Speed fluctuation suppression of the gimbal system with harmonic drive

CHEN Xiangwen; LI Haitao

doi:10.37188/OPE.20223020.2457

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Speed fluctuation suppression of the gimbal system with harmonic drive

Micro/Nano Technology and Fine Mechanics | 更新时间：2022-10-27

- Speed fluctuation suppression of the gimbal system with harmonic drive
- Optics and Precision Engineering Vol. 30, Issue 20, Pages: 2457-2466(2022)
- 作者机构：
  
  1.北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京 100191
  2.北京航空航天大学宁波创新研究院，浙江宁波 315800
  3.北京航空航天大学前沿科学技术创新研究院，北京 100191
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.37188/OPE.20223020.2457
  CLC： TM351
- Received：06 June 2022，
  
  Revised：22 July 2022，
  
  Published：25 October 2022
- 稿件说明：
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陈祥文,李海涛.带有谐波减速器的框架系统速度波动抑制[J].光学精密工程,2022,30(20):2457-2466.

CHEN Xiangwen,LI Haitao.Speed fluctuation suppression of the gimbal system with harmonic drive[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(20):2457-2466.
陈祥文,李海涛.带有谐波减速器的框架系统速度波动抑制[J].光学精密工程,2022,30(20):2457-2466. DOI： 10.37188/OPE.20223020.2457.

CHEN Xiangwen,LI Haitao.Speed fluctuation suppression of the gimbal system with harmonic drive[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(20):2457-2466. DOI： 10.37188/OPE.20223020.2457.

摘要

为了实现带有谐波减速器的间驱式框架系统高精度速度跟踪控制，提出了一种基于位置域迭代学习控制的前馈补偿方法。首先，分析了谐波减速器运动误差导致的负载端角速率波动的位置域周期特性，并在此基础上提出了一种位置域迭代学习前馈补偿方法。该方法通过对框架系统速度调节误差信号进行累加获取前馈补偿信号，通过补偿力矩来抑制转速波动。然后，对迭代学习算法进行了分析，得到了迭代学习的收敛条件和迭代终止条件。最后，利用仿真和试验对所提方法的有效性和可行性进行了验证。结果表明，应用所提的迭代学习前馈补偿方法可使框架系统负载端的转速波动量被抑制30%以上。所提方法实现简单，具有较好的速度波动抑制能力，有效提高了控制力矩陀螺输出力矩精度。

Abstract

To realize high-precision speed tracking control of the gimbal system with harmonic drive， a feedforward compensation method based on the iterative learning control of the position domain is proposed. First， the periodicity characteristics of the load angular speed fluctuation in the position domain， which is caused by the kinematic error of the harmonic drive， are analyzed. According to the analysis results， an iteration compensation method of the position domain is proposed. This method obtains the feedforward compensation signal by accumulating the speed adjustment error signal. The compensation signal compensates the torque to suppress the speed fluctuation. Then， the convergence and iteration termination conditions are obtained by the analysis of the iterative learning algorithm. Finally， the effectiveness and feasibility of the proposed method were verified with simulations and experiments. The results show that the proposed iterative learning feedforward compensation method suppresses the load angular speed fluctuation of the gimbal system by more than 30%. The proposed method is simple to implement and has good velocity fluctuation suppression. Simultaneously， the output torque of the control moment gyro is effectively improved.

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Keywords

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