[发明专利]一种航空遥感惯性稳定平台不平衡力矩估计与补偿方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种航空遥感惯性稳定平台不平衡力矩估计与补偿方法，可用于各种 中、高精度的航空遥感用惯性稳定平台不平衡力矩的补偿，特别适合于具有质量不平衡 且跟踪当地地理水平的航空遥感惯性稳定平台。

背景技术

航空遥感系统在机动性、实时性、可重复观测性、遥感设备可更换性、获取高分辨 率遥感数据能力、经济成本以及立体观测等很多方面，都具独特的优势。因此，在西方 发达国家，用于城市规划和基本地图测绘大约65％以上的高分辨率空间数据是依靠航空 遥感系统来保证的。高分辨率对地观测是航空遥感系统发展的重要方向，但是由于大气 紊流和载机自身因素的影响，载机机体无法保持平稳，造成安装在载机上的成像载荷视 轴摇晃，成像质量下降。惯性稳定平台组成的高分辨率航空遥感平台是解决这个问题的 有效措施。惯性稳定平台用于隔离载机的角运动，跟踪当地地理水平，消除干扰力矩对 成像载荷的影响，使成像载荷稳定成像。航空遥感用惯性稳定平台是螺稳定跟踪装置的 一个分支，其结构和功能与传统的机载光电吊仓有相似之处，但又不同于传统的机载光 电吊仓。光电吊仓只需要要承载天线、导引头等小负载，因此光电吊仓一般较轻，承载 能力小；而航空遥感用惯性稳定平台需要承载质量较大的科学相机，特别对于多镜头的 科学相机，其质量可达100kg，同时平台自身的重量要求一般不超过40kg。因此，航空 遥感用惯性稳定平台具有承载自重比大，稳定精度要求高的特点。

稳定精度是惯性稳定平台的主要技术指标之一，反映了稳定平台对干扰力矩的抑制 能力。平台的干扰力矩主要包括不平衡力矩、摩擦力矩，控制系统一般通过反馈控制实 现对各种干扰力矩的有效抑制。控制系统对干扰力矩的抑制能力可以用力矩刚度来表 征，力矩刚度越大，控制系统对干扰力矩的抑制能力越强，平台的稳定精度越高。可以 通过提高控制系统的开环增益来提高力矩刚度，然而控制系统的开环增益不能无限的增 大，而且增加开环增益会造成系统的稳定裕度下降，加大控制系统的设计难度，所以平 台的力矩刚度是一个有限值，过大的干扰力矩会使平台无法满足稳定精度的要求。

由于加工误差等因素，惯性稳定平台一般都存在质量偏心，常规的解决方法是通过 增加配重块来克服质量偏心，将不平衡力矩限制在很小的幅度之内，依靠反馈控制即满 足平台稳定精度的要求。然而航空遥感用惯性稳定平台需要承载多种载荷，不同载荷的 质心位置不同，且质心在工作过程中会发生移动，难以通过配重的方式克服质量偏心。 由于平台承载比大，在重力加速度和飞机干扰加速度的作用下，产生较大的不平衡力矩， 导致平台的稳定精度下降，无法通过提高控制系统力矩刚度的方法满足平台稳定精度的 要求。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服常规反馈控制对幅值较大的不平衡力矩抑制能力不 足的缺陷，提供一种航空遥感惯性稳定平台不平衡力矩估计与补偿方法，降低对平台力 矩刚度的要求。

本发明的技术解决方案为：一种航空遥感惯性稳定平台不平衡力矩估计与补偿方 法，具体步骤如下：

(1)采用安装在航空遥感惯性平台上的MEMS加速度计测量出施加在平台框架上的 天向实时加速度信息，所述天向实时加速度信息包括重力加速度g和运动加速度a；

(2)采用霍尔电流传感器测量出安装在框架上的力矩电机的电流I，通过低通滤波 器对力矩电机电流I进行滤波，得到平均电流

(3)根据步骤(1)和步骤(2)中获得的加速度信息和力矩电机平均电流估计 出平台的不平衡力矩M_esti，Mesti=KT·I~·g+ag,]]>其中K_T为力矩电机力矩系数；