高精度转台控制方法相关思考

高精度转台控制方法相关思考

陈红敏

安徽全信精工装备有限公司

【摘要】本文主要分析了高精度转台控制方法，重点介绍了转台控制方法研究意义以及转台系统建模分析。通过对高精度转台控制方法进行研究，尽可能降低抑制转台中存在的非线性因素干扰，提高转台的控制性能。

【关键词】高精度转台；控制方式；建模

1. 转台控制方法现状问题及意义概述

作为一种高精度复杂的控制系统，转台控制方式是转台整体的核心，其不仅直接影响到转台的工作，也决定着转台的控制性能。转台系统中具有多种非线性因素以及各种不确定因素，包括摩擦力、电机的力矩波动等，这些因素均会在不同程度上影响到转台系统控制性能。提高转台控制性能的思路应当从控制方式着手，在转台传感器精度及驱动电机等部件相同情况下，引用先进控制方式能够进一步增强转台干扰系统，并显著提升转台的控制性能。在我国工业持续稳定发展的背景下，精工装备产业也得到了长足的发展和进步，在转台控制系统中，经典控制策略已经逐渐无法满足转台控制需求，采用先进控制策略成为了转台控制的必然要求。传统的经典控制策略，包括符合控制以及PID等方法，是一种控制算法结构较为简单的控制策略，其具有稳定性及可靠性强的优势，能够在数学模型线性系统中发挥出良好的应用效果。在数学模型线性系统中，经典控制策略下的控制精度直接影响乃至决定着数学模型的精确程度。在转台系统中，存在着较多的不确定因素以及非线性因素，这些因素会从多个方面影响到转台系统的控制，在此情况下难以建立准确的数学模型。经典控制策略在转台系统的实际使用中，往往会忽略非线性因素所带来和产生的影响，导致控制精确度降低，实际控制效果不佳。而现代控制策略则是在多种技术以及科学研究深入发展的背景下所诞生的一种控制方法，其包括变结构控制、自适应控制以及鲁邦控制等。自适应控制法是一种以被控对象数学模型为基准而构建并应用的控制算法，不确定系统是其研究对象，在应用自适应控制法时，需要通过多次识别系统实时状态信息的方式不断优化和完善系统模型，并在此基础上形成自适应控制律，从而有效减少外界因素干扰影响，提高控制效果。变结构控制属于非线性控制方法，这一控制方式能够改变系统控制结构，从而使被控制系统状态按照设计人员的要求出现改变，有效提高系统的抗干扰性能以及系统响应速度，但变结构控制法在实际应用过程中容易出现系统抖振情况，降低转台稳定性。在智能控制理论不断发展完善的背景下，先进控制策略的应用问题，引起了学术界的研究热潮。转台智能控制方法在此基础上得到了一定的发展，转台智能控制方法结合了计算机技术、控制理论、人工智能等技术，具体方式有模糊控制、专家控制以及神经网络控制等方法。不同于专家控制方法，模糊控制方法以及神经网络控制方法是对转台非线性因素干扰影响进行抑制的一种方法，专家控制方法则是改变转台准确数学模型进行控制的一种方法。模糊控制是在传统控制方式上进一步发展的进阶产物，实验工作人员根据自身经验对模糊规则进行设计，进而开展模糊性判断，从而形成了模糊控制方法，其控制精度不依赖准确的数学模型，而是受到设计者专业能力水平影响决定。模糊控制同时具有在线学习以及离线学习功能，能够依照多种因素条件情况调整参数，减少外部干扰，提高控制精确度。在转台控制系统实际工作运行过程中，若其出现负载变化或是转动惯性变化，则一般被认为是外界干扰，使用模糊控制方式可以节省建模和补偿方法设计，增强了转台干扰能力，提高了转台控制精度。神经网络是人工智能的重要组成部分，具有良好的自学习能力、非线性处理能力以及信息综合能力等，在控制系统当中具备良好的控制效果。在理论上具有足够多的神经单元情况下，神经网络可以通过逼近非线性系统模型的方式提高系统控制精确度。智能控制理论下其具有的自适应学习能力可以有效的提高转台控制性能，但是发展有待完善，例如，模糊控制的控制规则难以建立等。神经网络算法比较复杂、难以实现、需要长时间训练。所以，目前转台智能控制是研究的重点。

