二維轉(zhuan)臺在工業(ye)和(he)軍事上廣泛應用。根據(ju)用途(tu)不同雙軸精(jing)密伺服轉(zhuan)臺結(jie)(jie)(jie)構形(xing)式(shi)(shi)各不相同，分為地平式(shi)(shi)、赤道(dao)式(shi)(shi)。地平式(shi)(shi)又分為U型(xing)結(jie)(jie)(jie)構、T型(xing)結(jie)(jie)(jie)構、球(qiu)形(xing)結(jie)(jie)(jie)構。但無論哪種結(jie)(jie)(jie)構它們共同的特點是有(you)兩個正交的精(jing)密回轉(zhuan)軸系及足夠的系統(tong)剛度

　　二維轉臺(tai)在(zai)工業(ye)和軍事(shi)上廣泛應用。根據用途不同(tong)雙軸精密伺(si)服轉臺(tai)結(jie)構(gou)形式(shi)(shi)各不相同(tong)，分為地平式(shi)(shi)、赤道式(shi)(shi)。地平式(shi)(shi)又分為U型(xing)結(jie)構(gou)、T型(xing)結(jie)構(gou)、球形結(jie)構(gou)。但無論哪種結(jie)構(gou)它們共(gong)同(tong)的特點是有(you)兩個正交的精密回轉軸系及足夠(gou)的系統剛(gang)度(du)。

　　了解一種高精度二維(wei)伺服轉(zhuan)臺系(xi)(xi)統的設計(ji)和(he)實現，查閱二維(wei)伺服轉(zhuan)臺的工作原理和(he)系(xi)(xi)統構成，系(xi)(xi)統總體(ti)方(fang)案的設計(ji)、誤差分析、硬件設計(ji)、軟件設計(ji)和(he)控制算法(fa)的設計(ji)。

　　1.1國內外轉(zhuan)臺的發展狀況

　　轉臺是一種復(fu)(fu)雜的(de)(de)集(ji)光機電一體的(de)(de)現(xian)代化設(she)備，在(zai)航(hang)空、航(hang)天領域中進(jin)行(xing)半實物仿真和測(ce)試(shi)，在(zai)飛行(xing)器(qi)的(de)(de)研制中起(qi)著關鍵的(de)(de)作用(yong)，它能(neng)夠模擬(ni)飛行(xing)器(qi)的(de)(de)各種姿(zi)態角運(yun)動(dong)，復(fu)(fu)現(xian)其運(yun)動(dong)時的(de)(de)各種動(dong)力學特性，對飛行(xing)器(qi)的(de)(de)制導系(xi)統、控制系(xi)統以(yi)及相應器(qi)件(jian)的(de)(de)性能(neng)進(jin)行(xing)反復(fu)(fu)測(ce)試(shi)，獲(huo)得充分的(de)(de)試(shi)驗數據(ju)，并根(gen)據(ju)數據(ju)對系(xi)統進(jin)行(xing)重新設(she)計和改進(jin)，達到飛行(xing)器(qi)總體設(she)計的(de)(de)性能(neng)指標要求。

　　在國(guo)際上，由于(yu)(yu)慣性(xing)制導技術受到世(shi)(shi)界上技術先進國(guo)家和(he)(he)發展中國(guo)家的(de)普遍重視，所以美(mei)國(guo)、俄羅斯、英國(guo)、法國(guo)、瑞(rui)士(shi)、中國(guo)、印度等國(guo)都投入了大(da)量(liang)的(de)資金和(he)(he)人力從事轉臺(tai)的(de)研制。其中，美(mei)國(guo)的(de)轉臺(tai)研究一直(zhi)處(chu)于(yu)(yu)世(shi)(shi)界領先水平，其次(ci)，德國(guo)、英國(guo)、法國(guo)和(he)(he)瑞(rui)士(shi)等國(guo)研制的(de)轉臺(tai)也(ye)具有(you)一定代表性(xing)，性(xing)能和(he)(he)質量(liang)僅次(ci)于(yu)(yu)美(mei)國(guo)。

