[发明专利]一种惯性稳定控制器

说明书

技术领域

本发明涉及一种多轴多功能高精度惯性稳定控制器，属于航空光学遥感技术领域。

背景技术

在航空遥感领域中，成像系统往往受到外界扰动，如风速、飞机的振动等，均会导致成像质量大大降低。为保证在惯性空间内成像稳定，提出一种通用型的惯性稳定控制器。以往的控制器多采用单轴或双轴的稳定结构，即沿与视轴相正交同时相互垂直的两个转动自由度控制视轴运动，并保持视轴稳定，但这种双轴稳定平台忽略了第三个方向轴的扰动，只能应用于外界环境干扰小，对成像质量要求不高的情况下，如果在恶劣的环境下，对成像质量要求较高，我们一定要求三个方向轴在惯性空间稳定。当前电机控制器较为成熟，但对航空遥感领域中惯性空间的电机驱动器还不成熟，尤其针对多轴、多传感器、多功能的驱动器更少，尚存在以下问题：(1)根据指标的要求不同，选择的执行器、传感器和数量等均不确定，需要针对不同项目配置不同的驱动模块和采集模块；(2)通用性和继承性较差，无法兼容传感器为数字式或模拟式，不利于传感器的更换。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种惯性稳定控制器，实现惯性稳定控制，适用于多轴、多功能、高精度的控制系统，具有较强的通用性。

本发明的技术解决方案是：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；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。

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；