[發(fā)明專(zhuān)利]一種三軸穩(wěn)定平臺(tái)、全數(shù)字控制系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710814169.4
• 申請(qǐng)日: 2017-09-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107796392B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彭荻;閆光亞;趙友;楊曉鶯;趙啟坤
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京航天控制儀器研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G01C21/18
• 分類(lèi)號(hào): G01C21/18;G01C25/00
• 代理公司: 中國(guó)航天科技專(zhuān)利中心 11009
• 代理人: 張曉飛

1.一種基于光纖陀螺和無(wú)刷力矩電機(jī)的三軸穩(wěn)定平臺(tái)，采用平臺(tái)臺(tái)體+三軸兩框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其特征在于：包括平臺(tái)臺(tái)體、臺(tái)體軸承、臺(tái)體軸光電編碼器、臺(tái)體軸無(wú)刷力矩電機(jī)、內(nèi)環(huán)框架、內(nèi)環(huán)軸承、內(nèi)環(huán)軸光電編碼器、內(nèi)環(huán)軸無(wú)刷力矩電機(jī)、外環(huán)框架、外環(huán)軸承、外環(huán)軸光電編碼器、外環(huán)軸無(wú)刷力矩電機(jī)；平臺(tái)臺(tái)體通過(guò)臺(tái)體軸承安裝在內(nèi)環(huán)框架上，內(nèi)環(huán)框架通過(guò)內(nèi)環(huán)軸承安裝在外環(huán)框架上，外環(huán)框架通過(guò)外環(huán)軸承安裝于系統(tǒng)箱體上；臺(tái)體軸承、內(nèi)環(huán)軸承、外環(huán)軸承三軸安裝方向相互正交，構(gòu)成右手直角坐標(biāo)系；三軸的正向軸承一端均安裝用于測(cè)量姿態(tài)角的光電編碼器，三軸的負(fù)向軸承一端均安裝用于驅(qū)動(dòng)框架轉(zhuǎn)動(dòng)的無(wú)刷力矩電機(jī)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光纖陀螺和無(wú)刷力矩電機(jī)的三軸穩(wěn)定平臺(tái)，其特征在于：所述平臺(tái)臺(tái)體包括臺(tái)體光纖陀螺、內(nèi)環(huán)光纖陀螺、外環(huán)光纖陀螺以及三個(gè)光纖陀螺共用的一個(gè)光源和一套光纖陀螺電路板；臺(tái)體光纖陀螺安裝方向與臺(tái)體軸正向重合，內(nèi)環(huán)光纖陀螺安裝方向與內(nèi)環(huán)軸正向重合，外環(huán)光纖陀螺安裝方向與外環(huán)軸正向重合，即三個(gè)陀螺儀的敏感軸方向與各框架軸重合；光纖陀螺用于測(cè)量相對(duì)于光纖陀螺敏感軸的角速度。

3.一種基于光纖陀螺和無(wú)刷力矩電機(jī)的三軸穩(wěn)定平臺(tái)全數(shù)字控制系統(tǒng)，其特征在于：包括三軸穩(wěn)定平臺(tái)和平臺(tái)電路組件；三軸穩(wěn)定平臺(tái)和平臺(tái)電路之間對(duì)外數(shù)據(jù)通信電路統(tǒng)一為高速串行接口；三軸穩(wěn)定平臺(tái)完成慣性數(shù)據(jù)采集，平臺(tái)電路組件為整個(gè)平臺(tái)提供電源以及實(shí)現(xiàn)平臺(tái)慣性數(shù)據(jù)預(yù)處理、導(dǎo)航解算和穩(wěn)定控制。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于光纖陀螺和無(wú)刷力矩電機(jī)的三軸穩(wěn)定平臺(tái)全數(shù)字控制系統(tǒng)，其特征在于：所述平臺(tái)電路組件包括主控電路板和平臺(tái)系統(tǒng)集成電源；其中平臺(tái)系統(tǒng)集成電源用于供電；主控電路板包括穩(wěn)定回路計(jì)算機(jī)、主控計(jì)算機(jī)和FPGA；穩(wěn)定回路計(jì)算機(jī)和主控計(jì)算機(jī)分別通過(guò)獨(dú)立的并行數(shù)據(jù)總線(xiàn)與FPGA相連，F(xiàn)PGA實(shí)現(xiàn)外設(shè)管理、串行總線(xiàn)通訊和對(duì)外接口控制，穩(wěn)定回路計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)系統(tǒng)穩(wěn)定控制計(jì)算，主控計(jì)算機(jī)用于控制平臺(tái)本體慣性數(shù)據(jù)采集和平臺(tái)系統(tǒng)導(dǎo)航解算。

5.一種基于光纖陀螺和無(wú)刷力矩電機(jī)的三軸穩(wěn)定平臺(tái)全數(shù)字控制方法，其特征在于步驟如下：

1)以1kHz同步信號(hào)下降沿為一個(gè)控制周期起始時(shí)刻，光纖陀螺電路板鎖存3路光纖陀螺數(shù)據(jù)，并向主控電路板打包發(fā)出；

2)3路光電編碼器也在1kHz同步信號(hào)下降沿鎖存姿態(tài)角數(shù)據(jù)，主控電路板分時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求指令，被點(diǎn)名的光電編碼器響應(yīng)指令后，向主控電路板發(fā)出數(shù)據(jù)；

3)3路無(wú)刷力矩電機(jī)監(jiān)聽(tīng)光電編碼器數(shù)據(jù)，根據(jù)光電編碼器數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)幀頭辨識(shí)臺(tái)體、內(nèi)環(huán)、外環(huán)的姿態(tài)角數(shù)據(jù)；

4)主控電路板FPGA接收到光纖陀螺數(shù)據(jù)或光電編碼器數(shù)據(jù)后，置相應(yīng)的數(shù)據(jù)有效標(biāo)志，穩(wěn)定回路計(jì)算機(jī)查詢(xún)讀取；

5)穩(wěn)定回路計(jì)算機(jī)對(duì)讀取3路光纖陀螺數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差補(bǔ)償，并采用信號(hào)分解器將補(bǔ)償后的光纖陀螺輸出分解到慣性坐標(biāo)系；

6)穩(wěn)定回路計(jì)算機(jī)中控制器采用積分延時(shí)策略，分別計(jì)算臺(tái)體、內(nèi)環(huán)、外環(huán)三條回路轉(zhuǎn)矩電流，并在下一個(gè)同步時(shí)鐘下降沿到來(lái)之前分時(shí)向3路無(wú)刷力矩電機(jī)發(fā)送電機(jī)轉(zhuǎn)矩電流指令；

7)無(wú)刷力矩電機(jī)對(duì)接收的轉(zhuǎn)矩電流，采用矢量控制策略，生成力矩電機(jī)三相繞組電流，使無(wú)刷力矩電機(jī)產(chǎn)生力矩，抵消臺(tái)體軸、內(nèi)環(huán)軸、外環(huán)軸三個(gè)支承軸上的干擾力矩。