　　世界(jie)上的(de)(de)(de)(de)第一(yi)(yi)臺(tai)(tai)(tai)轉臺(tai)(tai)(tai)是1945年由(you)美(mei)國(guo)麻(ma)省(sheng)理工學院儀表實驗室(shi)(MITInstrumentation lab)研(yan)制成功的(de)(de)(de)(de)，定(ding)為A型轉臺(tai)(tai)(tai)，采(cai)用(yong)(yong)普通(tong)滾(gun)珠軸(zhou)承(cheng)(cheng)，用(yong)(yong)交流力矩電機驅(qu)動，角(jiao)位(wei)置測(ce)量元(yuan)(yuan)件(jian)采(cai)用(yong)(yong)滾(gun)珠與微(wei)動開關(guan)，由(you)于采(cai)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)件(jian)精度比(bi)(bi)較低，加上沒有經驗可以借鑒，該轉臺(tai)(tai)(tai)存在(zai)許(xu)多缺點，精度也只能達(da)到角(jiao)分(fen)(fen)級，實際(ji)上沒有投入使(shi)用(yong)(yong)。隨(sui)后，美(mei)國(guo)的(de)(de)(de)(de)歐(ou)思一(yi)(yi)伊利諾斯公(gong)司(si)(si)(si)的(de)(de)(de)(de)菲克(ke)(Fecker)系統分(fen)(fen)公(gong)司(si)(si)(si)又研(yan)制出了(le)T-800型伺服轉臺(tai)(tai)(tai)，它標志著美(mei)國(guo)的(de)(de)(de)(de)轉臺(tai)(tai)(tai)設(she)計(ji)已(yi)經達(da)到了(le)一(yi)(yi)個新(xin)水平。六十(shi)年代(dai)開始對轉臺(tai)(tai)(tai)的(de)(de)(de)(de)重(zhong)要部件(jian)如(ru)軸(zhou)承(cheng)(cheng)、驅(qu)動馬達(da)和(he)(he)監測(ce)元(yuan)(yuan)件(jian)進行(xing)了(le)系統的(de)(de)(de)(de)改(gai)進，研(yan)制成功了(le)專用(yong)(yong)于轉臺(tai)(tai)(tai)的(de)(de)(de)(de)空氣軸(zhou)承(cheng)(cheng)和(he)(he)液壓軸(zhou)承(cheng)(cheng)，大(da)調速比(bi)(bi)、高(gao)精度的(de)(de)(de)(de)液壓馬達(da)和(he)(he)高(gao)分(fen)(fen)辨(bian)率的(de)(de)(de)(de)檢測(ce)元(yuan)(yuan)件(jian)，把轉臺(tai)(tai)(tai)的(de)(de)(de)(de)技術水平推(tui)向(xiang)了(le)一(yi)(yi)個新(xin)臺(tai)(tai)(tai)階。同時誕(dan)生了(le)一(yi)(yi)些專業生產轉臺(tai)(tai)(tai)的(de)(de)(de)(de)公(gong)司(si)(si)(si)，如(ru)美(mei)國(guo)的(de)(de)(de)(de)CGC(Contraves-Goerz Corporation現己改(gai)組)公(gong)司(si)(si)(si)、Carco公(gong)司(si)(si)(si)(Carco Electronics，現已(yi)并入歐(ou)洲的(de)(de)(de)(de)Acutronic公(gong)司(si)(si)(si))、德國(guo)的(de)(de)(de)(de)MBB公(gong)司(si)(si)(si)等。

　　我(wo)國(guo)(guo)的轉臺(tai)(tai)研制(zhi)(zhi)(zhi)雖然比發達(da)國(guo)(guo)家起步(bu)晚，但這(zhe)(zhe)些年(nian)來也取得了一(yi)定(ding)的成(cheng)就(jiu)(jiu)，特(te)別(bie)是近幾年(nian)來，轉臺(tai)(tai)的研制(zhi)(zhi)(zhi)得到了很大的發展。目前，國(guo)(guo)內也有很多研究(jiu)機(ji)構和(he)高(gao)(gao)校在(zai)從事(shi)轉臺(tai)(tai)的研究(jiu)與開(kai)發，例如哈爾濱工業大學、中航303所(suo)、中船6354所(suo)、南京(jing)航空航天大學等。我(wo)國(guo)(guo)在(zai)20世紀60年(nian)代自主研發和(he)制(zhi)(zhi)(zhi)造了第一(yi)臺(tai)(tai)液(ye)壓飛(fei)行(xing)仿真轉臺(tai)(tai)，為我(wo)國(guo)(guo)早期(qi)飛(fei)行(xing)器控(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)和(he)制(zhi)(zhi)(zhi)導系統的發展做出(chu)了巨大的貢獻(xian)。進入80年(nian)代后，我(wo)國(guo)(guo)將數(shu)字控(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)引入到了轉臺(tai)(tai)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)中，用軟件實現了復(fu)雜控(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)規律(lv)，參(can)數(shu)調整也比模擬控(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)器方便，將我(wo)國(guo)(guo)的轉臺(tai)(tai)研究(jiu)開(kai)發帶(dai)入了一(yi)個新(xin)的時代。1990年(nian)，中航303所(suo)研制(zhi)(zhi)(zhi)成(cheng)功了SGT 1型三(san)(san)軸捷聯慣導測(ce)試轉臺(tai)(tai)，這(zhe)(zhe)是我(wo)國(guo)(guo)第一(yi)臺(tai)(tai)計(ji)(ji)算機(ji)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)的高(gao)(gao)精(jing)度三(san)(san)軸慣導測(ce)試臺(tai)(tai)。進入90年(nian)代以來，轉臺(tai)(tai)的研制(zhi)(zhi)(zhi)進入了數(shu)字和(he)模擬的要求也越(yue)來越(yue)高(gao)(gao)，這(zhe)(zhe)就(jiu)(jiu)對轉臺(tai)(tai)的設(she)計(ji)(ji)和(he)整定(ding)提出(chu)了更高(gao)(gao)的要求。

　　國內(nei)(nei)也(ye)研(yan)制了(le)許多不同形式(shi)不同用(yong)途的(de)精密伺(si)服轉臺，從國內(nei)(nei)產品上(shang)看(kan)在(zai)相(xiang)同結構剛度的(de)前提下國內(nei)(nei)產品做(zuo)的(de)較(jiao)重(zhong)，載(zai)荷較(jiao)小，這給小型(xing)化、機(ji)動性帶來(lai)很大困難。由于(yu)國外(wai)相(xiang)關產品進口始終處于(yu)嚴(yan)控狀態。因此只能立足于(yu)自己(ji)研(yan)制。而(er)自己(ji)研(yan)制需要解(jie)決的(de)問題是如何在(zai)結構上(shang)做(zuo)到輕(qing)質量高(gao)剛度、高(gao)精度。

　　1.1.1轉臺的分類(lei)

