[发明专利]一种惯性稳定控制器

权利要求书

1.一种惯性稳定控制器，所述惯性稳定控制器搭载在载体上，用于控制载体上惯性平台的稳定；其特征在于：包括主控模块、方位电机驱动模块、俯仰电机驱动模块、横滚电机驱动模块、速率陀螺采集模块、角位置采集模块、数据存储模块、串口扩展模块、管理控制模块、惯性导航模块和二次电源模块；

惯性导航模块采集载体相对于惯性空间的航向角，并输出给主控模块；

管理控制模块在载体运行之前接收上位机设定的载体航迹角，在载体运行过程中采集载体相对于惯性空间的实际航迹角，并将这两种航迹角均通过串口扩展模块输出给主控模块；

角位置采集模块在载体运行过程中分别采集惯性平台方位轴与载体方位轴、惯性平台俯仰轴与载体俯仰轴、惯性平台横滚轴与载体横滚轴之间的夹角，并将采集得到的夹角进行轴角-数字转换后输出给主控模块；

速率陀螺模块在载体运行过程中分别采集惯性平台的方位轴、俯仰轴和横滚轴相对于惯性空间的角速率，并通过串口扩展模块输出给主控模块；

数据存储模块用于存储方位电机驱动模块、俯仰电机驱动模块和横滚电机驱动模块的控制参数，供主控模块在系统初始化时读取；

主控模块根据载体相对于惯性空间的航向角、航迹角、惯性平台方位轴与载体方位轴之间的夹角、惯性平台俯仰轴与载体俯仰轴之间的夹角以及惯性平台横滚轴与载体横滚轴之间的夹角计算得到惯性平台各个轴相对于惯性空间的位置角度信号，结合速率陀螺模块采集得到的惯性平台各个轴相对于惯性空间的角速率，得到惯性平台方位轴、俯仰轴和横滚轴的脉冲控制信号，并将惯性平台方位轴、俯仰轴和横滚轴的脉冲控制信号以及从数据存储模块读取的控制参数分别输出给方位电机驱动模块、俯仰电机驱动模块和横滚电机驱动模块；所述航迹角为上位机设定的载体航迹角或载体相对于惯性空间的实际航迹角；

方位电机驱动模块、俯仰电机驱动模块和横滚电机驱动模块分别根据接收到的脉冲控制信号和控制参数产生方位电机控制指令、俯仰电机控制指令和横滚电机控制指令，用于驱动惯性平台上方位电机、俯仰电机和横滚电机旋转，从而实现对惯性平台的稳定控制；

二次电源模块对外部电源提供的电压进行转换，分别为主控模块、速率陀螺采集模块、角位置采集模块、方位电机驱动模块、俯仰电机驱动模块和横滚电机驱动模块供电。

2.根据权利要求1所述的一种惯性稳定控制器，其特征在于：所述主控模块得到惯性平台方位轴、俯仰轴和横滚轴的脉冲控制信号的实现方式为：

(2.1)主控模块将载体相对于惯性空间的航向角与航迹角作差得到载体相对于惯性空间的偏航角；

(2.2)将步骤(2.1)得到的偏航角分解为载体方位轴、俯仰轴和横滚轴相对于惯性空间的偏航角；

(2.3)分别将步骤(2.2)得到的载体各个轴相对于惯性空间的偏航角与角位置采集模块采集得到的惯性平台与载体相应轴之间的夹角作差得到惯性平台各个轴相对于惯性空间的位置角度信号；

(2.4)将步骤(2.3)得到的位置角度信号求导得到惯性平台各个轴相对于惯性空间的角速率值；

(2.5)根据步骤(2.4)中惯性平台各个轴相对于惯性空间的角速率值以及速率陀螺模块采集得到的惯性平台各个轴相对于惯性空间的角速率，得到惯性平台各个轴相对于惯性空间的角速率补偿值；

(2.6)主控模块根据步骤(2.5)得到的角速率补偿值，通过超前滞后控制算法得到惯性平台方位轴、俯仰轴和横滚轴的脉冲控制信号。

3.根据权利要求1所述的一种惯性稳定控制器，其特征在于：所述惯性稳定控制器通过惯性导航模块固定安装在载体上，且安装后惯性导航模块的X轴指向载体驾驶室、Y轴垂直载体、Z轴垂直地面。

4.根据权利要求1所述的一种惯性稳定控制器，其特征在于：所述主控模块包括两路通讯接口，其中一路与惯性导航模块通讯，另一路备用；主控模块同时通过串口扩展模块扩展得到四路通讯接口，其中一路与管理控制模块进行通讯，另三路与速率陀螺采集模块进行通讯。

5.根据权利要求1所述的一种惯性稳定控制器，其特征在于：所述方位电机驱动模块、俯仰电机驱动模块和横滚电机驱动模块均采用芯片L6205实现，能够驱动电压范围在8V～52V、电流为2.8A的直流电机，包括直流力矩电机、直流音圈电机、直流伺服电机和直流步进电机。

6.根据权利要求1所述的一种惯性稳定控制器，其特征在于：所述角位置采集模块兼容多通道旋转变压器和光电码盘。

7.根据权利要求1所述的一种惯性稳定控制器，其特征在于：所述速率陀螺模块兼容A/D转换和数字串口两种模式。