还公开了一种雷达多电机自适应同步消隙控制***，包括上述雷达多电机自适应同步消隙控制卡，还包括主控模块，主控模块与消隙控制卡的控制接口相连。
进一步的，还包括触摸屏，触摸屏通过过程监控模块与参数配置模块、自适应消隙分配模块、电流采集模块分别进行消隙控制卡中过程信息的数据交换。
进一步的，消隙控制卡进行消隙控制的流程如下：
S1，参数配置，通过外置的数字化参数配置采集端口进行参数设置并通过参数配置模块发送至自适应消隙分配模块；
S2，控制接口处理，将控制接口通过现场总线与主控模块连接；
S3，采集负载信息，通过电流采集模块采集方位转台和俯仰转台对应的多个电机和驱动器的电流信息；
S4，根据负载信息判断是否需要进行冗余消隙，若负载信息均正常，则无需进行冗余消隙；若负载信息存在异常，则需要进行冗余消隙，对正常工作的电机进行力矩的自适应分配。
本发明的雷达多电机自适应同步消隙控制卡及***，能够消除传动链齿隙对伺服***稳定性的影响，提高伺服***跟踪带宽；采用自适应消隙冗余技术，解决多电机驱动消隙同步、冗余力矩分配，提高***可靠性。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步阐明。
图1为本发明的雷达多电机自适应同步消隙控制***的示意图；
图2为本发明的雷达多电机自适应同步消隙控制***的流程示意图。
具体实施方式
实施例1
本实施例公开了一种雷达多电机自适应同步消隙控制卡，其控制方法如下：
本实施例中以四电机为例，如图1所示，驱动器209～212与电机213～216一一对应，消隙控制卡通过驱动器控制对应电机；
电机工作在力矩模式，将电机分为两组，如图1所示，电机213、电机214合成的力矩定为M1，电机215、电机216合成的力矩定为M2，根据负载的情况和电机的故障情况，分别进行如下控制：
在轻负载时电机213、电机214和电机215、电机216的力矩方向相反(即M1、M2方向相反)起消隙作用；
在重负载时电机213、电机214和电机215、电机216的力矩方向相同(即M1、M2方向相同)合作出力；
当某一组电机中部分电机故障时，该组电机合成的力矩由该组正常工作的电机产生(如当驱动器209或电机213故障时，M1的力矩由驱动器210、电机214产生，对整个***同样起到消隙的作用)；
当某一组电机的全部电机均发生故障时，将另一组电机分为两组，并按照自适应消隙分配方法进行控制(如当驱动器209、电机213中的至少一个故障并且驱动器210、电机214中至少一个故障时，M1的力矩自动分配由驱动器211、电机215产生，M2的力矩自动分配由驱动器212、电机216产生，完成自适应消隙力矩分配)。
本实施例的消隙控制卡对雷达天线座的方位运动和俯仰运动过程进行消隙控制，方位运动中，消隙控制卡依次通过驱动器209～212、电机213～216与方位转台217相连控制其旋转；俯仰运动中；消隙控制卡依次通过驱动器225～228、电机229～232与俯仰转台233相连控制其旋转。
俯仰过程中的消隙控制与方位控制中的相同，驱动器225～228与电机229～232一一对应，将电机229、电机230合成的力矩定为M1，电机231、电机232合成的力矩定为M2，
轻负载时，M1和M2的方向相反，起消隙作用；
重负载时，M1和M2方向相同合作出力；
当驱动器225或电机229故障时，M1的力矩由驱动器226、电机230产生，对整个***同样起到消隙的作用；
当驱动器225、电机229中至少一个故障并且驱动器226、电机230中至少一个故障时，M1的力矩自动分配由驱动器227、电机231产生，M2的力矩分配由驱动器228、电机232产生，完成自适应消隙分配。
本实施例优选的，自适应消隙分配模块的力矩分配如下：M+＝M1/m，M-＝M2/n，其中：M1为一组所有电机力矩之和，m为该组正常工作的电机个数，M+为该组每个电机分配的力矩；M2为另一组所有电机力矩之和，n为该组正常工作的电机个数，M-为该组每个电机分配的力矩。
