1.本发明属于转台驱动控制技术领域，具体涉及一种高精度直接驱动转台的控制系统及控制方法。
背景技术：2.直接驱动技术简化了减速箱、丝杠等机械传动装置，不存在传动链的齿隙，提高了传动链的刚度，为改善控制性能提供了更多可能；同时，直驱技术提高效率、降低噪音。随着直驱电机输出扭矩的增大，利用直驱技术实现高精度转台具有极为明显的应用价值。
3.直接驱动系统由于没有减速装置，因而在需要大调速范围时，常规控制方法难以兼顾高速和低速控制性能，尤其是低速时，速度反馈检测时间长，大大影响系统的低速性能。现有的速度传感器对低速测量不仅变化时间长，速度扰动大，造成系统响应慢，且难以稳定。
技术实现要素：4.本发明针对现有技术中的不足，提供一种两维直驱控制系统及控制方法，利用同一位置旋转变压器分别提供信号给控制器和电机驱动器，其中旋转变压器的精极信号提供给电机驱动器，提高速度测量精度，同时将位置控制分为不同模式，改善位置控制性能。
5.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种两维直驱控制系统，其特征在于，包括：控制器、电机驱动器一、直接驱动电机一、旋转变压器一、电机驱动器二、直接驱动电机二和旋转变压器二；所述控制器用于实现对直接驱动电机一和直接驱动电机二的位置控制；所述电机驱动器一用于实现对直接驱动电机一的电流控制和速度控制，所述直接驱动电机一实现对两维直驱系统的轴一的驱动；所述直接驱动电机一上安装有旋转变压器一，用于直接驱动电机一的位置检测；所述电机驱动器二用于实现对直接驱动电机二的电流控制和速度控制，所述直接驱动电机二实现对两维直驱系统的轴二的驱动；所述直接驱动电机二上安装有旋转变压器二，用于直接驱动电机二的位置检测。
6.为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：进一步地，所述旋转变压器一和旋转变压器二均采用多极旋转变压器，多极旋转变压器的输出信号包括精极信号和粗极信号；所述旋转变压器一输出的精极信号和粗极信号发送到控制器，用于直接驱动电机一的位置检测；同时旋转变压器一输出的精极信号还发送至电机驱动器一，用于电机驱动器一对直接驱动电机一的速度检测；所述旋转变压器二输出的精极信号和粗极信号发送到控制器，用于直接驱动电机二的位置检测；同时旋转变压器二输出的精极信号还发送至电机驱动器二，用于电机驱动器二对直接驱动电机二的速度检测。
7.进一步地，所述多极旋转变压器的粗精比为1：16。
8.进一步地，所述控制器中设置有位置控制器一、模式控制模块一、解算电路二、位置控制器二、模式控制模块二和解算电路四；所述模式控制模块一用于改变直接驱动电机一的控制模式，直接驱动电机一包括速度控制和电流控制两种模式；所述解算电路二用于解算旋转变压器一的精极信号和粗极信号，产生直接驱动电机一的实际位置数字信号并作为位置反馈值提供给位置控制器一；所述位置控制器一接收位置设定值和解算电路二的位置反馈值，在速度控制模式下输出速度设定值给直接驱动电机一，在电流控制模式下输出电流设定值给直接驱动电机一；所述模式控制模块二用于改变直接驱动电机二的控制模式，直接驱动电机二包括速度控制和电流控制两种模式；所述解算电路四用于解算旋转变压器二的精极信号和粗极信号，产生直接驱动电机二的实际位置数字信号并作为位置反馈值提供给位置控制器二；所述位置控制器二接收位置设定值和解算电路四的位置反馈值，在速度控制模式下输出速度设定值给直接驱动电机二，在电流控制模式下输出电流设定值给直接驱动电机二。
9.进一步地，所述位置控制器一和位置控制器二的输出端均设有饱和特性模块，用于限制输出的极值。
