控制伺服平台主要任务是是控制平台的姿态。最初的伺服平台是由电机的驱动,带动平台相对于固定机架的坐标轴XYZ发生旋转。例如,使用三个步进电机控制平台的绕三个轴的旋转运动,

该平台配合使用角度传感器(磁罗盘HMR3000),获得伺服平台在绝对坐标系中的位置参数,如方位角、俯仰角和横滚角等,并通过所获得的角度进行反馈控制,以达到伺服平台运动的精确度[1]。此种控制方法简单易行,但电机在启动与停止时,平台会有较大冲击,因此需要进行加减速的控制。目前,广范采用诸如指数型、直线型、S型加减速曲线等控制算法来解决该问题。61609

另有采用电液伺服控制器的控制伺服平台,结合采用斯图尔特(Stewart)机构(六自由度并联机构),

 斯图尔特(Stewart)机构

这种机构具有刚性好,承载力大,输出力范围宽,累积误差小等特点,适合于需要大承载力、冲击的场合[2] [3];或采用一种新型平台构架,如图1-3所示,

该平台是一种全向平台,在空间六自由度范围内可以进行倾斜和平移,为保证缸体和伺服实验平台之间的运动不发生干涉,伺服实验平台与三个微型液压缸之间用球铰联接[4]。电液伺服平台可以通过控制液压油流量的大小和方向的办法获得控制反馈,或在伺服平台上固定安置三轴陀螺仪传感器,传感器作为系统的主要部件用来收集伺服平台及其所搭载的实验仪器或设备在空间上的瞬间姿态数据信息并及时反馈给硬件电路,使得该伺服系统具有更好的控制精度文献综述。这种的控制方法面临另一个困境:因为普通伺服阀电路的电气特性,液压伺服平台的缸体的反应能力受到限制,从而很难实现平台的快速运动。

 伺服平台控制系统的发展及应用现状

运动控制器是机电一体化设备中常用的基础部件,随着微电子技术、集成电路技术、计算机技术和网络技术的不断发展,控制器已经从以单片机微处理器作为核心的运动控制器和以专用芯片作为核心处理器的运动控制器[5],发展到了基于PC机与数字信号处理器(DSP)和复杂可编程逻辑器件(CPLD)作为核心处理器的协处理构架的开放式运动控制器[6][7][8][9]。

单独采用单片机(如ATmega168、ARMLPC2131)作为核心控制器在控制伺服平台时会遇到很多问题,诸如功能模块少、接口少、工作频率低等[10][11]。随着控制器件的增多和控制要求的提高,使用具备完成实时数字信号处理任务功能的DSP慢慢成为控制器的主流核心芯片。但经济型的DSP芯片的处理速度仍然无法满足控制系统的高速、高精度控制要求。以数字信号处理器(DSP)与复杂可编程逻辑器件(CPLD)组成核心处理器的协处理构架方案慢慢得到广泛应用[12][13]。CPLD所负责的功能由扩展I/O口、增加附加功能到完成部分算法、独立控制驱动机构。鉴于CPLD/FPGA的高速、高可靠性、大量I/O口等特点[14][15][16],越来越多的实时性控制任务由DSP转移到CPLD/FPGA上[17]。一般而言,CPLD/FPGA不具备较好的数值运算能力,但具很好的逻辑控制能力。使用CPLD/FPGA可以完成产生多路PWM波、脉冲计数、通信接口的扩展、数字传感器信息的采集和预处理等等。

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