对于拥有其他个数的电机的雷达***，其消隙控制方法仍然与上述方法相同，仅在每组中电机个数存在差别。
当一组电机全部无故障时，可按照该分配模式分配；当一组或多组电机中部分电机故障时，剩余的电机仍然按照该分配模式分配力矩；当某一组的电机均发生故障时，则将剩下的一组电机分为两部分，继续按照该分配模式分配，直至发生故障的电机重新开始工作，***恢复到最初的两组电机工作模式。
本实施例优选的，消隙控制卡中还包括速度匹配模块、参数配置模块、电流采集模块、速度融合模块、控制接口模块202和过程监控模块218。速度匹配模块输出的速度经过速度融合模块校正后进入自适应消隙分配模块，自适应消隙分配模块还接收参数配置模块配置的参数、电流采集模块采集的电流，并根据接收的数据产生消隙力矩送至驱动器，再经由驱动器对应的电机驱动雷达天线座转台旋转。控制接口模块202接收外部控制信号并输入至速度匹配模块，过程监控模块218监控消隙控制卡中的过程信息并传输至外部显示设备。
具体的，包括对应方位运动控制过程的第一速度匹配模块203、第一参数配置模块204、第一自适应消隙分配模块205、第一电流采集模块206、第一速度融合模块207和第一现场总线208，对应俯仰运动控制过程的第二速度匹配模块219、第二参数配置模块220、第二自适应消隙分配模块221、第二电流采集模块222、第二速度融合模块223和第二现场总线224，以及控制接口模块202和过程监控模块218。
本实施例的消隙控制卡，能够针对多电机***进行控制，并且在电机发生故障时对***进行自适应消隙控制，具有良好的实用意义。
实施例2
如图1所示，本实施例公开了一种雷达多电机自适应同步消隙控制***，包括实施例1中的消隙控制卡，还包括主控模块201、驱动器和电机，其中，主控模块201与消隙控制卡相连，消隙控制卡依次与驱动器、电机相连，电机连接方位转台217和俯仰转台233控制雷达天线座的方位和俯仰运动。
本实施例中，控制方位转台217和俯仰转台233的驱动器和电机数目分别为四，即方位转台217对应包括驱动器209、驱动器210、驱动器211、驱动器212、电机213、电机214、电机215和电机216，驱动器209～212分别与电机213～216一一对应。相应的，俯仰转台233对应包括驱动器225～228和电机229～232。电机213、电机214、电机215、电机216分别经同样的减速机构刚性连接方位转台217；电机229、电机230、电机231、电机232分别经同样的减速机构刚性连接俯仰转台233。
本实施例优选的，还包括触摸屏234，触摸屏234与过程监控模块218相连，操作者可通过触摸屏234进行消隙控制卡中过程状态的数据监控及***调试中各参数的配置，通过参数配置模块、自适应消隙分配模块、电流采集模块分别进行消隙控制卡中过程信息的数据交换。
如图2，本实施例的消隙控制流程如下：
S1，参数配置，通过外置的数字化参数配置采集端口进行参数设置并通过参数配置模块发送至自适应消隙分配模块；
S2，控制接口处理，将控制接口通过现场总线与主控模块201连接；
S3，采集负载信息，通过电流采集模块采集方位转台217和俯仰转台233对应的多个电机和驱动器的电流信息；
S4，根据负载信息判断是否需要进行冗余消隙，若负载信息均正常，则无需进行冗余消隙；若负载信息存在异常，则需要进行冗余消隙，对正常工作的电机进行力矩的自适应分配(具体的力矩自适应分配方法如实施例所示，在此不做赘述)。
消隙控制卡的控制接口模块202为总线控制接口，主控模块201通过控制接口模块202发送控制指令，该控制指令主要是速度控制信号，速度控制信号分别作为第一速度匹配模块203的方位速度输入和第二速度匹配模块219的俯仰速度输入。以方位运动控制过程为例，分别第一现场总线208通过采集驱动器209～212的速度、电流信号，获得电机213～电机216的第一电流采集模块206和第一速度融合模块207的过程数据，将这些信号数据与第一速度匹配模块203的方位速度输入经过速度校正后送至第一自适应消隙分配模块205，在第一自适应消隙分配模块205中对驱动器和电机的故障状态进行合理专家诊断后进行个电机所需驱动力矩的自适应冗余分配，同样经过第一现场总线208产生各要求的消隙力矩送给驱动器209～212、电机213～216，驱动方位转台217消隙转转。俯仰运动过程与方位运动过程相同。
