[發明專利]一種穩定平臺伺服控制系統

在審

• 申請號: 202110423490.6
• 申請日: 2021-04-20
• 公開（公告）號: CN113093818A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 曹鈺;王海濤;韓俊鋒;井鋒;謝梅林;馮旭斌;王磊
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G05D3/20
• 分類號: G05D3/20;B64D47/08
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 王少文

本發明提出一種穩定平臺伺服控制系統，以解決傳統的電機伺服控制系統不能滿足系統的控制精度要求，機械諧振難以抑制，且存在體積和重量較大的技術問題。包括DC/DC、設置在方位軸上的方位電機、方位光纖陀螺、設置在方位電機輸出軸上的方位編碼器以及方位軸控制組件，以及設置在俯仰軸上的俯仰電機、俯仰光纖陀螺、設置在俯仰電機輸出軸上的俯仰編碼器以及俯仰軸控制組件；控制組件包括FPGA、DSP、三相橋、PWM驅動電路、電流采集電路、AD轉換電路及通信電路；DSP包括位置環控制器、速度環控制器、電流環控制器、數字陷波器及PWM發生器，用于實現SVPWM控制算法或SPWM控制算法，以及方位軸的電流、速度和位置三閉環控制算法。

技術領域

本發明涉及光電吊艙的控制系統，具體涉及一種穩定平臺伺服控制系統。

背景技術

目前機載光電吊艙系統發展迅速，廣泛應用于軍事和民用領域。穩定平臺控制系統是光電吊艙的關鍵部分，作為成像系統的搭載設備，用來隔離機體和外部環境擾動，在保持視軸穩定的同時保證傳感器成像清晰，機載穩定平臺對穩定精度的要求越來越高。在機載光電穩定平臺工作過程中，機載光電穩定平臺的模型不能精確獲得，其系統本身的特性受外界環境的影響而變化，同時力矩、傳感器執行器等噪聲干擾也是不確定的。為解決機載光電平臺的上述不確定性問題，需要利用高精度穩定平臺控制系統來提高系統的穩定精度。傳統的穩定平臺控制系統主要存在以下缺點：

1）傳統的電機伺服控制方法以及單一傳感器反饋信息已經無法滿足控制系統的穩定精度需求；

2）采用壓電陀螺作為機載光電穩定平臺控制系統的關鍵元件，而壓電陀螺本身存在著游走噪聲大，信號噪聲水平和帶寬受加速度信號影響等缺點；

3）對于機械諧振在保證控制帶寬的條件下并沒有合理的方法對其抑制，因而在穩定平臺帶載后，慣量發生變化，自身存在固有的機械諧振問題，在不降低控制帶寬情況下難以進行抑制；

4）穩定平臺伺服控制系統的伺服控制模塊多采用二次電源、伺服控制器、主控電路板等多電路板集成的方式，具有體積大、重量大等缺陷。

發明內容

本發明的目的是解決傳統的電機伺服控制系統不能滿足系統的精度要求，機械諧振難以抑制，且存在體積和重量較大的技術問題，提出一種穩定平臺伺服控制系統，具有響應速度快、控制精度高、體積小和重量輕的特點。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：

一種穩定平臺伺服控制系統，包括DC/DC、方位軸伺服單元和俯仰軸伺服單元；方位軸伺服單元包括設置在方位軸上的方位電機、方位光纖陀螺、設置在方位電機輸出軸上的方位編碼器以及方位軸控制組件；俯仰軸伺服單元包括設置在俯仰軸上的俯仰電機、俯仰光纖陀螺、設置在俯仰電機輸出軸上的俯仰編碼器以及俯仰軸控制組件；其特殊之處在于：

所述方位軸控制組件包括FPGA、DSP、三相橋、PWM驅動電路、電流采集電路、AD轉換電路及通信電路；

所述FPGA分別與方位編碼器、方位光纖陀螺、AD轉換電路及通信電路連接，用于實現方位軸的角度采集、速度采集及相電流采集，將采集信號送入DSP，以及實現多路數據通信；

所述DSP分別與FPGA及PWM驅動電路及外部POS系統的反饋位置信號相連，用于實現SVPWM控制算法或SPWM控制算法，以及方位軸的電流、速度和位置三閉環控制算法，并生成PWM脈沖送入PWM驅動電路；DSP包括位置環控制器、速度環控制器、電流環控制器，以及PWM發生器；

所述位置環控制器，用于對方位軸的位置偏差進行跟蹤控制，所述位置偏差是通過方位軸位置信號與外部POS系統的反饋位置信號進行減法運算獲得；

所述速度環控制器，用于對方位軸的速度偏差進行跟蹤控制，所述速度偏差是通過位置環控制器輸出的速度信號，與方位光纖陀螺輸出的速度信號經速度解算后的信號，進行減法運算后獲得；