[發明專利]慣性穩定平臺控制方法

有效

• 申請號: 201310407985.5
• 申請日: 2013-09-09
• 公開（公告）號: CN103488081A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 麥曉明;陰蕊;彭向陽;朱莊生;王柯;周向陽;陳銳民
• 申請（專利權）人: 廣東電網公司電力科學研究院;北京航空航天大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;G05D3/12
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 王茹;曾旻輝

技術領域

本發明涉及航空遙感技術領域，特別是涉及慣性穩定平臺控制方法。

背景技術

近年來，隨著遙感應用的不斷深入，各領域對建立穩定的遙感系統的需要越來越迫切。航空遙感系統在機動性、實時性、可重復觀測性、遙感設備可更換性、獲取高分辨率遙感數據能力、經濟成本以及立體觀測等方面都具有獨特的優勢。高分辨率、高精度、實時運動成像是航空遙感技術的核心，是獲取高質量遙感數據的保障。

慣性穩定平臺技術提高成像載荷視軸的穩定性，使成像載荷可以實時獲取高精度的圖像。慣性穩定平臺通常采用三軸框架結構，由外到內依次為橫滾框、俯仰框和方位框，三個框架分別隔離三個自由度上的擾動，最終實現安裝在最內框架(方位框)上相機視軸的對地垂直穩定和對航跡的跟蹤穩定。

慣性穩定平臺技術通常采用PID(比例-積分-微分)控制方法。PID是通過測量位置，將位置與預期位置比較得到位置誤差值，然后根據位置誤差值對慣性穩定平臺進行控制消除誤差值。然而，當慣性穩定平臺框架運動角速度和角加速度較大時，各框架之間的動力學耦合就比較嚴重，嚴重時會影響到系統的穩定性。而通常采用的PID控制方法，是直接計算位置誤差值，導致位置誤差值的因素包括各種干擾因素，比如偏心干擾因素、摩擦干擾因素等。由于沒有對耦合力矩進行估計，無法解決耦合因素帶來的影響，從而降低慣性穩定平臺的控制精度。

發明內容

基于此，有必要針對慣性穩定平臺的控制精度低的問題，提供一種慣性穩定平臺解耦控制方法。

一種慣性穩定平臺控制方法，包括步驟：

在靜基座下，獲取慣性穩定平臺的橫滾框相對于基座的第一轉動角速度和俯仰框相對于所述橫滾框的第二轉動角度；

當所述第二轉動角度的正弦值與所述第一轉動角速度乘積的絕對值小于預設閾值時，獲取所述慣性穩定平臺的俯仰框相對于所述橫滾框的第二轉動角速度、方位框相對于所述俯仰框的第三轉動角速度；

利用歐拉動力學方程建立靜基座下慣性穩定平臺的動力學模型；

根據所述第一轉動角速度、第二轉動角速度、第三轉動角速度、預存的線性切換函數、預存的指數趨近律和所述動力學模型計算方位框的輸入電壓、俯仰框的輸入電壓和橫滾框的輸入電壓；

根據所述方位框的輸入電壓、俯仰框的輸入電壓和橫滾框的輸入電壓對方位框、俯仰框、橫滾框進行控制。

上述慣性穩定平臺控制方法，通過判斷第二轉動角度的正弦值與第一轉動角速度乘積的絕對值是否小于預設閾值，當滿足條件時，耦合為系統的時變干擾，引入預存的線性切換函數和指數趨近律，結合平臺動力學方程，計算出方位框的輸入電壓、俯仰框的輸入電壓和橫滾框的輸入電壓，對慣性平臺進行控制，實現對各框架耦合力矩實時補償，消除了各框架之間的動力學耦合影響，從而提高慣性穩定平臺的控制精度，增強成像載荷視軸的穩定性。

附圖說明

圖1為本發明慣性穩定平臺控制方法實施例的流程示意圖；

圖2為本發明實施例中慣性穩定平臺結構示意圖。

具體實施方式

以下針對本發明慣性穩定平臺控制方法的各實施例進行詳細的描述。

參見圖1，為本發明慣性穩定平臺控制方法實施例的流程示意圖，包括步驟：

步驟S101：在靜基座下，獲取慣性穩定平臺的橫滾框相對于基座的第一轉動角速度和俯仰框相對于橫滾框的第二轉動角度。本方案實施的前提是，基座相對靜止的情況，即為靜基座。獲取第二轉動角度的方法包括但不限定于直接從安裝在俯仰框架的碼盤獲取。獲取第一轉動角速度的方法包括但不限定于當橫滾陀螺直接安裝在橫滾框上時，從橫滾陀螺中獲取的橫滾框相對于慣性系的轉動角速度即為第一轉動角速度。

步驟S102：判斷第二轉動角度的正弦值與第一轉動角速度乘積的絕對值是否小于預設閾值，若是，進入步驟S103。其中，預設閾值是根據需要設定，目的是為了判斷該絕對值可以忽略。

步驟S103：獲取慣性穩定平臺的俯仰框相對于橫滾框的第二轉動角速度和方位框相對于俯仰框的第三轉動角速度，獲取第二轉動角速度的方法包括但不限定于通過安裝在俯仰框上的碼盤測出第二轉動角，將第二轉動角微分得到第二轉動角速度。獲取第三轉動角速度的方法包括但不限定于通過安裝在方位框上的碼盤測出第三轉動角，將第三轉動角微分得到第三轉動角速度。

步驟S104：計算每個框架的(橫滾框、方位框、俯仰框)動量矩、力矩后，利用歐拉動力學方程建立靜基座下慣性穩定平臺的動力學模型。將計算出來的動量矩、力矩代入歐拉動力學方程，然后展開，即可獲得靜基座下慣性穩定平臺的動力學模型。