[發明專利]一種兩軸四框架光電轉臺控制系統

有效

• 申請號: 202010426991.5
• 申請日: 2020-05-19
• 公開（公告）號: CN111338391B
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 張海波;代劍峰;李新磊
• 申請（專利權）人: 北京中星時代科技有限公司
• 主分類號: G05D3/12
• 分類號: G05D3/12
• 代理公司: 重慶百潤洪知識產權代理有限公司 50219
• 代理人: 劉澤正

1.一種兩軸四框架光電轉臺控制系統，其特征在于，包括方位軸、俯仰軸、四框架、驅動器、角位置傳感器、光纖陀螺、攝像裝置、圖像處理模塊、電源模塊和伺服控制器；

所述方位軸和俯仰軸垂直設置；

所述四框架包括由外到內通過方位軸和俯仰軸連接的外方位框架、外俯仰框架、內方位框架和內俯仰框架；

分別與外方位框架、外俯仰框架、內方位框架和內俯仰框架對應直連并對所述外方位框架、外俯仰框架、內方位框架和內俯仰框架對應直驅控制的外方位電機、外俯仰電機、內方位電機和內俯仰電機；

所述驅動器用于驅動外方位電機、外俯仰電機、內方位電機和內俯仰電機工作；

所述角位置傳感器包括分別對外方位框架、外俯仰框架、內方位框架和內俯仰框架的角位置進行測量的外方位編碼器、外俯仰編碼器、內方位編碼器和內俯仰編碼器；

所述光纖陀螺用于測量光電載荷視軸的慣性空間角速度；

所述圖像處理模塊用于處理攝像裝置獲取的圖像信息，并將處理數據發送給伺服控制器，伺服控制器根據光電轉臺的不同工作模式發送指令控制圖像處理模塊和攝像裝置；

所述電源模塊用于對外方位電機、外俯仰電機、內方位電機、內俯仰電機、驅動器、角位置傳感器、光纖陀螺、攝像裝置、圖像處理模塊和伺服控制器統一供電；

所述伺服控制器還收集并處理外方位框架、外俯仰框架、內方位框架和內俯仰框架的角位置信息以及光纖陀螺的慣性空間角速度信息，然后根據光電轉臺的不同工作模式控制外方位電機、外俯仰電機、內方位電機和內俯仰電機工作，從而保持光電載荷視軸在慣性空間的穩定；

所述伺服控制器收集角位置和慣性空間角速度信息后，根據不同工作模式對角位置和慣性空間角速度信息進行運算，從而得到內方位框架和內俯仰框架的速度給定值，并以光纖陀螺測量的慣性空間角速度信息作為反饋量對內方位框架和內俯仰框架的速度進行閉環控制，使得內方位框架和內俯仰框架執行相應運動，所述外方位框架跟隨內方位框架運動，外俯仰框架跟隨內俯仰框架運動，使得外方位框架與內方位框架之間的方位夾角，以及外俯仰框架與內俯仰框架之間的俯仰夾角均保持在設定夾角閾值范圍內，實現高精度視軸穩定控制；

所述閉環控制中，根據如下摩擦模型估算框架的軸系摩擦力：

其中，z為摩擦接觸面間鬃毛的平均變形，為stribeck速度，為鬃毛剛度系數，為粘性阻尼系數，為粘性摩擦系數，為庫倫摩擦力，為最大靜摩擦力，為框架軸系摩擦力，為接觸面間的相對速度，為關于變量的函數，且、、、為靜態參數，、為動態參數；

根據上述摩擦模型實時估算框架軸系摩擦力，將其前饋到閉環控制回路中對摩擦力進行補償；

所述閉環控制中，還設有擴張狀態觀測器，所述擴張狀態觀測器根據按如下步驟估算系統擾動量：

令，其中為粘滯摩擦系數，為折算到框架電機軸上的轉動慣量，為框架輸出轉速，為框架負載力矩，為框架驅動電機力矩常數，為電機電流值，為電流設定值；

建立如下擴張狀態觀測器方程：

其中，為的一階導數，為的一階導數，為的一階導數，令為框架輸出轉速的估計值，為系統擾動量的估計值，，建立二階擴張狀態觀測器方程：

其中為調參參數，根據上述方程得到系統擾動量的估計值，將此估計值加入到閉環控制電路中對系統擾動進行補償。

2.根據權利要求1所述的一種兩軸四框架光電轉臺控制系統，其特征在于，所述外方位電機、外俯仰電機、內方位電機和內俯仰電機均為無刷電機。

3.根據權利要求1所述的一種兩軸四框架光電轉臺控制系統，其特征在于，所述光纖陀螺包括方位陀螺和俯仰陀螺，其均安裝在內俯仰框架上，所述方位陀螺用于測量光電載荷視軸方位方向的慣性空間角速度，所述俯仰陀螺用于測量光電載荷視軸俯仰方向的慣性空間角速度。

4.根據權利要求1-3任一項所述的一種兩軸四框架光電轉臺控制系統，其特征在于，所述工作模式包括：穩定模式、引導模式、搜索模式和跟蹤模式。