[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

技術領域

本發明涉及一種多軸多功能高精度慣性穩定控制器，屬于航空光學遙感技術領域。

背景技術

在航空遙感領域中，成像系統往往受到外界擾動，如風速、飛機的振動等，均會導致成像質量大大降低。為保證在慣性空間內成像穩定，提出一種通用型的慣性穩定控制器。以往的控制器多采用單軸或雙軸的穩定結構，即沿與視軸相正交同時相互垂直的兩個轉動自由度控制視軸運動，并保持視軸穩定，但這種雙軸穩定平臺忽略了第三個方向軸的擾動，只能應用于外界環境干擾小，對成像質量要求不高的情況下，如果在惡劣的環境下，對成像質量要求較高，我們一定要求三個方向軸在慣性空間穩定。當前電機控制器較為成熟，但對航空遙感領域中慣性空間的電機驅動器還不成熟，尤其針對多軸、多傳感器、多功能的驅動器更少，尚存在以下問題：(1)根據指標的要求不同，選擇的執行器、傳感器和數量等均不確定，需要針對不同項目配置不同的驅動模塊和采集模塊；(2)通用性和繼承性較差，無法兼容傳感器為數字式或模擬式，不利于傳感器的更換。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種慣性穩定控制器，實現慣性穩定控制，適用于多軸、多功能、高精度的控制系統，具有較強的通用性。

本發明的技術解決方案是：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；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。

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；