10.进一步地，所述电机驱动器一包括速度控制器一、电流控制模块一、解算电路一和速度解算模块一；在速度控制模式下，所述解算电路一解算旋转变压器一的精极信号，得到直接驱动电机一的精极位置信号，精极位置信号经过速度解算模块一解算得到直接驱动电机一的实际速度，所述速度控制器一同时接收位置控制器一的速度设定值和速度解算模块一的实际速度，完成直接驱动电机一的速度校正后传输到电流控制模块一，对直接驱动电机一进行控制；在电流控制模式下，所述电流控制模块一接收位置控制器一的电流设定值，对直接驱动电机一进行控制；所述电机驱动器二包括速度控制器二、电流控制模块二、解算电路三和速度解算模块二；在速度控制模式下，所述解算电路三解算旋转变压器二的精极信号，得到直接驱动电机二的精极位置信号，精极位置信号经过速度解算模块二解算得到直接驱动电机二的实际速度，所述速度控制器二同时接收位置控制器二的速度设定值和速度解算模块二的实际速度，完成直接驱动电机二的速度校正后传输到电流控制模块二，对直接驱动电机二进行控制；在电流控制模式下，所述电流控制模块二接收位置控制器一的电流设定值，对直接驱动电机二进行控制。
11.进一步地，所述电流控制模块一和电流控制模块二的输入端均设有选择开关。
12.进一步地，所述速度控制器一和速度控制器二的输出端均设有饱和特性模块，用于限制输出的极值。
13.本发明还提出了上述两维直驱控制系统的控制方法，其特征在于：选择速度控制模式，轴一和轴二的控制过程具体如下：步骤1：模式控制模块一设置电机驱动器一的工作模式为速度控制模式；模式控制模块二设置电机驱动器二的工作模式为速度控制模式；步骤2：位置控制器一接收位置设定值和解算电路二的位置反馈值，求差并进行位置校正，采用比例积分控制；位置控制器二接收位置设定值和解算电路四的位置反馈值，求差并进行位置校正，采用比例积分控制；
步骤3：位置控制器一的输出经过饱和特性模块，然后作为速度设定值通过现场总线传输给电机驱动器一的速度控制器一，完成直接驱动电机一的控制；位置控制器二的输出经过饱和特性模块，然后作为速度设定值通过现场总线传输给电机驱动器二的速度控制器二；完成直接驱动电机二的控制。
14.本发明还提出了上述两维直驱控制系统的控制方法，其特征在于：选择电流控制模式，轴一和轴二的控制过程具体如下：步骤1：模式控制模块一设置电机驱动器一的工作模式为电流控制模式；模式控制模块二设置电机驱动器二的工作模式为电流控制模式；步骤2：位置控制器一接收位置设定值和解算电路二的位置反馈值，求差并进行位置校正，采用超前滞后控制；位置控制器二接收位置设定值和解算电路四的位置反馈值，求差并进行位置校正，采用超前滞后控制；步骤3：位置控制器一的输出经过饱和特性模块，然后作为电流设定值通过现场总线传输给电机驱动器一的电流控制模块一，完成直接驱动电机一的控制；位置控制器二的输出经过饱和特性模块，然后作为电流设定值通过现场总线传输给电机驱动器二的电流控制模块二，完成直接驱动电机二的控制。
15.本发明的有益效果是：1）采用了多极旋转变压器作为位置检测传感器，同时利用现有的多极旋转变压器的精极信号提供给电机驱动器进行高精度速度检测，不再设置新的速度传感器；2）设计了两种控制模式，模式一采用常规的位置控制方法，即包含速度控制回路，这种方法具备电机驱动系统的最大速度、抗扰动能力强等优点；模式二不包含速度控制，仅运行在低速时的控制；模式二通过合理选择位置控制，系统控制不再包含速度回路，能够有效改善系统的低速性能。
附图说明
16.图1为本发明一种两维直驱控制系统的结构组成图。
17.图2为本发明一种两维直驱控制系统的旋转变压器的连接方法图。
18.图3为本发明控制器控制轴一的控制方法示意图。
19.图4为本发明位置控制模式一的系统简化模型图。
20.图5为本发明位置控制模式二的系统简化模型图。
具体实施方式
