[發明專利]一種慣性穩定控制器

有效

• 申請號: 201410659221.X
• 申請日: 2015-08-04
• 公開（公告）號: CN104503473A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發明（設計）人: 宋立國;王哲;陳凌軍;李兵
• 申請（專利權）人: 北京空間機電研究所
• 主分類號: G05D3/12
• 分類號: G05D3/12
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 臧春喜

1.一種慣性穩定控制器，所述慣性穩定控制器搭載在載體上，用于控制載體上慣性平臺的穩定；其特征在于：包括主控模塊、方位電機驅動模塊、俯仰電機驅動模塊、橫滾電機驅動模塊、速率陀螺采集模塊、角位置采集模塊、數據存儲模塊、串口擴展模塊、管理控制模塊、慣性導航模塊和二次電源模塊；

慣性導航模塊采集載體相對于慣性空間的航向角，并輸出給主控模塊；

管理控制模塊在載體運行之前接收上位機設定的載體航跡角，在載體運行過程中采集載體相對于慣性空間的實際航跡角，并將這兩種航跡角均通過串口擴展模塊輸出給主控模塊；

角位置采集模塊在載體運行過程中分別采集慣性平臺方位軸與載體方位軸、慣性平臺俯仰軸與載體俯仰軸、慣性平臺橫滾軸與載體橫滾軸之間的夾角，并將采集得到的夾角進行軸角-數字轉換后輸出給主控模塊；

速率陀螺模塊在載體運行過程中分別采集慣性平臺的方位軸、俯仰軸和橫滾軸相對于慣性空間的角速率，并通過串口擴展模塊輸出給主控模塊；

數據存儲模塊用于存儲方位電機驅動模塊、俯仰電機驅動模塊和橫滾電機驅動模塊的控制參數，供主控模塊在系統初始化時讀取；

主控模塊根據載體相對于慣性空間的航向角、航跡角、慣性平臺方位軸與載體方位軸之間的夾角、慣性平臺俯仰軸與載體俯仰軸之間的夾角以及慣性平臺橫滾軸與載體橫滾軸之間的夾角計算得到慣性平臺各個軸相對于慣性空間的位置角度信號，結合速率陀螺模塊采集得到的慣性平臺各個軸相對于慣性空間的角速率，得到慣性平臺方位軸、俯仰軸和橫滾軸的脈沖控制信號，并將慣性平臺方位軸、俯仰軸和橫滾軸的脈沖控制信號以及從數據存儲模塊讀取的控制參數分別輸出給方位電機驅動模塊、俯仰電機驅動模塊和橫滾電機驅動模塊；所述航跡角為上位機設定的載體航跡角或載體相對于慣性空間的實際航跡角；

方位電機驅動模塊、俯仰電機驅動模塊和橫滾電機驅動模塊分別根據接收到的脈沖控制信號和控制參數產生方位電機控制指令、俯仰電機控制指令和橫滾電機控制指令，用于驅動慣性平臺上方位電機、俯仰電機和橫滾電機旋轉，從而實現對慣性平臺的穩定控制；

二次電源模塊對外部電源提供的電壓進行轉換，分別為主控模塊、速率陀螺采集模塊、角位置采集模塊、方位電機驅動模塊、俯仰電機驅動模塊和橫滾電機驅動模塊供電。

2.根據權利要求1所述的一種慣性穩定控制器，其特征在于：所述主控模塊得到慣性平臺方位軸、俯仰軸和橫滾軸的脈沖控制信號的實現方式為：

(2.1)主控模塊將載體相對于慣性空間的航向角與航跡角作差得到載體相對于慣性空間的偏航角；

(2.2)將步驟(2.1)得到的偏航角分解為載體方位軸、俯仰軸和橫滾軸相對于慣性空間的偏航角；

(2.3)分別將步驟(2.2)得到的載體各個軸相對于慣性空間的偏航角與角位置采集模塊采集得到的慣性平臺與載體相應軸之間的夾角作差得到慣性平臺各個軸相對于慣性空間的位置角度信號；

(2.4)將步驟(2.3)得到的位置角度信號求導得到慣性平臺各個軸相對于慣性空間的角速率值；

(2.5)根據步驟(2.4)中慣性平臺各個軸相對于慣性空間的角速率值以及速率陀螺模塊采集得到的慣性平臺各個軸相對于慣性空間的角速率，得到慣性平臺各個軸相對于慣性空間的角速率補償值；

(2.6)主控模塊根據步驟(2.5)得到的角速率補償值，通過超前滯后控制算法得到慣性平臺方位軸、俯仰軸和橫滾軸的脈沖控制信號。

3.根據權利要求1所述的一種慣性穩定控制器，其特征在于：所述慣性穩定控制器通過慣性導航模塊固定安裝在載體上，且安裝后慣性導航模塊的X軸指向載體駕駛室、Y軸垂直載體、Z軸垂直地面。

4.根據權利要求1所述的一種慣性穩定控制器，其特征在于：所述主控模塊包括兩路通訊接口，其中一路與慣性導航模塊通訊，另一路備用；主控模塊同時通過串口擴展模塊擴展得到四路通訊接口，其中一路與管理控制模塊進行通訊，另三路與速率陀螺采集模塊進行通訊。

5.根據權利要求1所述的一種慣性穩定控制器，其特征在于：所述方位電機驅動模塊、俯仰電機驅動模塊和橫滾電機驅動模塊均采用芯片L6205實現，能夠驅動電壓范圍在8V～52V、電流為2.8A的直流電機，包括直流力矩電機、直流音圈電機、直流伺服電機和直流步進電機。

6.根據權利要求1所述的一種慣性穩定控制器，其特征在于：所述角位置采集模塊兼容多通道旋轉變壓器和光電碼盤。

7.根據權利要求1所述的一種慣性穩定控制器，其特征在于：所述速率陀螺模塊兼容A/D轉換和數字串口兩種模式。