由测角误差引起的速率波动的补偿伊国兴，马广程，王常虹（哈尔滨工业大学410教研室，黑龙江哈尔滨150001）摘要：由于感应同步器测角系统的误差的存在，相当于在系统的输入端加入了一个干扰，从而在电机控制系统中引起电机速率的波动。该文在感应同步器测角误差的分离技术的基础上提出了利用神经网络并行补偿器来补偿由测角误差引起的速率波动的方法。实际应用的结果证明了利用此补偿器，系统的速率平稳性被大大的提高了。
关键词：感应同步器；测角；神经网络；速率波动
1引言
由于感应同步具有成本低、可靠性好、精度高和易于安装等特点，所以经常被采用作为控制系统的测角组件。在航天测试设备的电机控制系统中发现利用感应同步器作为测角组件时，测角系统的误差将引起被控电机的速率波动，特别是在速率较高时电机的速率平稳行将受到很大的影响。文献[1]给出了感应同步器测角系统误差的分离方法。利用此方法与实际系统的速率曲线可以得出影响系统速率平稳性的主要误差种类，为误差的补偿提供了良好的依据。本文利用神经网络补偿器对系统的测角误差进行了补偿，从而减小了测角误差对系统速率平稳性的影响，抑制系统的速率波动。
2感应同步器测角误差
2.1感应同步器测角误差分类
感应同步器测角误差可以分为三种，长周期一次谐波误差、短周期一次谐波误差和短周期二次谐波误差。文献[1]给出了三种误差的表达式：
长周期一次谐波测角误差
式(1)、(2)、(3)中i=0,1,2,…,n-1；n为感应同步器一周分度误差的测试点数；P为感应同步器的极对数，p=360；下标中的x和y分别表示各次谐波在x轴和y轴上的分量。
2.2测角误差的检测
测角误差的检定采用自准直光管和23面棱体进行检测，因为23无法被360整除，所以上面提到的三种测角误差均能够被检出。感应同步器测角误差检测示意图如图1。表1给出了实际检测的系统测角误差值。其左栏表示受检点的角度位置，右栏表示该点测角误差，单位为秒。利用误差分离技术^[1]可得长周期一次谐波误差的幅值为0.6121"，短周期一次谐波误差的幅值为0.5690"，短周期二次谐波误差的幅值为2.6209"。
3测角误差对电机速率控制的影响
3.1电机数字控制系统
电机的控制系统采用全数字化设计，控制器采用CPU为IntelMMX233的工业控制计算机。系统中采用由昆明某单位研制的高精度感应同步器作为测角原件，电机采用直流力矩电机。测角系统采用旋转变压器和感应同步器精粗耦合式测角方案，其分辨率为0.0001º。系统的采样时间为0.5ms。
3.2测角误差对系统速率平稳性的影响
由于长周期一次谐波的周期为360º，所以它对于速率的平稳性几乎没有影响。影响系统速率平稳性的主要是短周期一次和二次谐波。对于本系统，其误差的主要表现形式为短周期二次谐波，即一度以内的二次谐波误差，这种误差的存在相当于在系统的输入上迭加了一个二次谐波的输入。系统在36º/s和70º/s时的速率曲线（通过实测位置信号差分而得）如图2所示。由图中的曲线可以看出，系统的速率输出随位置以0.5º为周期波动，既表现为短周期的二次谐波，并且这种影响随系统速率的提高而增强。4神经网络并行补偿器的设计
为了克服系统测角误差对速率平稳性的影响，利用神经网络并行控制器来补偿有预测角误差带来的干扰^[2]。神经网络并行控制系统框图如图3所示。图中神经网络采用三层前向网络，结构如图4所示^[3-5]。图4中w为网络权值；n为各层的输入；o为各层的输出。网络的输入分别取控制系统的速度误差和电机的当前位置，即

根据梯度法原理可得网络权值的训练算法如下：



同理
5神经网络并行控制器的控制效果
将以上设计的神经网络并行控制器应用于航天惯性器件测试设备中。电机在36º/s和70º/s时的实测速率曲线如图5所示。从图中可以看出神经网络并行控制器对于由测角系统误差引起的速率波动有很好的抑制作用，在很大程度上提高了测试设备的速率平稳性，为航天器件的测试提供了良好的速率平台。
6结论
本文在感应同步器测角误差分离技术的基础上，对系统测角误差进行了分析。通过对传统控制时速率曲线的分析，了解到系统速率波动是由于系统测角误差引起的。在误差分析的基础上，利用神经网络设计了神经网络并行补偿器。利用梯度法给出了网络权值在线训练算法。此补偿器易于实现，适合于在数字控制系统中应用。通过实际应用可以看出此控制器对于感应同步器误差所引起的系统的速率波动有良好的抑制效果。参考文献[1]任顺清，曾庆双，陈希军（RenShunqing，ZengQingshuang，ChenXijun）．圆感应同步器测角误差的分离技术（Angle-measuringerrorseparatingtechnologyofroundinductosyn）[J]．中国电机工程学报（JournalofChinaMotorEngineer），2001，21(4)：92-95．
[2]CamposJ，LewisFL，SelmicR．Backlash[1][2]下一页