扫描机构控制系统及其方法技术方案

本发明专利技术提供了一种扫描机构控制系统，包括：上位机、控制器、驱动器和扫描机构；控制器将设定信号和位置、温度反馈信号进行数字信号处理之后，产生驱动器所需的控制信号，进而驱动器产生相应的激励信号输送给扫描机构进行工作；上位机用于控制器控制指令发送及实时扫描机构运行状态的显示。扫描机构包括热电偶、超声电机和绝对式光电编码器，控制器的的第二输入端与热电偶的输出端连接；控制器的的第三输入端与绝对式光电编码器的输出端连接；驱动器的输出端与超声电机的输入端连接。本发明专利技术利用超声电机驱动扫描机构控制系统进行作业，具有低速性能好，响应速度快，抗电磁干扰，控制精度高，控制方式灵活，易于拓展等特点。

【技术实现步骤摘要】
扫描机构控制系统及其方法
本专利技术涉及机电控制
，具体地，涉及一种扫描机构控制系统及其方法。
技术介绍
扫描机构作为以卫星为代表的航天器遥感载荷的重要组成部分，驱动扫描负载以实现对目标的成像。随着载荷空间分辨率需求的不断提升，对扫描机构的质量和旋转稳定度等指标要求也越来越高。且随着扫描控制技术的不断发展以及扫描机构应用领域需求的提高，实现控制精度高、响应速度快以及小体积轻重量的扫描机构控制系统越来越有必要。经过检索，专利文献CN103607149A公开了一种超声电机舵伺服系统及其控制方法，超声电机舵伺服系统包括控制器、驱动器、超声电机伺服机构、控制信号接口、比较器和孤极反馈电路；所述控制器的第一输入端与所述控制信号接口连接，所述控制器的第二输入端与所述比较器的输出端连接，所述控制器的第三输入端与所述超声电机伺服机构的第一输出端连接；所述驱动器的输入端连接至所述控制器的输出端；所述超声电机伺服机构的输入端与所述驱动器的输出端连接；所述孤极反馈电路的输入端与所述超声电机伺服机构的第二输出端连接，所述孤极反馈电路的输出端与所述比较器的输入端连接。该现有技术利用的是常规PID控制算法及四路PWM控制信号，对于控制系统的高精度控制算法、控制信号的可靠性及控制方式的灵活性等方面较少涉及。因此，亟需研发一种能够提高控制系统的输出性能、控制精度，同时能够简化控制算法存储和运算的系统及方法。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种扫描机构控制系统及其方法，解决了传统电磁电机驱动的扫描机构控制系统低速性能差、响应速度慢、控制精度低的技术问题，使得由超声电机所驱动的扫描机构能够保持匀速旋转扫描运动的平稳性，保证扫描机构的可靠运行。根据本专利技术提供的一种扫描机构控制系统，包括：上位机、控制器、驱动器和扫描机构；控制器将设定信号和位置、温度反馈信号进行数字信号处理之后，产生驱动器所需的控制信号，进而驱动器产生相应的激励信号输送给扫描机构进行工作；上位机用于控制器控制指令发送及实时扫描机构运行状态的显示。优选地，扫描机构包括热电偶、超声电机和绝对式光电编码器，控制器的的第二输入端与热电偶的输出端连接；控制器的的第三输入端与绝对式光电编码器的输出端连接；驱动器的输出端与超声电机的输入端连接。优选地，控制器的第一输入端与上位机连接；驱动器的输入端连接至控制器的输出端。优选地，控制器包括DSP模块和FPGA模块；DSP模块处理控制指令和反馈信号后得到控制信号，通过XINTF接口传输给FPGA模块；DSP模块采用数字信号处理器TMS320F28335，FPGA模块采用可编程逻辑门阵列EP4CE10E22C8。优选地，驱动器包括半桥电路、匹配电感、推挽电路和升压变压器；半桥电路与推挽电路并联，半桥电路的输出端与匹配电感的输入端相连；推挽电路的输出端与升压变压器的输入端相连；匹配电感的输出端与升压变压器的输入端相连。优选地，超声电机用于给扫描机构提供转矩及转速；热电偶用于反馈超声电机的实时温度；绝对式光电编码器用于反馈扫描机构的输出轴位置信号。根据本专利技术提供的一种扫描机构控制方法，采用上述的扫描机构控制系统进行控制，包括下述步骤：步骤S1：扫描机构控制系统进行系统初始化；步骤S2：控制器进入指令识别模块进行循环等待；步骤S3：上位机发送控制指令至控制器，经由指令识别模块进行判断；步骤S4：判断超声电机是否启动，若启动，则进入步骤S5；若未启动，则进入步骤S2；步骤S5：若超声电机启动，以预设状态运行；步骤S6：判断超声电机状态是否改变，若改变，则进入步骤S7；若未改变，则进入步骤S2；步骤S7：超声电机以新状态运行；步骤S8：判断超声电机是否停止，若停止，则进入步骤S9；若未停止，则进入步骤S2；步骤S9：超声电机停止，结束作业。优选地，在步骤S5和步骤S7中依据专家规则整定的增量式PI算法进行超声电机的稳速控制；增量式PI算法为：u(k)＝u(k-1)+KP[e(k)-e(k-1)]+KIe(k)；e(k)＝r(k)-y(k)，Δe(k)＝e(k)-e(k-1)；其中，r(k)为转速设定值，y(k)为实际转速值，e(k)为当前时刻的转速误差值，e(k-1)为前一时刻的转速误差值，Δe(k)为转速误差变化量，KP为比例系数，KI为积分系数。优选地，专家规则包括规则一和规则二；规则一：若e(k)Δe(k)<0，则控制量的计算公式依据公式来计算；规则二：若e(k)Δe(k)>0或e(k)≠0且Δe(k)＝0时，则控制量的计算公式依据公式来计算；公式中，a为调节KP，KI变化量的增量系数，b用来确定合理的误差变量|Δe(k)|，可令b等于期望的|Δe(k)|。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术利用超声电机驱动扫描机构控制系统进行作业，具有低速性能好，响应速度快，抗电磁干扰，控制精度高，控制方式灵活，易于拓展等特点。2、本专利技术通过一种专家规则整定的增量式PI算法，对绝对式光电编码器的反馈数据利用该算法进行分析演算，得到相应的控制信号来控制扫描机构的稳速工作，提升了系统的稳定可靠。3、本专利技术通过超声电机所驱动的扫描机构能够保持匀速旋转扫描运动的平稳性，保证扫描机构的可靠运行。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术中的扫描机构控制系统示意图；图2为本专利技术中的扫描机构控制系统的实现流程示意图；图3为本专利技术中的扫描机构控制方法的流程示意图。图中：上位机1；控制器2；驱动器3；热电偶4；超声电机5；绝对式光电编码器6；扫描机构7.具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。如图1所示，本专利技术提供了一种扫描机构控制系统，包括上位机1、控制器2、驱动器3和扫描机构7，其中，控制器2将设定信号和位置、温度反馈信号进行数字信号处理之后，产生驱动器2所需的控制信号，进而驱动器2产生相应的激励信号输送给扫描机构7进行工作；上位机1用于控制器2控制指令发送及实时扫描机构运行状态的显示。扫描机构控制系统的设定信号包括启动、停止、调频、调压、调相、正反转、开环控、闭环控、指向控等信号；控制器的控制信号主要是八路PWM信号；驱动器的激励信号主要是两相高频正弦信号。在本专利技术实施例中，控制器将设定信号和反馈信号经控制器的控制算法运算后可得到八路频率、相位关系特定的PWM信号，该信号控制驱动器产生两相相位差为90°的高频高压正弦激励本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种扫描机构控制系统，其特征在于，包括：上位机(1)、控制器(2)、驱动器(3)和扫描机构(7)；所述控制器(2)将设定信号和位置、温度反馈信号进行数字信号处理之后，产生驱动器(3)所需的控制信号，进而驱动器(3)产生相应的激励信号输送给扫描机构(7)进行工作；/n所述上位机(1)用于所述控制器(2)控制指令发送及实时扫描机构运行状态的显示。/n

