[發明專利]基于反作用力的光電吊艙穩像控制裝置及控制方法

有效

• 申請號: 201711419365.8
• 申請日: 2017-12-25
• 公開（公告）號: CN108153345B
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發明（設計）人: 李偉鵬;梁超;張弘
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G05D19/02
• 分類號: G05D19/02;B64D47/08
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;顧煒

本發明公開了一種基于反作用力的光電吊艙穩像控制裝置及控制方法，包括一套作動機構、傳感器以及控制方法；傳感器負責采集振動環境下光電吊艙的加速度；加速度通過實時嵌入式控制系統解算出所需的控制力；控制力信號經由D/A輸出到作動機構對光電吊艙進行穩像控制；其中控制方法為自適應陷波方法(Adaptive Disturbance Cancellation，簡稱ADC方法)。本發明通過在光電吊艙主振方向上安裝控制裝置有效削弱了其振動幅值，驗證了基于反作用力的光電吊艙穩像控制方法的有效性，提高了光電吊艙的成像質量。

技術領域

本發明屬于飛行器的振動控制領域，具體涉及一種基于反作用力的光電吊艙穩像控制裝置及控制方法，可用于抑制處在振動環境下的光電吊艙所受到的振動干擾。

背景技術

圖像采集技術是無人偵察機上最常使用的偵查技術，光電吊艙作為無人偵察機的圖像采集技術的實現載體，已在無人機上得到廣泛應用，其成像精度則直接影響著無人偵察機的任務達成質量。然而在無人機上普遍存在的振動(螺旋槳振動、氣動力及結構彈性耦合引起的顫振等)則大大降低了光電吊艙的成像質量。雖然光電吊艙的伺服系統以及其數字穩像技術可以補償多數情況的振動干擾，但是當光電吊艙“過頂”時，即相機呈豎直向下狀態時，伺服系統難以實現其補償功能，此時則需要通過外部能量輸入對光電吊艙的振動干擾進行抑制，故為此設計針對光電吊艙的穩像控制裝置具有一定的工程現實意義。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：針對光電吊艙“過頂”伺服系統無法補償的問題，提供一種基于反作用力的光電吊艙穩像控制裝置及方法，工程上易于實現，不僅能在光電吊艙“過頂”時對振動干擾進行抑制，還能在光電吊艙伺服系統工作時進一步削弱振動能量，協同提高光電吊艙的成像精度和質量。

本發明解決上述技術問題采用的技術方案是：一種基于反作用力的光電吊艙穩像控制裝置，包括外殼結構部分，測量元件及作動機構；外殼結構部分包括頂蓋、外筒及安裝法蘭，該外殼結構部分與光電吊艙固連，為作動機構與光電吊艙之間提供穩定連接；測量元件為加速度計，通過測量光電吊艙的振動加速度為ADC控制器提供控制輸入；作動機構包括彈簧、作動器動子安裝筒、作動器動子及作動器定子，其中作動器動子安裝筒與作動器動子組成輔助質量，由ADC控制器輸出驅動產生控制力，以抑制光電吊艙的振動。

其中，所述的加速度計為ICP壓電式加速度計，其型號為PCB 333B30。

其中，所述的作動機構中的作動器為音圈電機，音圈電機由一個永磁體和一個線圈組成，作動器動子為音圈電機永磁體及作動器定子為音圈電機線圈，其型號為LA14-17-000A。

本發明還提供一種基于反作用力的光電吊艙穩像控制方法，包括以下步驟：

第一步，建立在受擾條件下的浮動光電吊艙動力學模型，然后按照權利要求一的方式對穩像控制裝置進行裝配，最后將穩像控制裝置通過安裝法蘭的安裝孔安裝在光電吊艙被控點上；

第二步，針對光電吊艙受擾條件設計基于反作用力的穩像ADC控制器；

第三步，將光電吊艙的振動加速度作為輸入實現基于反作用力的光電吊艙穩像控制。

其中，當光電吊艙處于振動環境下時，加速度計可采得其振動加速度輸入到ADC控制器；ADC控制器通過設計一對與其同頻的單位正弦信號和單位余弦信號作為基底，并以LMS(Least Mean Square filter)算法對各基底權系數進行調節，擬合出與干擾同頻、正負號相反的補償信號作為控制信號驅動作動器以抑制光電吊艙的振動。

本發明的優點在于：

(1)本發明形成了以音圈電機為中心的作動機構，結構簡單的同時也具有音圈電機的輸出線性度好、響應快及可靠性高等優點；