21.现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。
22.如图1所示，一种两维直驱控制系统，其特征在于：包括控制器、电机驱动器一、直接驱动电机一、旋转变压器一、电机驱动器二、直接驱动电机二、旋转变压器二等。控制器用于完成直接驱动系统的位置控制，并通过现场总线完成与电机驱动器一、电机驱动器二的信息交换。电机驱动器一完成直接驱动电机一的电流控制和速度控制，直接驱动电机一实现对两维直驱系统的轴一驱动；直接驱动电机一上安装有旋转变压器一，用于检测直接驱动电机一的位置信息。电机驱动器二完成直接驱动电机二的电流控制和速度控制；直接驱动电机二上安装有旋转变压器二，用于检测直接驱动电机二的位置信息，直接驱动电机二
实现对两维直驱系统的轴二驱动。
23.如图2所示，旋转变压器一选择多极旋转变压器，本实施例选择粗精比为1:16，多极旋转变压器的输出信号包含精极信号和粗极信号，将旋转变压器一的精极信号和粗极信号连接到控制器，用于直接驱动电机一的高精度位置检测；复用旋转变压器一的精极信号，即同时将旋转变压器一的精极信号连接到电机驱动器一，用于电机驱动器一对直接驱动电机一的速度检测。旋转变压器二同样选择多极旋转变压器，与旋转变压器一相同，连接方法也相同。
24.图3示出了控制器控制轴一的控制方法，控制器中设置了位置控制器一、模式控制模块一、饱和特性模块一、饱和特性模块二、解算电路二等模块。解算电路二用于解算旋转变压器一的精极信号和粗极信号，产生直接驱动电机一的实际位置数字信号，提供给位置控制器一，作为位置控制器一的反馈信号；模式控制模块一用于直接驱动电机一控制方法的改变。控制器对轴二的控制与轴一控制方法完全相同，以下以轴一的控制来说明具体的控制方法。
25.模式控制模块一将直接驱动电机一分为两种控制模式，分别为模式一和模式二。模式1控制的具体过程为：步骤1：模式控制模块一设置电机驱动器一的工作模式为速度控制模式；步骤2：位置控制器一接收位置设定值和解算电路二的位置反馈值，求差，位置校正，采用常规的比例积分控制；步骤3：位置控制器一输出经过饱和特性模块一，通过现场总线，传输给电机驱动器一的速度控制器一，作为速度设定值，完成直接驱动电机一的位置控制。
26.模式2控制的具体过程为：步骤1：模式控制模块一设置电机驱动器一的工作模式为电流控制模式；步骤2：位置控制器一接收位置设定值和解算电路二的位置反馈值，求差，位置校正，采用超前滞后控制；步骤3：位置控制器一输出经过饱和特性模块二，通过现场总线，传输给电机驱动器一的电流控制模块一，作为电流设定值，完成直接驱动电机一的控制。
27.其中，饱和特性模块一用于限制位置控制器输出的极值，即不超过电机额度速度值；饱和特性模块二用于限制位置控制器输出的极值，即不超过电机额度电流值。
28.上述模式一和模式二的控制方式，高速时采用模式一进行控制，低速时采用模式二，高低速的切换速度以速度传感器测量精度进行确定，也可以采用实际系统调试的方法进行确定。
29.继续参见图3，电机驱动器一包含速度控制器一、饱和特性模块三、选择开关、电流控制模块一、解算电路一、速度解算模块一等模块，速度控制及电流控制均为直接驱动电机一常规控制方法。解算电路一解算旋转变压器一的精极信号，得到旋转变压器一的精极检测到的位置信号，精极位置信号经过速度解算模块一得到直接驱动电机一的实际速度，速度控制器一通过现场总线接收位置控制器一的速度设定值，同时接收速度解算模块一解算得到的实际速度，完成直接驱动电机一速度校正后经过饱和特性模块三，传输到电流控制模块一，完成直接驱动电机一的控制。
30.其中，饱和特性模块三用于限制速度控制器输出的极值，取值方法与饱和特性模
