雙電機(jī)消隙技術(shù)在某火炮隨動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：文中以某火炮隨動(dòng)系統(tǒng)的研制為背景，為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)精度，首先介紹了復(fù)合控制系統(tǒng)模型及分區(qū)PID算法，另外詳細(xì)論述了雙電機(jī)消隙的原理及動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并建立了仿真模型。最后，通過(guò)madab仿真表明同時(shí)運(yùn)用分區(qū)PID算法和雙電機(jī)消隙技術(shù)，能夠在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下，很大程度地提高伺服系統(tǒng)跟蹤精度。
關(guān)鍵詞：復(fù)合控制；分區(qū)PID算法；雙電機(jī)消隙；仿真

眾所周知，經(jīng)典PID由于算法簡(jiǎn)單，在隨動(dòng)系統(tǒng)的控制中是十分常用的，但由于經(jīng)典PID算法的比例、積分和微分是一直不變的，這就使得它的控制效果達(dá)不到很好的效果，而采用分區(qū)PID控制，能根據(jù)實(shí)際需要，在不同區(qū)段采用相應(yīng)算法，可以在很大程度上提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。另外，伺服系統(tǒng)的齒輪中存在齒隙，采用雙電機(jī)消隙技術(shù)可以很好地予以克服，并使火炮跟蹤精度更高，誤差更小，魯棒性更好。

1 火炮隨動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及分區(qū)PID控制算法
1．1 復(fù)合控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)使用復(fù)合控制結(jié)構(gòu)，及同時(shí)使用反饋和前饋控制。在位置環(huán)分區(qū)PID控制器的基礎(chǔ)上，引入速度、加速度前饋。復(fù)合控制框圖如圖1所示。

時(shí)，電機(jī)剛開(kāi)始運(yùn)行，此時(shí)輸出角和輸入角的差值最大，處在三區(qū)，系統(tǒng)以最大角加速度加速再以最大角速度向平衡點(diǎn)接近，在此階段，應(yīng)該增加Kp，減小Kd，同時(shí)為了防止輸出值過(guò)大，應(yīng)當(dāng)增大Ki。
系統(tǒng)處于二區(qū)時(shí)，選取PI控制，在此過(guò)程中使實(shí)際角速度向理想角速度靠攏。
在一區(qū)和零區(qū)，實(shí)際位置逐漸接近預(yù)定值，為抑制超調(diào)應(yīng)減小Kp，增大Kd和Ki。
當(dāng)系統(tǒng)處于小區(qū)．系統(tǒng)靜差已經(jīng)小到允許范圍內(nèi)，只需要采取P控制。

2 雙電機(jī)消隙原理及數(shù)字仿真
2．1 雙電機(jī)消隙原理
2．1．1 齒隙的非線性及對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響
在理想情況下，伺服系統(tǒng)中的齒輪變速裝置，其輸入與輸出間的關(guān)系應(yīng)該是線性的。但實(shí)際上，由于齒輪在加工和使用中誤差的存在，以及為了補(bǔ)償由溫度和彈性形變所引起的尺寸變化，在一對(duì)相互嚙合的齒輪之間總存在一定的齒隙，圖2表示了齒輪嚙合中的間隙。

當(dāng)主動(dòng)輪運(yùn)動(dòng)方向改變時(shí)，從動(dòng)輪仍保持原有位置，一直到全部齒隙2α被走完時(shí)，從動(dòng)輪的位置才開(kāi)始改變。正是這個(gè)間隙的存在，使得理想的線性傳動(dòng)變成了一種非線性的傳動(dòng)過(guò)程，從而對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定造成影響。