采用角加速度计作为反馈测量装置的单轴测试转台系统

　　现代的转台系统均为数字控制系统,光电编码器作为位置反馈测量元件以其精度高、抗干扰性强、稳定性好、信号处理方便等优势在转台等各种伺服系统中逐步占领了主要市场。它的输出信号为差分脉冲数字信号,采用它构成转台闭环系统简单方便,可控性好。但是在某些振动测试转台系统中为了准确地测试惯性组件的角加速度性能,用户更希望能够直接采用角加速度计作为反馈测量元件构成转台闭环控制系统。由于角加速度计的输出信号为模拟信号,同时信号又比较敏感,所以对于反馈信号必须进行相应的滤波处理,以排除干扰信号对系统闭环特性的影响。

　　1　系统基本结构形式

　　该单轴测试转台为平台形式,在平台上安装角加速度计及用户负载,控制系统为单独的控制柜。转台的外形如图1所示。

　　1. 1　控制系统结构

　　控制系统全部放置在控制柜中,主要包括控制计算机、D /A& A/D卡、FPGA信号调理板、直流电源、直流伺服驱动器、滤波器、平波电感、电源开关、指示灯及启停按钮等。系统总体控制结构如图2所示。

　　1. 2　控制系统工作原理

　　计算机发出转台的控制指令,即台体的振动频率与幅值信号,经位置PID闭环运算后输出速度指令信号,由D /A输出给直流伺服驱动器(俗称“功放”)。同时,加速度计输出的加速度信号经FPGA信号调理板进行滤波后经A/D输入给计算机。计算机对该加速度信号进行一次积分得到速度信号,两次积分得到位置信号。得到的位置信号直接在计算机内部进行位置PID闭环,速度信号作为反馈速度由A/D输出给功放。功放接收计算机经D /A发出的速度指令信号及速度反馈信号进行电机速度闭环控制。同时在功放内部自行进行电流检测,在速度环内构成电流闭环,从而实现功放对电机的双闭环控制。这种结构使系统具有较好的速度和加速度性能,再根据台体特性在计算机程序中加入相应的控制算法,以实现用户要求的加速度及速度响应特性。

　　1. 3　加速度计简介

　　加速度计是将加速度这一物理信号转变成便于测量的电信号或数字信号的测试仪器,分为线加速度计和角加速度计两大类。加速度计作为惯性导航系统及惯性制导系统的关键元件之一,其性能指标直接决定了惯性导航和惯性制导的精度,对于控制姿态也是至关重要的。由于转台系统主要的测量指标是角度值,所以选择了厂家专门研发的军用角加速度计。它的输出电压值与转台的角加速度值成线性关系,其主要技术指标如下:

　　(1)输出特性。

　　①双极性输出;