基于重复控制的六自由度转台控制系统
２００９年１１月控制工程Ｎｏｖ．２００９第１６卷９６期ＣｏｎｔｒｏｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｏｆＣｈｉｎａＶ０１．１６，Ｎｏ．６
文章编号：１６７１－７８４８（２００９）０６－０７６０－０４
基于重复控制的六自由度转台控制系统
沈刚，丛大成．代小林，何景峰，韩俊伟
（哈尔滨工业大学电液伺服仿真及试验系统研究所，黑龙江哈尔滨１５０００１）
摘要：在分析六自由度电动转台控制系统工作原理的基础上，针对驱动电动台的永磁
同步电机采用传统ＰＩＤ控制电动台速度时，会产生周期性的速度偏差，致使其控制精度大大
降低这一问题．通过对永磁同步电机的转速环进行数学建模，提出利用重复控制理论来设计
电动台的速度补偿系统的思想，然后对传统ＰＩＤ和重复控制补偿系统２种控制器进行了设计与
仿真，仿真结果表明，经过几个周期后，具有重复补偿的控制系统的跟踪误差逐渐减小，而传
统的ＰＩＤ控制器则一直保持较大的跟踪误差。在Ｍａｔｌａｂ／ＳｉｍｕｌｉｎｋｘＰＣＴａｒｇｅｔ实时开发环境下建
立电动台速度卖时控制系统，采用快速原型控制方式具有系统组建方便、成本低、开发周期短
等特点。试验表明重复拄制补偿系统对转台的速度控制具有很大的改选，从而为电动台的精
确控制奠定了基础。
关键词：六自由度电动转台；重复控制补偿；永磁同步电机；ｘＰＣＴａｒｇｅｔ
中图分类号：ＴＰ２７文献标识码：Ａ
Ｓｉｘ—ＤＯＦＴｕｒｎｔａｂｌｅＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍｓＢａｓｅｄｏｎＲｅｐｅｔｉｔｉｖｅＣｏｎｔｒｏｌ
ＳＨＥＮ铂ｎｇ，ＣＯＮＧＤａ—ｃｈｅｎｇ，ＤＡＩＸｉａｏ－ｔｉｎ，ＨＥＪｉｎｇ－ｆｅｎｇ，ＨＡＮＪｕｎ—ｗｅｉ
（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ０ｆＥｌｅｅｔｒｏｈｙｄａｍｌｉｅＳｅｒｖｏＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ＆ＴｅｓｔＳｙｓｔｅｍ．ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｏｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｔｈａｔｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌａｐｐｌｉｅｄｔｏｓｉｘ－?ＤＯＦｅｌｅｃｔｒｉｃ－－ｄｒｉｖｅｎｔｕｒｎｔａｂｌｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｍａｙｆｏｒｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒ（ＰＭＳＭ）ｍａｙｃａｕｓｅｇｒｅａｔｓｔｅａｄｙ－ｓｔａｔｅｔｒａ（‘ｋｉｎｇｅｒｒｏｒ，ｕｓｉｎｇｒｅｐｅｔｉｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ，ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｓｐｅｅｄｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅｔｕｒｎｔａｂｌｅｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｂｙｂｕｉｌｄｉｎｇａｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｏｔｈｅｓｐｅｅｄｌｏｏｐｏｆＰＭＳＭ．Ｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎ—ａｌＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｔｈｅｒｅｐｅｔｉｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎａｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｓｉｍｕｌａｔｅｄ．ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｒｅ—
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１引言
对于给定结构的六自由度运动模拟器来说，如何充分发挥和挖掘该六自由度运动模拟器的性能潜力，是六自由度运动模拟器控制系统设计的首要任务。采用不同的控制方法，将会对六自由度运动模拟器的特性产生很大影响。但到目前为止，关于六自由度电动转台控制理论、控制系统与关键技术等领域的研究还很粗浅ｕＪ，因此，对电动转台控制理论、控制系统与技术还需要进一步深入的研究。由于电动六自由度转台对速度精度要求较高。而控制速度的永磁同步电机常用ＰＩＤ控制器来补偿周期性的速度偏差信号，难以得到满意的控制品质，会产生很大的跟踪误差。重复控制是日本的Ｉｎｏｕｅ于２０世纪８０年代首先提出来的，用于伺服系统重复轨迹的高精度控制““。和其他的控制规律结合，已经应用于三轴仿真转台的控制系统。“。。本文对重复控制基本理论、设计方法以及六自由度电动转台的控制系统进行了分析和设计，并进行了仿真研究，试验结果表明这种控制系统可以实现对电动转台周期信号的高度补偿。
２系统组成及原理
半实物仿真系统包含了仿真机和六自由度运动平台（简称为摇摆台）两部分㈧。仿真机发送运行命令给摇摆台的控制系统，摇摆台按照该指令实现相应的运动，同时摇摆台将运行状态信息反馈给仿真机，如图１所示。
收稿日期：２００８４）６－１６；收修定稿日期：２００８—１０．１５
作者简介：沈刚（１９８２一）。男，安徽利辛人．博士，主要研究方向为振动台及电动转台电液伺服仿真及ＤＧＳ控制系统等；韩俊伟
（１９６４一），男ｉ教授，博上生导师。
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