本实施例中采用的雷达多电机自适应同步消隙控制***，能够通过对多电机进行力矩分配，实现多电机的消隙控制和冗余力矩分配，提高***的可靠性。本实施例的消隙控制***，基于现场总线、伺服驱动器实现，外置数字化参数配置采集端口，优化了伺服***的硬件组成。
在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种雷达多电机自适应同步消隙控制卡，其特征在于：包括自适应消隙分配模块，自适应消隙分配模块根据电机和驱动器的电流信息判断电机状态并进行消隙分配，
自适应消隙分配模块的自适应消隙分配方法如下：
电机工作在力矩模式，将多个电机分为两组，第一组中所有电机合成的力矩定为M1，第二组中所有电机合成的力矩定为M2；
根据雷达负载和电机的情况对两组电机进行自适应控制，包括：
在轻负载时，设置力矩M1和力矩M2方向相反；
在重负载时，设置力矩M1和力矩M2方向相同；
当某一组电机中部分电机故障时，该组电机合成的力矩由该组正常工作的电机产生；
当某一组电机的全部电机均发生故障时，将另一组电机分为两组，并按照自适应消隙分配方法进行控制。
2.根据权利要求1所述的雷达多电机自适应同步消隙控制卡，其特征在于：S2中每组中电机的力矩分配为：M＝M1/m，其中，M为该组中每个电机分配的力矩，m为该组中正常工作的电机个数。
3.根据权利要求1所述的雷达多电机自适应同步消隙控制卡，其特征在于：消隙控制卡还包括速度匹配模块、参数配置模块、电流采集模块和速度融合模块，所述速度匹配模块输出的速度经过速度融合模块校正后进入自适应消隙分配模块，自适应消隙分配模块还接收参数配置模块配置的参数、电流采集模块采集的电流，并根据接收的数据产生消隙力矩送至驱动器，再经由驱动器对应的电机驱动雷达天线座转台旋转。
4.根据权利要求3所述的雷达多电机自适应同步消隙控制卡，其特征在于：还包括控制接口模块和过程监控模块，控制接口模块接收外部控制信号并输入至速度匹配模块，过程监控模块监控消隙控制卡中的过程信息并传输至外部显示设备。
5.根据权利要求3所述的雷达多电机自适应同步消隙控制卡，其特征在于：消隙控制卡分别针对雷达天线座的方位运动和俯仰运动过程进行消隙控制，方位运动和俯仰运动过程中的驱动器分别通过消隙控制卡中的现场总线进行速度和电流数据的传输以及消隙力矩的分配。
6.一种雷达多电机自适应同步消隙控制***，其特征在于：包括如权利要求1-5任一所述的雷达多电机自适应同步消隙控制卡，还包括主控模块，主控模块与消隙控制卡的控制接口相连。
7.根据权利要求6所述的雷达多电机自适应同步消隙控制***，其特征在于：还包括触摸屏，触摸屏通过过程监控模块与参数配置模块、自适应消隙分配模块、电流采集模块分别进行消隙控制卡中过程信息的数据交换。
8.根据权利要求6所述的雷达多电机自适应同步消隙控制***，其特征在于：消隙控制卡进行消隙控制的流程如下：
S1，参数配置，通过外置的数字化参数配置采集端口进行参数设置并通过参数配置模块发送至自适应消隙分配模块；
S2，控制接口处理，将控制接口通过现场总线与主控模块连接；
S3，采集负载信息，通过电流采集模块采集方位转台和俯仰转台对应的多个电机和驱动器的电流信息；
S4，根据负载信息判断是否需要进行冗余消隙，若负载信息均正常，则无需进行冗余消隙；若负载信息存在异常，则需要进行冗余消隙，对正常工作的电机进行力矩的自适应分配。
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