　　飛行(xing)(xing)仿(fang)真轉臺是(shi)半實物飛行(xing)(xing)仿(fang)真試驗(yan)系統(tong)(tong)中必不(bu)可少(shao)的關鍵(jian)設備，它能夠在實驗(yan)室條件(jian)下真實地(di)模擬飛行(xing)(xing)器(qi)(qi)在空中飛行(xing)(xing)時(shi)的各種姿(zi)態(tai)，復現其(qi)動力學特征(zheng)，從而對飛行(xing)(xing)器(qi)(qi)的飛行(xing)(xing)控(kong)制系統(tong)(tong)或導(dao)航制導(dao)系統(tong)(tong)進行(xing)(xing)仿(fang)真和測試，并據此對其(qi)設計(ji)和改進，以(yi)達到理(li)想的性能指標。

　　飛(fei)行仿(fang)真轉(zhuan)臺的分類方法(fa)有很多種，現簡述如(ru)下(xia)：

　　1、按飛行仿真(zhen)轉(zhuan)臺所采用的伺服系統能(neng)源種類區分(fen)，可以(yi)分(fen)成兩類：

　　（1）電動轉(zhuan)臺：控(kong)制臺體運動的伺(si)服系統全部是電氣(qi)伺(si)服系統。

　　（2）電(dian)氣(qi)-液壓(ya)轉臺（簡稱液壓(ya)轉臺）：控制臺體(ti)運動的(de)伺(si)服系統是電(dian)氣(qi)一液壓(ya)伺(si)服系統。

　　2、按飛行仿真轉臺采用(yong)的伺服系統控(kong)制信號(hao)特性(xing)區分，可(ke)以(yi)分成三類：

　　（1）模(mo)擬控(kong)制式轉臺:轉臺伺服系統中(zhong)的控(kong)制信號是模(mo)擬量。

　　（2）數字(zi)控制式轉臺:轉臺伺服系統(tong)中的控制信號是數字(zi)量。

　　（3）數一模混合控制(zhi)式轉(zhuan)臺：轉(zhuan)臺伺服系統中的(de)控制(zhi)信號(hao)為上述兩種控制(zhi)信號(hao)兼有(you)，即(ji)既有(you)模擬量(liang)，也有(you)數字量(liang)。

　　3、按飛行仿(fang)真轉臺(tai)臺(tai)面(mian)所(suo)復現的(de)角運動的(de)自由(you)度區分，可(ke)分為：

　　（1）一自由度：臺面運(yun)動(dong)只(zhi)有(you)一個自由度，也稱單軸轉臺，它只(zhi)能模仿飛行器在一個平面內的(de)角運(yun)動(dong)。

　　（2）二自由(you)度：臺面有兩(liang)個角運動的自由(you)度，也稱(cheng)雙軸(zhou)轉臺。

　　（3）三自由(you)度：臺面運(yun)(yun)動(dong)具有三個角(jiao)運(yun)(yun)動(dong)的(de)自由(you)度，也稱(cheng)三軸轉臺。

　　（4）五自(zi)由(you)度：臺體具(ju)有(you)跟(gen)蹤飛(fei)行器(qi)三(san)個角運動姿(zi)態模擬和跟(gen)蹤目(mu)標兩個角運動模擬，也(ye)稱(cheng)五軸臺。

　　1.1.2轉臺的功能

　　轉臺系統具(ju)備如(ru)下功能：

　　（1）轉角(jiao)位置(zhi)伺服控制

　　轉臺工作在位(wei)置(zhi)伺服控制力一式，可以按給(gei)定位(wei)置(zhi)指令要求伺服調節各框的位(wei)置(zhi)，并(bing)具有所要求的頻率(lv)響(xiang)應品質(zhi)。

　　（2）轉角(jiao)速(su)度伺服(fu)控制

　　轉臺工作在速度伺服(fu)控(kong)制方式，可(ke)以按給定速度指令(ling)要求(qiu)伺服(fu)調節各(ge)框的速度，并具有所要求(qiu)的頻率響應品(pin)質。

　　（3）轉(zhuan)臺限位告警

　　轉(zhuan)(zhuan)臺(tai)限(xian)(xian)位(wei)有軟限(xian)(xian)位(wei)和硬(ying)限(xian)(xian)位(wei)兩(liang)種:轉(zhuan)(zhuan)臺(tai)的軟限(xian)(xian)位(wei)是在(zai)控制器面板上(shang)任(ren)意設置限(xian)(xian)位(wei)值，當轉(zhuan)(zhuan)臺(tai)轉(zhuan)(zhuan)角大(da)于軟限(xian)(xian)位(wei)值時(shi)，由(you)(you)軟件程序處(chu)理發出限(xian)(xian)位(wei)告警(jing)指(zhi)示和保護指(zhi)令。轉(zhuan)(zhuan)臺(tai)硬(ying)限(xian)(xian)位(wei)由(you)(you)安裝(zhuang)在(zai)臺(tai)體的限(xian)(xian)位(wei)開關實現，當轉(zhuan)(zhuan)臺(tai)的轉(zhuan)(zhuan)角大(da)于硬(ying)限(xian)(xian)位(wei)值時(shi)，限(xian)(xian)位(wei)開關閉合(he)，接通(tong)轉(zhuan)(zhuan)臺(tai)的保護與告警(jing)電(dian)路，轉(zhuan)(zhuan)臺(tai)轉(zhuan)(zhuan)入(ru)保護動作。