块二相同。电机驱动器二的结构与连接方式与电机驱动器一完全相同。
31.图4是模式一控制系统简化后的结构图，包含系统模型一和位置调节器一，kv为简化后系统模型的速度增益，tv为简化后的速度时间常数，基于该模型，本实例选择位置调节器为比例积分调节器。
32.图5是模式二控制系统简化后的结构图，包含系统模型二和位置调节器二，kc为简化后系统模型的电流增益，tc为简化后的电流时间常数，基于该模型，在模型中包含了两个积分环节，因此不能采用比例或比例积分调节，否则系统不稳定，本实例选择位置调节器为超前滞后调节器。
33.需要注意的是，发明中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
34.以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
技术特征：1.一种两维直驱控制系统，其特征在于，包括：控制器、电机驱动器一、直接驱动电机一、旋转变压器一、电机驱动器二、直接驱动电机二和旋转变压器二；所述控制器用于实现对直接驱动电机一和直接驱动电机二的位置控制；所述电机驱动器一用于实现对直接驱动电机一的电流控制和速度控制，所述直接驱动电机一实现对两维直驱系统的轴一的驱动；所述直接驱动电机一上安装有旋转变压器一，用于直接驱动电机一的位置检测；所述电机驱动器二用于实现对直接驱动电机二的电流控制和速度控制，所述直接驱动电机二实现对两维直驱系统的轴二的驱动；所述直接驱动电机二上安装有旋转变压器二，用于直接驱动电机二的位置检测。2.如权利要求1所述的一种两维直驱控制系统，其特征在于：所述旋转变压器一和旋转变压器二均采用多极旋转变压器，多极旋转变压器的输出信号包括精极信号和粗极信号；所述旋转变压器一输出的精极信号和粗极信号发送到控制器，用于直接驱动电机一的位置检测；同时旋转变压器一输出的精极信号还发送至电机驱动器一，用于电机驱动器一对直接驱动电机一的速度检测；所述旋转变压器二输出的精极信号和粗极信号发送到控制器，用于直接驱动电机二的位置检测；同时旋转变压器二输出的精极信号还发送至电机驱动器二，用于电机驱动器二对直接驱动电机二的速度检测。3.如权利要求2所述的一种两维直驱控制系统，其特征在于：所述多极旋转变压器的粗精比为1：16。4.如权利要求2所述的一种两维直驱控制系统，其特征在于：所述控制器中设置有位置控制器一、模式控制模块一、解算电路二、位置控制器二、模式控制模块二和解算电路四；所述模式控制模块一用于改变直接驱动电机一的控制模式，直接驱动电机一包括速度控制和电流控制两种模式；所述解算电路二用于解算旋转变压器一的精极信号和粗极信号，产生直接驱动电机一的实际位置数字信号并作为位置反馈值提供给位置控制器一；所述位置控制器一接收位置设定值和解算电路二的位置反馈值，在速度控制模式下输出速度设定值给直接驱动电机一，在电流控制模式下输出电流设定值给直接驱动电机一；所述模式控制模块二用于改变直接驱动电机二的控制模式，直接驱动电机二包括速度控制和电流控制两种模式；所述解算电路四用于解算旋转变压器二的精极信号和粗极信号，产生直接驱动电机二的实际位置数字信号并作为位置反馈值提供给位置控制器二；所述位置控制器二接收位置设定值和解算电路四的位置反馈值，在速度控制模式下输出速度设定值给直接驱动电机二，在电流控制模式下输出电流设定值给直接驱动电机二。5.如权利要求4所述的一种两维直驱控制系统，其特征在于：所述位置控制器一和位置控制器二的输出端均设有饱和特性模块，用于限制输出的极值。6.如权利要求4所述的一种两维直驱控制系统，其特征在于：所述电机驱动器一包括速度控制器一、电流控制模块一、解算电路一和速度解算模块一；在速度控制模式下，所述解算电路一解算旋转变压器一的精极信号，得到直接驱动电机一的精极位置信号，精极位置信号经过速度解算模块一解算得到直接驱动电机一的实际速度，所述速度控制器一同时接收位置控制器一的速度设定值和速度解算模块一的实际速度，完成直接驱动电机一的速度校正后传输到电流控制模块一，对直接驱动电机一进行控制；在电流控制模式下，所述电流
