双电机消隙技术在某火炮随动系统中的应用
摘要：文中以某火炮随动系统的研制为背景，为了进一步提高系统精度，首先介绍了复合控制系统模型及分区PID算法，另外详细论述了双电机消隙的原理及动力系统结构，并建立了仿真模型。最后，通过madab仿真表明同时运用分区PID算法和双电机消隙技术，能够在保证系统稳定的情况下，很大程度地提高伺服系统跟踪精度。
关键词：复合控制；分区PID算法；双电机消隙；仿真
众所周知，经典PID由于算法简单，在随动系统的控制中是十分常用的，但由于经典PID算法的比例、积分和微分是一直不变的，这就使得它的控制效果达不到很好的效果，而采用分区PID控制，能根据实际需要，在不同区段采用相应算法，可以在很大程度上提高系统的稳定性。另外，伺服系统的齿轮中存在齿隙，采用双电机消隙技术可以很好地予以克服，并使火炮跟踪精度更高，误差更小，鲁棒性更好。
1 火炮随动系统结构及分区PID控制算法
1．1 复合控制系统结构
本系统使用复合控制结构，及同时使用反馈和前馈控制。在位置环分区PID控制器的基础上，引入速度、加速度前馈。复合控制框图如图1所示。
时，电机刚开始运行，此时输出角和输入角的差值最大，处在三区，系统以最大角加速度加速再以最大角速度向平衡点接近，在此阶段，应该增加Kp，减小Kd，同时为了防止输出值过大，应当增大Ki。
系统处于二区时，选取PI控制，在此过程中使实际角速度向理想角速度靠拢。
在一区和零区，实际位置逐渐接近预定值，为抑制超调应减小Kp，增大Kd和Ki。
当系统处于小区．系统静差已经小到允许范围内，只需要采取P控制。
2 双电机消隙原理及数字仿真
2．1 双电机消隙原理
2．1．1 齿隙的非线性及对系统稳定性的影响
在理想情况下，伺服系统中的齿轮变速装置，其输入与输出间的关系应该是线性的。但实际上，由于齿轮在加工和使用中误差的存在，以及为了补偿由温度和弹性形变所引起的尺寸变化，在一对相互啮合的齿轮之间总存在一定的齿隙，图2表示了齿轮啮合中的间隙。
当主动轮运动方向改变时，从动轮仍保持原有位置，一直到全部齿隙2α被走完时，从动轮的位置才开始改变。正是这个间隙的存在，使得理想的线性传动变成了一种非线性的传动过程，从而对系统稳定造成影响。
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