　　（4）轉臺保(bao)護(hu)告(gao)警

　　轉(zhuan)(zhuan)臺(tai)(tai)(tai)(tai)的(de)保護：功率放大(da)器(qi)故障、轉(zhuan)(zhuan)臺(tai)(tai)(tai)(tai)越位(wei)、手動(dong)應急等。當出(chu)現(xian)轉(zhuan)(zhuan)臺(tai)(tai)(tai)(tai)保護時，轉(zhuan)(zhuan)臺(tai)(tai)(tai)(tai)控制器(qi)響應動(dong)作為:轉(zhuan)(zhuan)臺(tai)(tai)(tai)(tai)位(wei)置閉環控制回路(lu)為低(di)增益，轉(zhuan)(zhuan)臺(tai)(tai)(tai)(tai)位(wei)置環輸入為零，切斷功率放大(da)器(qi)的(de)伺服(fu)電源，轉(zhuan)(zhuan)臺(tai)(tai)(tai)(tai)伺服(fu)電機與功率放大(da)器(qi)脫離，轉(zhuan)(zhuan)臺(tai)(tai)(tai)(tai)伺服(fu)電機線圈短接。

　　（5）轉角的實時顯示(shi)

　　轉臺(tai)控制器能提供轉臺(tai)轉角的實現數值(zhi)顯示，一般轉角指示分(fen)辨率(lv)0.01°。

　　（6）微機監控

　　轉臺數字控制(zhi)器采用微機(ji)數字控制(zhi)，轉臺控制(zhi)具有與上(shang)位(wei)(wei)微機(ji)接口的(de)能力。轉臺控制(zhi)器可以接受監(jian)控器的(de)指令或上(shang)位(wei)(wei)微機(ji)的(de)指令，并可使轉臺的(de)位(wei)(wei)置傳送到上(shang)位(wei)(wei)微機(ji)。

　　（7）緊急停車

　　當(dang)出現異(yi)常情況(kuang)時，或(huo)當(dang)操作(zuo)人員(yuan)認為(wei)必要(yao)時，可以按下(xia)應急(ji)鍵，使轉(zhuan)臺控制系統進(jin)入緊(jin)急(ji)停車狀態(tai)。當(dang)轉(zhuan)臺進(jin)入緊(jin)急(ji)停車狀態(tai)時，轉(zhuan)臺的控制動(dong)作(zuo)與保護(hu)動(dong)作(zuo)相(xiang)同(tong)。

　　1.2伺服技術(shu)發展狀況

　　伺(si)(si)服控(kong)制技術的(de)發展是和控(kong)制理論及控(kong)制器件的(de)發展緊密相連，功(gong)率驅(qu)動(dong)裝置的(de)發展歷史(shi)就(jiu)是伺(si)(si)服控(kong)制技術的(de)歷史(shi)。世界(jie)上第一(yi)個伺(si)(si)服系統是由美國麻省理工學院輻(fu)射實驗室于(yu)1944年(nian)研制成功(gong)的(de)火炮自(zi)動(dong)跟(gen)蹤目標伺(si)(si)服系統。這種早(zao)期的(de)伺(si)(si)服系統是采用交磁(ci)電機(ji)擴大(da)(da)機(ji)—直(zhi)流電動(dong)機(ji)的(de)驅(qu)動(dong)方式(shi)，由于(yu)交磁(ci)電機(ji)的(de)頻率響應(ying)差(cha)，電動(dong)機(ji)轉動(dong)部分的(de)轉動(dong)慣(guan)量及電氣時間常數(shu)都(dou)比較大(da)(da)，因此響應(ying)速度比較慢。

