激光跟踪仪两级双轴联动闭环控制系统研究

杨 艳，黄 劼，曾 力

（四川大学制造科学与工程学院，四川 成都 610065）

0引言

激光跟踪仪是随着现代科学技术发展而设计研发的高精度测量仪器，具有测量精度高，测量距离远，可现场测量，动、静态测量方式兼备等特点，在航空航天、重型机械、发电设备、船舶工业生产等领域有重要的应用价值[1]。但因其是随动系统，要求转动惯量小，保持高灵敏度的同时还要拥有很高的测量精度。为了满足这些要求，在机械结构设计方面采用了两级联动控制方式[2]，在控制方面选择了三环校正的闭环控制系统以及双极性PWM控制方式。

1 两级双轴联动系统

激光跟踪仪测量系统要求定点跟踪角度控制误差不大于1″，动态跟踪角度控制误差不大于2″，并且因其运动控制测量系统是随动系统，要求转动惯量小，低速性能稳定，响应速度快。

该跟踪控制系统所需的驱动机构输出功率不大，但要求驱动机构有高的转角精度和良好的动态响应，因此驱动机构第1级采用直流力矩电机，它能够长期处于堵转工作状态，具有反应速度快、转矩和转速波动小、线性度好、能在很低转速下稳定运行的优点[3]。该机构中的控制机构直流力矩电机是一种由伺服电动机和驱动电机相结合形成的特殊电机，可以不用齿轮的减速机构，使电机与负载轴直接耦合，消除了由于齿隙而引起的非线性因素，可使系统的放大倍数做得很高而保持系统的稳定，同时由于直接驱动缩短了传动链，提高了装置的机械耦合刚度，减少了传动部件的弹性变形，因此具有高的速度、位置精度和快速动态响应性[4-5]。……