[發明專利]光電吊艙多級穩像/回掃復合控制系統

有效

• 申請號: 201711421079.5
• 申請日: 2017-12-25
• 公開（公告）號: CN108107934B
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發明（設計）人: 李偉鵬;鄭新濤;張弘;袁丁
• 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;F16F15/04;F16F15/03;F16F15/02
• 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

1.一種光電吊艙多級穩像/回掃復合控制系統，其特征在于：由六自由度振動隔離裝置(1)、穩像控制裝置(2)、穩像回掃裝置(3)及光電吊艙組成；其中六自由度振動隔離裝置(1)的基座與無人機機架固連，載物臺與光電吊艙固連，基座與載物臺通過六個隔振單元相連，當基座受到振動干擾時，通過這六個隔振單元的伸縮運動可以削弱傳遞到光電吊艙的振動；穩像控制裝置(2)通過將光電吊艙殘余振動的加速度作為反饋產生控制力以進一步抑制光電吊艙的振動；穩像回掃裝置(3)則通過測量光電吊艙的姿態角實現穩像回掃一體化控制；

六自由度振動隔離裝置(1)包括載物臺(101)、隔振單元(102)和基座(103)；其中：所述載物臺(101)包括固定板(104)、上連接塊(105)和關節軸承支座(106)，固定板(104)為六邊形扁平結構件，三條長邊長度相等，三條短邊長度相等，三個上連接塊(105)分別固定在固定板(104)中的三條短邊位置上，最長邊與短邊重合，每一個上連接塊(105)安裝固定兩個關節軸承支座(106)；所述基座(103)包括底板(108)、下連接塊(107)和關節軸承支座(106)，底板(108)形狀與固定板(104)相同，下連接塊(107)為直角等腰梯形結構件，三個下連接塊(107)分別固定在底板(108)中的三條短邊位置上，下連接塊(107)中兩個等腰平面上分別連接一個關節軸承支座(106)；載物臺(101)和基座(103)的每一個關節軸承支座(106)通過鉸制孔螺栓和關節軸承(118)分別連接一個隔振單元(102)的動關節軸承接頭(109)和定關節軸承接頭(119)；所述的隔振單元的被動隔振部分包括T形塊(112)、支撐彈簧(113)、直線軸承(123)、第二連接螺釘(124)、二力桿(125)、杠桿(111)和橫向彈簧(116)，主動隔振部分包括加速度傳感器(114)、電機驅動桿(115)、第一連接螺釘(117)、電機安裝筒(120)、線圈(121)、磁鐵系統(122)和外部驅動控制系統，機械接口部分包括動關節軸承接頭(109)、螺紋連接塊(110)、關節軸承(118)和定關節軸承接頭(119)；所述T形塊(112)頂部設有圓孔、底部設有螺紋孔，左右兩端分別與杠桿(111)中心孔連接作為固定鉸支，支撐彈簧(113)下端與T形塊(112)頂部圓孔的底部接觸，上端受動關節軸承接頭(109)底部壓緊，動關節軸承接頭(109)外徑與直線軸承(123)徑向配合，直線軸承(123)外圈與T形塊(112)頂部固定，定關節軸承接頭(119)的螺紋端與T形塊(112)的底部連接固定，另一端與關節軸承(118)固定；螺紋連接塊(110)通過螺紋固定在動關節軸承接頭(109)外圍，兩端分別通過鉸鏈連接一個二力桿(125)，二力桿(125)的另一端通過鉸鏈與一個杠桿(111)的一端連接，杠桿(111)的另一端通過鉸鏈與一個電機驅動桿(115)連接；音圈電機的主要構件包括電機驅動桿(115)、線圈(121)、磁鐵系統(122)和橫向彈簧(116)，電機驅動桿(115)沿電機軸向運動，在磁鐵系統(122)內運動的部分作為線圈(121)的支架，外側面與線圈(121)內側面貼合固定，底部壓緊一個橫向彈簧(116)的一端，橫向彈簧(116)另一端與磁鐵系統(122)的底部接觸，音圈電機通過電機安裝筒(120)固定在T形塊(112)的兩側，電機驅動桿(115)在遠離橫向彈簧(116)的一端固定有加速度傳感器(114)，其信號通過傳感器電纜傳輸到外部驅動控制系統，系統輸出信號通過電機安裝筒(120)外壁上圓孔傳回音圈電機；當裝置底部受到振動時，螺紋連接塊(110)偏離平衡位置，偏移量依次通過二力桿(125)和杠桿(111)使電機驅動桿(115)產生偏移，橫向彈簧(116)產生使螺紋連接塊(110)偏離平衡位置的分力，形成負剛度，同時位于電機驅動桿(115)另一端的加速度傳感器(114)測到電機驅動桿(115)偏移運動的加速度信號并輸出，外部驅動控制系統將加速度作為負反饋積分放大后算得電機力；