　　第二次世(shi)界大戰期間(jian)，由(you)于軍事上(shang)的(de)(de)(de)需要(yao)(yao)，武器(qi)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)和(he)(he)(he)飛(fei)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)控(kong)制(zhi)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)以及(ji)加工復雜零(ling)件的(de)(de)(de)機(ji)(ji)床控(kong)制(zhi)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)均(jun)提出了(le)大功率、高精(jing)度(du)、快響應(ying)的(de)(de)(de)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)要(yao)(yao)求。首(shou)先液壓伺(si)(si)(si)服(fu)(fu)(fu)技(ji)(ji)術迅(xun)速得到發(fa)(fa)(fa)展，到了(le)50年(nian)代(dai)末、60年(nian)代(dai)初，有關(guan)電(dian)(dian)(dian)液伺(si)(si)(si)服(fu)(fu)(fu)計算(suan)的(de)(de)(de)基(ji)本理論(lun)日(ri)趨完(wan)善(shan)，電(dian)(dian)(dian)液伺(si)(si)(si)服(fu)(fu)(fu)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)被廣泛應(ying)用于武器(qi)、軍艦、航空、航天等(deng)(deng)(deng)軍事部門(men)及(ji)高精(jing)度(du)機(ji)(ji)床控(kong)制(zhi)。伴隨(sui)機(ji)(ji)電(dian)(dian)(dian)伺(si)(si)(si)服(fu)(fu)(fu)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)元(yuan)氣件性能(neng)的(de)(de)(de)突破(po)，尤其(qi)是(shi)(shi)1957年(nian)可控(kong)的(de)(de)(de)大功率半導體器(qi)件—晶(jing)(jing)(jing)閘管問世(shi)，由(you)它組成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)靜止(zhi)式可控(kong)整流裝(zhuang)置無(wu)論(lun)在運(yun)行性能(neng)還是(shi)(shi)可靠性都(dou)表現出明(ming)顯的(de)(de)(de)優勢，二十世(shi)紀70年(nian)代(dai)以來，國際上(shang)電(dian)(dian)(dian)力(li)電(dian)(dian)(dian)子(zi)技(ji)(ji)術突飛(fei)猛進(jin)(jin)，推出了(le)新一(yi)代(dai)的(de)(de)(de)開和(he)(he)(he)關(guan)都(dou)能(neng)控(kong)制(zhi)的(de)(de)(de)“全(quan)控(kong)式”電(dian)(dian)(dian)力(li)電(dian)(dian)(dian)子(zi)器(qi)件，如(ru)晶(jing)(jing)(jing)閘管、大功率晶(jing)(jing)(jing)體管、場效(xiao)應(ying)管等(deng)(deng)(deng)。與此(ci)同時，稀土永磁材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)發(fa)(fa)(fa)展和(he)(he)(he)電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)技(ji)(ji)術的(de)(de)(de)進(jin)(jin)步，相繼研制(zhi)出了(le)力(li)矩電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)、印制(zhi)繞組電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)、無(wu)槽(cao)電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)、大慣量寬(kuan)(kuan)調(diao)速電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)等(deng)(deng)(deng)執行元(yuan)件，并與脈寬(kuan)(kuan)調(diao)制(zhi)式變壓器(qi)相配(pei)合(he)(he)，進(jin)(jin)一(yi)步改(gai)善(shan)了(le)伺(si)(si)(si)服(fu)(fu)(fu)性能(neng)。控(kong)制(zhi)技(ji)(ji)術的(de)(de)(de)發(fa)(fa)(fa)展不斷對(dui)伺(si)(si)(si)服(fu)(fu)(fu)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)的(de)(de)(de)性能(neng)提出更高的(de)(de)(de)要(yao)(yao)求，近年(nian)來，隨(sui)著數字技(ji)(ji)術和(he)(he)(he)計算(suan)機(ji)(ji)技(ji)(ji)術的(de)(de)(de)高速發(fa)(fa)(fa)展，新型傳感(gan)器(qi)件的(de)(de)(de)大量涌現，使(shi)得伺(si)(si)(si)服(fu)(fu)(fu)驅動控(kong)制(zhi)技(ji)(ji)術有了(le)顯著進(jin)(jin)步。特(te)別(bie)是(shi)(shi)將(jiang)計算(suan)機(ji)(ji)與伺(si)(si)(si)服(fu)(fu)(fu)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)相結合(he)(he)，使(shi)計算(suan)機(ji)(ji)成(cheng)(cheng)為伺(si)(si)(si)服(fu)(fu)(fu)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)中(zhong)的(de)(de)(de)一(yi)個(ge)環節(jie)，在伺(si)(si)(si)服(fu)(fu)(fu)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)中(zhong)利(li)用計算(suan)機(ji)(ji)來完(wan)成(cheng)(cheng)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)的(de)(de)(de)校正、改(gai)變伺(si)(si)(si)服(fu)(fu)(fu)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)的(de)(de)(de)增益、帶寬(kuan)(kuan)、完(wan)成(cheng)(cheng)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)管理、監控(kong)等(deng)(deng)(deng)任務(wu)，使(shi)伺(si)(si)(si)服(fu)(fu)(fu)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)向(xiang)智能(neng)化(hua)，數字化(hua)的(de)(de)(de)方(fang)向(xiang)發(fa)(fa)(fa)展。伺(si)(si)(si)服(fu)(fu)(fu)控(kong)制(zhi)技(ji)(ji)術新的(de)(de)(de)發(fa)(fa)(fa)展和(he)(he)(he)變化(hua)的(de)(de)(de)主要(yao)(yao)方(fang)面如(ru)下(xia)：

　　（1）從直流(liu)伺服驅動(dong)系統向交流(liu)伺服驅動(dong)系統的發展趨勢(shi)

　　20世(shi)紀以來，在(zai)需要(yao)可(ke)逆(ni)、可(ke)調速(su)與高性(xing)能(neng)的(de)電(dian)氣(qi)傳(chuan)動(dong)(dong)技(ji)術(shu)領域，相當長的(de)時期內幾乎都是采用(yong)直流電(dian)氣(qi)傳(chuan)動(dong)(dong)系統。隨著(zhu)電(dian)力(li)電(dian)子學、微電(dian)子技(ji)術(shu)、現代(dai)電(dian)機(ji)控制理論(lun)和計算(suan)機(ji)技(ji)術(shu)的(de)發(fa)(fa)展，為交(jiao)流電(dian)氣(qi)傳(chuan)動(dong)(dong)產(chan)品的(de)開發(fa)(fa)創(chuang)造(zao)了(le)有(you)利條件，使(shi)得交(jiao)流傳(chuan)動(dong)(dong)逐漸(jian)具(ju)備了(le)寬調速(su)范圍、高穩(wen)速(su)精度、快速(su)動(dong)(dong)態(tai)響(xiang)應等良好的(de)技(ji)術(shu)性(xing)能(neng)，并實(shi)現了(le)交(jiao)流調速(su)裝置(zhi)的(de)產(chan)品系列化，由于其良好的(de)技(ji)術(shu)性(xing)能(neng)，取代(dai)直流電(dian)動(dong)(dong)機(ji)調速(su)傳(chuan)動(dong)(dong)己(ji)是必然(ran)的(de)發(fa)(fa)展趨勢。

　　（2）從模擬伺服系統(tong)(tong)向數字伺服系統(tong)(tong)的(de)發展趨勢(shi)