控制模块一接收位置控制器一的电流设定值，对直接驱动电机一进行控制；所述电机驱动器二包括速度控制器二、电流控制模块二、解算电路三和速度解算模块二；在速度控制模式下，所述解算电路三解算旋转变压器二的精极信号，得到直接驱动电机二的精极位置信号，精极位置信号经过速度解算模块二解算得到直接驱动电机二的实际速度，所述速度控制器二同时接收位置控制器二的速度设定值和速度解算模块二的实际速度，完成直接驱动电机二的速度校正后传输到电流控制模块二，对直接驱动电机二进行控制；在电流控制模式下，所述电流控制模块二接收位置控制器一的电流设定值，对直接驱动电机二进行控制。7.如权利要求6所述的一种两维直驱控制系统，其特征在于：所述电流控制模块一和电流控制模块二的输入端均设有选择开关。8.如权利要求6所述的一种两维直驱控制系统，其特征在于：所述速度控制器一和速度控制器二的输出端均设有饱和特性模块，用于限制输出的极值。9.一种如权利要求6所述的两维直驱控制系统的控制方法，其特征在于：选择速度控制模式，轴一和轴二的控制过程具体如下：步骤1：模式控制模块一设置电机驱动器一的工作模式为速度控制模式；模式控制模块二设置电机驱动器二的工作模式为速度控制模式；步骤2：位置控制器一接收位置设定值和解算电路二的位置反馈值，求差并进行位置校正，采用比例积分控制；位置控制器二接收位置设定值和解算电路四的位置反馈值，求差并进行位置校正，采用比例积分控制；步骤3：位置控制器一的输出经过饱和特性模块，然后作为速度设定值通过现场总线传输给电机驱动器一的速度控制器一，完成直接驱动电机一的控制；位置控制器二的输出经过饱和特性模块，然后作为速度设定值通过现场总线传输给电机驱动器二的速度控制器二；完成直接驱动电机二的控制。10.一种如权利要求6所述的两维直驱控制系统的控制方法，其特征在于：选择电流控制模式，轴一和轴二的控制过程具体如下：步骤1：模式控制模块一设置电机驱动器一的工作模式为电流控制模式；模式控制模块二设置电机驱动器二的工作模式为电流控制模式；步骤2：位置控制器一接收位置设定值和解算电路二的位置反馈值，求差并进行位置校正，采用超前滞后控制；位置控制器二接收位置设定值和解算电路四的位置反馈值，求差并进行位置校正，采用超前滞后控制；步骤3：位置控制器一的输出经过饱和特性模块，然后作为电流设定值通过现场总线传输给电机驱动器一的电流控制模块一，完成直接驱动电机一的控制；位置控制器二的输出经过饱和特性模块，然后作为电流设定值通过现场总线传输给电机驱动器二的电流控制模块二，完成直接驱动电机二的控制。
技术总结本发明公开一种两维直驱控制系统及控制方法，包括控制器、电机驱动器、直接驱动电机、旋转变压器等；采用了多极旋转变压器作为位置检测传感器，同时利用现有的多极旋转变压器的精极信号提供给电机驱动器进行高精度速度检测，不再设置新的速度传感器。本发明将位置控制分为常规控制模式和低速模式，充分利用两种控制的优点，使模式二仅运行在低速时的控制，由于速度传感器对低速测量不仅变化时间长，速度扰动大，造成系统响应慢且难以稳定，因此在模式二下合理选择位置控制，系统控制不再包含速度回路，能够有效改善系统的低速性能。能够有效改善系统的低速性能。能够有效改善系统的低速性能。
技术研发人员：万其 马俊哲 周磊 吴伟超 杜锐 许艺严 刘汉忠 朱晓春 刁慧 陈桂
受保护的技术使用者：南京工程学院
技术研发日：2022.03.31
技术公布日：2022/7/5