2. 转台系统建模分析

2.1基本结构分析

数字控制器是确定转台控制系统位置的设备，速度环通常使用模拟控制器来实现校正控制，从而保证了控制结构精度，保障和提高转台控制系统的可靠性与稳定性。转台控制系统基本结构主要包括两个部件，分别为位置环以及速度环。位置环的作用是对转台控制系统指定位置以及速度信号进行跟踪。速度环的主要是作为速度信号反馈元件增加系统阻尼系数，进而保障系统抗干扰能力。

2.2转台系统模型建立

转台系统模型建立方式主要包含两种，第一，机理建模法，顾名思义，这一方法是通过掌握系统内在机理的方法进行建模，在建模前必须要全面掌握系统特性。第二，测试法，测试法需要通过大量实验，在获得实验数据的基础下依靠数据建立数学运算从而构建系统模型这一方法建立模型无需全面掌握系统内在机理。在实际的转台控制系统中，控制需要通过直流电动机以及电机驱动电流实现，控制算法输出控制量，控制力在经过电机后将其输入增大，并最终通过直流电动机驱动单轴转台实现控制。因此，转台系统包括驱动电路、电机以及负载系统。在建立模型时直流力矩电机的复杂性特点会增加其电流的变化情况，从而增加数学建模难度。

3. 转台模糊PID控制

模糊控制是实验工作人员根据其自身所具备的系统调试经验以及系统输入与输出关系之间的模糊规则，实现模糊推测过程模拟并进行判断的一种方法与流程。模糊控制对实际数学模型的依赖程度较低，设计人员对于控制系统的掌握与熟悉程度直接决定着控制精度。模糊控制同时具有在线学习以及离线学习功能，能够依照多种因素条件情况调整参数，减少外部干扰，提高控制精确度。

3.1模糊控制工作原理

在模糊控制时通常采用计算机进行控制，核心计算可以进行程序化计算但是不能自己思考，计算机无法进行理性以及感性思考和认识，只有将控制过程通过程序编码的形式抽象和变化为计算机内部运行程序的规则语言的情况下，才能够按照设定的规则来进行判断，从而进行控制。具体而言，模糊控制在引用时首先需要根据工业控制的要求与实际情况条件开展采样作业，并将所获得收集的采样信息数据进行计算机语言化、程序化处理，在此之后将其输入至计算机中，计算机则通过内部程序识别与运行的方式开展模糊化判断，并同时调整相关规则以及参数数值，实现模糊控制精确调整。在调整作业完成后，计算机则需要将内部运行程序语言进行输出，输出对象为被控对象，继而实现模糊自动控制。

3.2模糊控制系统组成分析

模糊控制系统主要包括四个部分，分别为被控对象、执行结构、模糊控制器以及测量装置部件。被控对象是控制系统中被相关方法所控制的设备或过程，模糊控制方法因其特点所限，更加适合应用于线性化系统以及难以建立准确系统数字模型的对象。执行结构的主要部件包括电动机以及液压装置，其作用是通过自身的工作运转实现模糊控制过程。模糊控制器是模糊自动控制系统的核心以及关键，其本质运行情况与计算机类似，能够根据不同被控对象调整控制规则，并在此基础上形成不同控制器，需要结合实际控制系统情况采用嵌入式计算机以及DSP等。测量装置主要由高精度传感器电气元件构成，其在模糊自动控制系统中发挥着重要而关键的作用，其精度会直接影响模糊自动控制系统，因此应当选择高精度以及较强可靠性与稳定性的测量仪器，将其作为系统测量装置。

4. 总结

简而言之，转台系统的性能指标对物力仿真实验精度和准确性有着极大的影响，通过对转台系统控制方法进行研究以及目前研究现状进行分析，进一步提高转台控制系统精确度，促进转台控制系统的发展。

【参考文献】

[1] 李永国. 基于DSP的转台伺服系统研制与低速爬行问题研究[D]. 西安电子科技大学硕士学位论文,2012.
[2] 陆昱. 高精度转台速率平稳性问题研究[D]. 哈尔滨工业大学硕士学位论文,2011.05.