　　在(zai)我國，數(shu)字伺(si)(si)(si)服系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)研究(jiu)已由實(shi)驗室(shi)研究(jiu)階(jie)段步入應用(yong)階(jie)段，在(zai)許多(duo)(duo)行業已批(pi)量生產(chan)，數(shu)字伺(si)(si)(si)服系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)在(zai)大多(duo)(duo)數(shu)應用(yong)場合取代模擬伺(si)(si)(si)服系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)將是必(bi)然趨(qu)(qu)勢(shi)(shi)，產(chan)生這一趨(qu)(qu)勢(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)原因如下:自動控(kong)(kong)制(zhi)理論(lun)和計算機(ji)(ji)技(ji)術是數(shu)字伺(si)(si)(si)服系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)技(ji)術的(de)(de)(de)(de)兩(liang)個(ge)最(zui)主要依托。自動控(kong)(kong)制(zhi)理論(lun)的(de)(de)(de)(de)高速發展，為數(shu)字伺(si)(si)(si)服系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)研制(zhi)者提供了(le)(le)不少新的(de)(de)(de)(de)控(kong)(kong)制(zhi)規(gui)律以及相(xiang)應的(de)(de)(de)(de)分析和綜(zong)合方法；計算機(ji)(ji)技(ji)術的(de)(de)(de)(de)飛速發展，為數(shu)字伺(si)(si)(si)服系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)研制(zhi)者提供了(le)(le)實(shi)現這些控(kong)(kong)制(zhi)規(gui)律的(de)(de)(de)(de)現實(shi)可能性。以計算機(ji)(ji)作(zuo)為控(kong)(kong)制(zhi)器、基于現代控(kong)(kong)制(zhi)理論(lun)的(de)(de)(de)(de)伺(si)(si)(si)服系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)，其(qi)品質指(zhi)標無論(lun)是穩態，還(huan)是動態都相(xiang)應達到了(le)(le)前所(suo)未(wei)有的(de)(de)(de)(de)水平，比(bi)模擬式伺(si)(si)(si)服系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)高得(de)多(duo)(duo)。

　　（3）從經典傳統伺服(fu)控制向現代伺服(fu)控制的發展趨勢

　　應(ying)用(yong)經(jing)(jing)典理論(lun)(lun)來分析伺服系統(tong)(tong)(tong)，首先必(bi)須建立數學模(mo)(mo)(mo)型，但(dan)是由于許多(duo)因素難以一一考慮，許多(duo)參數難以精(jing)確(que)確(que)定，這種(zhong)數學模(mo)(mo)(mo)型常(chang)常(chang)不能很好地反映系統(tong)(tong)(tong)的(de)(de)(de)實際情況，有(you)時甚至會得出(chu)錯誤的(de)(de)(de)結論(lun)(lun)。60年代前后發展起來的(de)(de)(de)現代控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)理論(lun)(lun)適應(ying)了計算機的(de)(de)(de)發展，具(ju)有(you)許多(duo)經(jing)(jing)典理論(lun)(lun)難以比(bi)擬的(de)(de)(de)優(you)點(dian)。現代控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)理論(lun)(lun)在伺服系統(tong)(tong)(tong)中(zhong)將得到廣泛(fan)的(de)(de)(de)應(ying)用(yong)，如模(mo)(mo)(mo)糊控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)，自適應(ying)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)，專家控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)、最(zui)優(you)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)等先進的(de)(de)(de)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)策略。

　　（4）高精度發展的(de)趨勢

　　隨(sui)著(zhu)伺服(fu)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)系統(tong)所用(yong)的(de)器件的(de)高(gao)速發展(zhan)、先進的(de)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)算法在伺服(fu)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)的(de)應(ying)用(yong)和(he)位置測量元件的(de)測量精(jing)度(du)(du)的(de)提(ti)高(gao)，使伺服(fu)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)系統(tong)向高(gao)速、高(gao)精(jing)度(du)(du)方向發展(zhan)，以適應(ying)現代國(guo)民經濟的(de)發展(zhan)要求。

　　1.3伺服控制技(ji)術的特(te)征(zheng)

　　伺服控(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)技(ji)術是自動化學科中與產業部(bu)門聯(lian)系最緊密、服務最廣泛的(de)一個分支。它經歷了發電(dian)動機(ji)(ji)(ji)系統、交磁電(dian)機(ji)(ji)(ji)擴大(da)機(ji)(ji)(ji)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)、晶閘(zha)管控(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)、晶體管控(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)、集成(cheng)電(dian)路控(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)、計(ji)算機(ji)(ji)(ji)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)的(de)發展過程，至今(jin)進(jin)入了全新的(de)鼎(ding)盛時(shi)期。現代伺服控(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)技(ji)術的(de)主(zhu)要特征為：

　　（1）全控型(xing)電(dian)力電(dian)子器件組(zu)成的(de)脈沖寬度調制技術在伺服系(xi)統中(zhong)廣泛應用。

　　（2）各種(zhong)伺(si)服(fu)控制(zhi)元件與線路向著集(ji)成(cheng)化(hua)、功(gong)能化(hua)、模塊化(hua)、智能化(hua)、便于計算機控制(zhi)的(de)方(fang)向發展。

　　（3）伺服(fu)系統(tong)的可靠性設計及自診(zhen)斷(duan)技術(shu)伴隨著系統(tong)功能(neng)(neng)、性能(neng)(neng)復(fu)雜(za)化(hua)程度(du)的升級(ji)而受到人們(men)的普遍重(zhong)視。

　　1.4伺服系統的(de)組(zu)成

　　伺(si)服系統(tong)是用(yong)來控制(zhi)被控對(dui)象的(de)某種狀態（一般是轉角(jiao)和位移），使(shi)其(qi)能(neng)自動(dong)地、連續地、精確地復(fu)現(xian)輸(shu)入信號的(de)變化規律。它的(de)組成(cheng)有(you)(you)檢測(ce)裝置(zhi)，用(yong)來檢測(ce)系統(tong)的(de)輸(shu)出信號，有(you)(you)放(fang)大裝置(zhi)和執行部件，為(wei)使(shi)各部件之(zhi)間(jian)有(you)(you)效地組配和使(shi)系統(tong)具有(you)(you)良好的(de)工作品(pin)質(zhi)，一般還(huan)有(you)(you)信號轉換線路和補償(chang)裝置(zhi)，相應的(de)能(neng)源設備(bei)(bei)、保(bao)護裝置(zhi)、控制(zhi)設備(bei)(bei)和其(qi)它輔助設備(bei)(bei)。