穩像控制裝置(2)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(201)、外筒(202)及安裝法蘭(203)，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(204)，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(205)、作動器動子安裝筒(206)、作動器動子(207)及作動器定子(208)，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；

穩像回掃裝置(3)包括：反射鏡(301)；由音圈電機線圈(302)與音圈電機永磁體(303)組成的擺動音圈電機；轉角反饋部分；由十字形連接件(305)、金屬軸(306)、兩個T形連接件(307)與兩個梯形連接件(308)組成的萬向鉸鏈；基座(309)；環形軸套(310)；第一緊固螺釘(311)；第二緊固螺釘(312)；第三緊固螺釘(313)；其中：基座(309)固連光電吊艙，反射鏡(301)通過萬向鉸鏈與基座(309)相連，音圈電機一端與基座(309)相連，另一端與反射鏡(301)相連，轉角反饋部分的激光位移傳感器(304)與基座(309)相連于驅動部分下方；

所述反射鏡(301)包括反射鏡面與機械接口，反射鏡面用于調整光路，保證光電吊艙內光學儀器在各種工況下的穩相；反射機械接口為兩道矩形凹槽，用于與萬向鉸鏈部分連接；

所述萬向鉸鏈通過梯形連接件(308)與基座(309)相連，通過T形連接件(307)與反射鏡(301)背面的機械接口膠合，T形連接件(307)與梯形連接件(308)分別連接到十字形連接件(305)的兩軸上，則反射鏡(301)可以通過繞萬向鉸鏈的兩正交軸做扭轉運動完成相對于基座(309)的任意方向轉動；安裝完成后定義萬向鉸鏈兩正交軸分別為光電吊艙穩像回掃一體化控制裝置X軸與Y軸；

所述擺動音圈電機由音圈電機線圈(302)與音圈電機永磁體(303)組成，音圈電機永磁體(303)垂直穿過音圈電機線圈(302)且與音圈電機線圈(302)間保持一定間隙，音圈電機兩兩一組，每組音圈電機呈對稱布置，對稱平面垂直于反射鏡平面且過反射鏡中點，兩組音圈電機連線均與X軸夾角22.5°；安裝時其音圈電機線圈(302)部分與基座(309)通過螺釘相連，音圈電機永磁體(303)與反射鏡(301)膠合；此種結構下，反射鏡(301)可以在X軸上獲得較音圈電機最大行程更大的偏轉角度；

所述轉角反饋部分包括四個激光位移傳感器(304)，膠裝于驅動部分音圈電機永磁體正下方的基座平面上，測量的數據為音圈電機永磁體距激光位移傳感器的距離；音圈電機工作時，音圈電機永磁體與基座(309)發生相對運動，由于每組音圈電機以反射鏡中心呈對稱布置，故激光傳感器可以得到兩組關于音圈電機轉角的差分數據，進而得到反射鏡轉角數據。