專利名稱：一種伺服轉臺角加速度自適應測量方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種伺服轉臺角加速度自適應測量方法，屬于自動控制領域，適用于對伺服控制系統(tǒng)角加速度信號測量方法的改進。
背景技術：
伺服轉臺的控制中，將運動系統(tǒng)的角加速度信號反饋作用于伺服控制器的研究愈加受到關注，構建基于角加速度信號的反饋控制系統(tǒng)已成為提高伺服轉臺控制性能指標的主要技術手段。角加速度信號的測量及其精度是伺服控制效果的重要保障，在光電跟蹤系統(tǒng)中，通常采用光電編碼器來間接計算出系統(tǒng)的角加速度，編碼器是位置測量元件，對編碼器輸出位置信號進行一階差分就可以得到角速度，再進行差分就可以得到角加速度。由于角速度和角加速度信號均取自于對編碼器輸出信號的差分，會引入不可避免的測量誤差， 同時差分運算也會對誤差進行不斷放大，從而帶來計算噪聲，因此會降低角加速度信號的精度，影響控制效果。也有人在光電伺服轉臺中采用線加速度計陣列來間接測量并計算出角加速度，但線性加速度計的安裝往往要求有很高的精度，根據(jù)測量的線加速度計算出角加速度也需要很復雜的數(shù)學計算，在實際工程應用中，此種方法的效率和精度受到極大的制約。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種伺服轉臺角加速度自適應測量方法，采用了精度高、性能穩(wěn)定的壓電角加速度計直接測量角加速度信號，應用DSP構成自適應HR濾波器，并對測量信號進行自適應濾波和誤差處理，解決角加速度信號測量方法復雜，且測量誤差偏大、精度不高的問題。本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的一種伺服轉臺角加速度自適應測量方法，包括有角加速度計、A/D轉換模塊、DSP濾波模塊、計算機；其特征在于具體方法如下首先在伺服轉臺上安裝角加速度計，角加速度計直接感應測量伺服系統(tǒng)的角加速度，輸出與伺服系統(tǒng)的角加速度信號a相對應的直流電壓V，并直接輸入到A/D轉換模塊進行A/D轉換，再將轉數(shù)字化的電壓信號輸入給DSP濾波模塊，由DSP實現(xiàn)基于LMS算法的自適應FIR濾波器，并完成對角加速度信號的自適應HR濾波和誤差修正，再根據(jù)角加速度計給定的“輸入角加速度a-輸出電壓V”線性對應關系，對處理完的角加速度信號進行標定轉換，進而實現(xiàn)伺服轉臺角加速度信號的自適應測量。所述的角加速度計選用CJ41A-2E型壓電角加速度計，測量范圍(_100 +100) (° )/s2，工作電壓士 15 V，輸出電壓-8 V +8 V，接口采用J14A-9ZJB型插座。所述的A/D轉換模塊采用ADS1210芯片，動態(tài)范圍的M位Σ- Δ型A / D轉換
ο所述的DSP濾波模塊是以TMS320LF2407芯片為核心。所述的自適應FIR濾波器為32階，結構采用橫向型濾波器。
所述的誤差修正方法如下在角加速度計安裝調試完畢后，根據(jù)測量范圍，按照伺服轉臺動態(tài)特性的高低設定一組標準角加速度值afe，分別與實時測量值進行比較分析發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)測量誤差隨著角加速度值的改變而發(fā)生變化，根據(jù)標準值與測量值之間的誤差關系，得出誤差大小及范圍1)H ≥ 30° /s2，系統(tǒng)誤差 e=0. 0002° /s2 ； 2) 30< N ≤ 50° /s2，系統(tǒng)誤差 e=0. 0005° /s2 ； 3) N >50° /s2，系統(tǒng)誤差e=0. 0008° /s2 ；當自適應FIR濾波完成后，可根據(jù)轉臺動態(tài)特
性的高低，亦即角加速度值的大小來選定系統(tǒng)誤差值，進而補償測量值)，實現(xiàn)自適應誤差修正。本發(fā)明的積極效果是由于本發(fā)明避免了間接計算角加速度過程中的測量誤差和計算噪聲，并對數(shù)字化的角加速度信號進行自適應濾波處理和誤差修正，進而實現(xiàn)角加速度信號的自適應測量，改善了加速度信號的測量結果，提高了測量精度。所得到的角加速度信號可作為前饋控制信號傳送給伺服控制機構，也可用于監(jiān)控伺服轉臺的動態(tài)性能，對于光電跟蹤系統(tǒng)伺服控制技術的研究具有積極意義。