【技术特征摘要】
1.一种扫描机构控制系统，其特征在于，包括：上位机(1)、控制器(2)、驱动器(3)和扫描机构(7)；所述控制器(2)将设定信号和位置、温度反馈信号进行数字信号处理之后，产生驱动器(3)所需的控制信号，进而驱动器(3)产生相应的激励信号输送给扫描机构(7)进行工作；
所述上位机(1)用于所述控制器(2)控制指令发送及实时扫描机构运行状态的显示。


2.根据权利要求1所述的扫描机构控制系统，其特征在于，所述扫描机构(7)包括热电偶(4)、超声电机(5)和绝对式光电编码器(6)，
所述控制器的(2)的第二输入端与所述热电偶(4)的输出端连接；
所述控制器的(2)的第三输入端与所述绝对式光电编码器(6)的输出端连接；
所述驱动器(3)的输出端与所述超声电机(5)的输入端连接。


3.根据权利要求1所述的扫描机构控制系统，其特征在于，所述控制器(2)的第一输入端与所述上位机(1)连接；所述驱动器(3)的输入端连接至所述控制器(2)的输出端。


4.根据权利要求1所述的扫描机构控制系统，其特征在于，所述控制器(2)包括DSP模块和FPGA模块；
所述DSP模块处理控制指令和反馈信号后得到控制信号，通过XINTF接口传输给FPGA模块；
所述DSP模块采用数字信号处理器TMS320F28335，所述FPGA模块采用可编程逻辑门阵列EP4CE10E22C8。


5.根据权利要求1所述的扫描机构控制系统，其特征在于，所述驱动器(3)包括半桥电路、匹配电感、推挽电路和升压变压器；
所述半桥电路与所述推挽电路并联，所述半桥电路的输出端与所述匹配电感的输入端相连；
所述推挽电路的输出端与所述升压变压器的输入端相连；
所述匹配电感的输出端与所述升压变压器的输入端相连。


6.根据权利要求1所述的扫描机构控制系统，其特征在于，所述超声电机(5)用于给扫描机构(7)提供转矩及转速；所述热电偶(4)用于反馈超声电机(5)的实时温度；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：周春华，茅建伟，叶子龙，尹永康，熊良磊，贾奥男，张永涛，申军烽，
申请(专利权)人：上海卫星工程研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31