　　1.5研制高精度(du)伺服轉臺系統的(de)背景和意義

　　在軍(jun)事上，雷達天線的(de)自動瞄準跟蹤控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)，高射炮(pao)，戰(zhan)術導彈發射架的(de)瞄準運(yun)(yun)動控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)，坦克，軍(jun)艦的(de)炮(pao)塔(ta)運(yun)(yun)動控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)等都(dou)是基(ji)于對(dui)二維數控(kong)轉臺(tai)的(de)運(yun)(yun)動控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)，所(suo)以對(dui)其進行研究有(you)重(zhong)要的(de)現實(shi)意義。所(suo)以說轉臺(tai)性能(neng)的(de)優劣直(zhi)接(jie)關系到仿(fang)真(zhen)試(shi)驗(yan)的(de)可靠(kao)性和置信度，是保證航(hang)(hang)空航(hang)(hang)天型號產品(pin)及武器系統(tong)精度和性能(neng)的(de)基(ji)礎，在航(hang)(hang)空航(hang)(hang)天工業(ye)和國防建設(she)的(de)發展中具有(you)重(zhong)要的(de)意義。轉臺(tai)也是機電實(shi)驗(yan)室(shi)中常用(yong)的(de)實(shi)驗(yan)設(she)備(bei)，對(dui)提高實(shi)驗(yan)室(shi)科(ke)技水平有(you)著(zhu)重(zhong)要的(de)意義。

　　在(zai)現代戰(zhan)(zhan)爭中，電(dian)子(zi)戰(zhan)(zhan)所發揮(hui)的(de)作用(yong)越來越重(zhong)要，如兩(liang)次(ci)海灣戰(zhan)(zhan)爭，美(mei)國為(wei)首(shou)的(de)多國部(bu)隊充分發揮(hui)了電(dian)子(zi)對抗設備的(de)綜(zong)合效能，使(shi)其獲得(de)了戰(zhan)(zhan)爭的(de)巨大成(cheng)功。海灣戰(zhan)(zhan)爭的(de)大量生動的(de)事實(shi)，使(shi)我(wo)看到(dao)了現代戰(zhan)(zhan)爭的(de)含義和電(dian)子(zi)戰(zhan)(zhan)重(zhong)要性。我(wo)國周邊(bian)地區(qu)局(ju)勢不容(rong)樂(le)觀，特別是(shi)維護我(wo)國領(ling)土的(de)完整性，對有(you)分裂(lie)趨(qu)向的(de)勢力保(bao)持有(you)足夠的(de)威懾力，在(zai)現代戰(zhan)(zhan)爭中，發展電(dian)子(zi)對抗系(xi)統(tong)是(shi)非常必要的(de)。

　　過去，在電子戰的(de)(de)領域中，人們只注(zhu)意偵察、預警設(she)備(bei)(bei)和各種干擾手段的(de)(de)發展，往往忽(hu)略(lve)了如何將它們有(you)(you)機地結合(he)起(qi)來發揮更有(you)(you)效的(de)(de)作(zuo)用。將這些設(she)備(bei)(bei)有(you)(you)機地結合(he)起(qi)來，必須要有(you)(you)高(gao)性(xing)能(neng)的(de)(de)控制(zhi)平臺，這就需要對雷達伺(si)服(fu)控制(zhi)系統的(de)(de)跟蹤、定(ding)位精度有(you)(you)更高(gao)的(de)(de)要求(qiu)，研制(zhi)高(gao)性(xing)能(neng)的(de)(de)伺(si)服(fu)控制(zhi)系統對國防事(shi)業有(you)(you)著重要的(de)(de)作(zuo)用。

　　國內(nei)相關單位對轉臺伺服研究(jiu)主(zhu)要集中在以下三個方面(mian)：

　　（1）對用(yong)于慣導測試和(he)運動仿(fang)真(zhen)的(de)轉(zhuan)(zhuan)臺(tai)(tai)(tai)研究(jiu)，用(yong)于此目(mu)的(de)伺服(fu)轉(zhuan)(zhuan)臺(tai)(tai)(tai)的(de)技術指標(biao)高，如中(zhong)航303所研制(zhi)的(de)單(dan)軸(zhou)(zhou)，雙軸(zhou)(zhou)，三軸(zhou)(zhou)慣導測試和(he)運動仿(fang)真(zhen)設(she)備的(de)伺服(fu)轉(zhuan)(zhuan)臺(tai)(tai)(tai)系(xi)統，它們典型的(de)技術指標(biao)為(wei)角度精度是±2~±30"，其中(zhong)TDC-2型陀螺(luo)動態參數測試系(xi)統的(de)轉(zhuan)(zhuan)臺(tai)(tai)(tai)精度在±2"，STS-210P型單(dan)自由度目(mu)標(biao)視(shi)線運動仿(fang)真(zhen)器(qi)，另外(wai)如航天一(yi)院102所研制(zhi)的(de)DSW-O1單(dan)軸(zhou)(zhou)速率位置轉(zhuan)(zhuan)臺(tai)(tai)(tai)的(de)性能指標(biao)，位置分辨率為(wei)0.005，中(zhong)船6354所的(de)ST-160，ST-380型單(dan)軸(zhou)(zhou)位置轉(zhuan)(zhuan)臺(tai)(tai)(tai)。