圖1本發(fā)明伺服轉臺角加速度自適應測量示意圖。圖2典型壓電角加速度計原理圖。圖3 CJ41A-2E型角加速度計原理圖。圖4角加速度信號處理流程。圖5自適應濾波示意圖。圖6 HR濾波器結構圖。圖7自適應HR濾波DSP實現(xiàn)流程。圖8角加速度a—輸出電壓V對應關系。圖9實例測量結果1。圖10實例測量結果2。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明如圖1所示，一種伺服轉臺角加速度自適應測量方法，包括有角加速度計、A/D轉換模塊、DSP濾波模塊、計算機。角加速度計選用CJ41A-2E型壓電角加速度計，測量范圍(-100 +100)(° )/s2， 工作電壓士 15 V，輸出電壓-8 V +8 V，接口采用J14A-9ZJB型插座，接點分配如表1。 A/D轉換器采用采用ADS1210芯片，它是一款具有高精度、寬動態(tài)范圍的對位Σ-Δ型A / D轉換器，具有芯片自校正功能，片內集成了傳統(tǒng)的分立式數(shù)據(jù)采集通道中的模擬開關、采樣保持、信號放大等一系列功能，占用口線少、精度高，各種參數(shù)可調以適應不同輸入信號要求。DSP采用TMS320LFM07芯片，該芯片采用高性能靜態(tài)CMOS技術和改進的哈佛結構， 具有很高的實時控制和運算能力，對角加速度信息處理的軟件算法將固化到TMS320LFM07 芯片以支持DSP濾波模塊實現(xiàn)對角加速度信號的自適應濾波及誤差處理。計算機采用研華610型工業(yè)控制計算機，用于監(jiān)測角加速度信號，并實現(xiàn)對光電跟蹤平臺的伺服控制。
表1 J14A-9ZJB型插座接點分配
權利要求
1.一種伺服轉臺角加速度自適應測量方法，包括有角加速度計、A/D轉換模塊、DSP濾波模塊、計算機；其特征在于具體方法如下首先在伺服轉臺上安裝角加速度計，角加速度計直接感應測量伺服系統(tǒng)的角加速度，輸出與伺服系統(tǒng)的角加速度信號a相對應的直流電壓V，并直接輸入到A/D轉換模塊進行A/D轉換，再將轉數(shù)字化的電壓信號輸入給DSP濾波模塊，由DSP實現(xiàn)基于LMS算法的自適應FIR濾波器，并完成對角加速度信號的自適應HR 濾波和誤差修正，再根據(jù)角加速度計給定的“輸入角加速度輸出電壓V”線性對應關系， 對處理完的角加速度信號進行標定轉換，進而實現(xiàn)伺服轉臺角加速度信號的自適應測量。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種伺服轉臺角加速度自適應測量方法，其特征在于所述的角加速度計選用CJ41A-2E型壓電角加速度計，測量范圍(-100 +100) (° )/s2，工作電壓士15 V，輸出電壓-8 V +8 V，接口采用J14A-9ZJB型插座。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種伺服轉臺角加速度自適應測量方法，其特征在于所述的 A/D轉換模塊采用ADS1210芯片，動態(tài)范圍的對位Σ-Δ型A / D轉換器。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種伺服轉臺角加速度自適應測量方法，其特征在于所述的 DSP濾波模塊是以TMS320LFM07芯片為核心。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種伺服轉臺角加速度自適應測量方法，其特征在于所述的自適應FIR濾波器為32階，結構采用橫向型濾波器。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種伺服轉臺角加速度自適應測量方法，其特征在于所述的誤差修正方法如下在角加速度計安裝調試完畢后，根據(jù)測量范圍，按照伺服轉臺動態(tài)特性的高低設定一組標準角加速度值，分別與實時測量值進行比較分析發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)測量誤差隨著角加速度值的改變而發(fā)生變化，根據(jù)標準值與測量值之間的誤差關系，得出誤差大小及范圍1)W <30。/s2，系統(tǒng)誤差 e=0. 0002° /s2 ； 2)30< N 彡 50° /s2，系統(tǒng)誤差 e=0. 0005° /s2 ；3) N >50° /s2, 系統(tǒng)誤差e=0.0008° Ii ；當自適應FIR濾波完成后，可根據(jù)轉臺動態(tài)特性的高低，亦即角加速度值的大小來選定系統(tǒng)誤差值，進而補償測量值(,4^ )，實現(xiàn)自適應誤差修正。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種伺服轉臺角加速度自適應測量方法，其特征在于具體方法如下首先在伺服轉臺上安裝角加速度計，角加速度計直接感應測量伺服系統(tǒng)的角加速度，輸出與伺服系統(tǒng)的角加速度信號a相對應的直流電壓V，并直接輸入到A/D轉換模塊進行A/D轉換，再將轉數(shù)字化的電壓信號輸入給DSP濾波模塊，由DSP實現(xiàn)基于LMS算法的自適應FIR濾波器，并完成對角加速度信號的自適應FIR濾波和誤差修正，再根據(jù)角加速度計給定的“輸入角加速度a-輸出電壓V”線性對應關系，對處理完的角加速度信號進行標定轉換，進而實現(xiàn)伺服轉臺角加速度信號的自適應測量。其實現(xiàn)了角加速度信號的自適應測量，改善了加速度信號的測量結果，提高了測量精度。
文檔編號G01P15/09GK102175889SQ20111002568
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月24日 優(yōu)先權日2011年1月24日
發(fā)明者梁偉, 陳娟 申請人:長春工業(yè)大學