　　（2）對數控(kong)機床(chuang)的伺服轉臺的研制。

　　（3）對(dui)雷達(da)伺服(fu)轉(zhuan)臺(tai)的(de)(de)研(yan)究，如(ru)航天二院203所研(yan)制的(de)(de)計算機控制的(de)(de)轉(zhuan)臺(tai)裝置，2000年東南(nan)大學科技(ji)成果《EMC自(zi)動(dong)測試用(yong)轉(zhuan)臺(tai)和天線塔》，北京友信科技(ji)集團的(de)(de)URT-L-O1雷達(da)仿真轉(zhuan)臺(tai)。在雷達(da)轉(zhuan)臺(tai)伺服(fu)系統(tong)中，高(gao)精度(du)的(de)(de)產品還比(bi)較少，為了(le)加(jia)快雷達(da)伺服(fu)轉(zhuan)臺(tai)的(de)(de)技(ji)術水平(ping)，適(shi)應國(guo)防技(ji)術的(de)(de)需要(yao)，很有必要(yao)研(yan)究高(gao)精度(du)的(de)(de)雷達(da)轉(zhuan)臺(tai)伺服(fu)系統(tong)。

　　2.1二維轉臺關鍵技術指(zhi)標參(can)考

　　承載能力： > 8.0 kg

　　臺面(mian)平(ping)面(mian)度： ≤0.01mm

　　臺面跳動量： ≤0.01mm

　　軸線(xian)垂直度： ≤5"

　　水(shui)平(ping)轉速： 0.1～50°/s

　　水平轉動范圍： 360°

　　俯仰轉速： 0.01～50°/s

　　俯(fu)仰轉動范圍： -20～90°

　　角速率平穩度(du)： ≤0.005°/s(360°平均)

　　最大轉動角加速(su)度： ≥25°/s2

　　水平、俯仰(yang)角速度精(jing)度：≤0.05mil/s(保精(jing)度角速度0.01～30°/s)

　　水(shui)平、俯(fu)仰(yang)角分辨率： ≤1"

　　測量準確度： ≤10"

　　2.2二維轉(zhuan)臺的結構(gou)設計

　　常見二維轉臺(tai)整體布局分為T型(xing)和U型(xing)兩種。轉臺(tai)結(jie)構形式總體設計確(que)定T型(xing)結(jie)構形式。

　　T型為方位軸(zhou)在下，俯仰軸(zhou)在上(shang)的(de)布(bu)局優(you)點是結構(gou)緊湊，占用空間(jian)小，適合(he)于(yu)多傳感(gan)器共用，傳感(gan)器更換方便，適合(he)用于(yu)其(qi)它大型器件的(de)零(ling)部件。

　　由方位(wei)座(zuo)與俯(fu)仰座(zuo)構(gou)(gou)成精密伺(si)服轉臺(tai)。系(xi)統(tong)結(jie)構(gou)(gou)示意圖如圖2.1。方位(wei)底座(zuo)和(he)俯(fu)仰箱(xiang)體是軸(zhou)系(xi)的(de)支撐體，其(qi)結(jie)構(gou)(gou)形(xing)式(shi)(shi)和(he)選(xuan)材(cai)將是非常關鍵(jian)。在滿足(zu)結(jie)構(gou)(gou)剛度要求(qiu)的(de)前(qian)提下，選(xuan)用合理的(de)結(jie)構(gou)(gou)形(xing)式(shi)(shi)，盡量(liang)減輕(qing)座(zuo)體的(de)重量(liang)，并通過適(shi)當的(de)熱處理工藝，提高其(qi)機械(xie)性能。

　　為(wei)了(le)確保(bao)精密(mi)轉(zhuan)臺的使用(yong)和維修方(fang)便，設計還需(xu)考慮(lv)以下措(cuo)施：

　　（1）采取降(jiang)額設(she)計，增加安全(quan)系(xi)數，確保系(xi)統安全(quan)可靠地工作(zuo)。

　　（2）驅(qu)動電機(ji)采用直接安裝(zhuang)，減(jian)少安裝(zhuang)誤差，確(que)保系統的可(ke)靠性和精度要求。

　　（3）轉臺設限位裝置(zhi)和(he)機(ji)電(dian)聯鎖裝置(zhi)。

　　（4）采用密封措施，嚴(yan)防雨水(shui)、塵土(tu)進入腔體(ti)。

　　（5）對(dui)關(guan)鍵結構件采用多種(zhong)工(gong)藝處理，提高其機械性能和(he)抗腐蝕(shi)能力。

　　（1）導(dao)電環的選擇：根據設計要求，應保(bao)證導(dao)電環路不少與40環，為安全及個方(fang)面考(kao)慮，備用環路保(bao)留12環。

　　導電(dian)環(huan)主要技(ji)術性能(neng)指標參考：

　　1）設(she)計環路：52 環，合(he)格(ge)環路：50 環

　　2）環(huan)路電流(liu)：信號(hao)環(huan)3A/42環(huan)，功率環(huan)5A/8環(huan)

　　3）環材料：H62表面鍍(du)覆(fu)貴金屬

　　4）刷材料：AuNi9絲-Φ0.5，Ra < 0.2

　　5）絕緣(yuan)電阻（環-環、環-殼(ke)）：> 500MΩ/500V.DC

　　6）抗(kang)電強度（環-環、環-殼）：500V/50Hz.AC.lmin

　　7）檢測條件：溫度10～35℃、濕度≯75 %

　　8）環接觸電(dian)阻變化值(zhi)：靜態≯0.005Ω、動態≯0.010Ω

　　9）轉速范(fan)圍：0～300r/min

　　10）使用壽命：1×l07r

　　11）使用環境條件：溫度-45～+50℃、濕(shi)度≯85 %

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