[发明专利]一种面向教学的光电稳定云台及其测试方法

说明书

本发明提供的面向教学的光电稳定云台及其测试方法，可以为云台的稳定性教学提供所需的硬件基础，并且三相插头独立供电设计，可进行磁场定向控制、惯性稳定控制、速度和位置控制等伺服控制算法的教学演示，在嵌入式工控机上算法开发固定后，可移植到嵌入式芯片中进一步设计产品，方便教学演示，提高演示效率。

技术领域

本发明涉及云台稳定测试领域，特别涉及一种面向教学的光电稳定云台及其测试方法。

背景技术

光电稳定云台是搭载在飞机、舰船、车辆等移动载体上的光电设备，能够补偿载体运动过程中姿态变化引起的视轴晃动，保证运动成像的质量和观测效果。现有的光电稳定云台通常都是嵌入式集成电路板设计，功能固化，对外只具有图像输出、工作模式控制接口等输入输出接口，仅能够满足用户的使用需求。另一方面，光电稳定云台是伺服控制专业领域很典型的研究对象，但是很多本科或是研究生在课程中只有相关的书籍可以参考，实践中缺少一种可实验的教学仪器。

为促进光电行业的发展，满足高等教育实践教学的实际需求，迫切需要一种能够实现教学实验的新产品。作为教学装置，需要具备：可演示工作原理，可进行多种实验和测试、体积小、重量轻、开放程度高、实验简便、成本低等特点，还可以作为新产品开发的平台，用于产品研发。同时满足这些需求是较为困难的。中国专利(申请号201710245898.2)公开了一种面向实验教学的稳定平台测试装置及测试方法，需要采用程序控制的倾斜基座产生姿态干扰，系统复杂度高、成本高。中国专利(申请号201610545741.7)公开了一种微小型惯性稳定平台实验教学仪器，但系统考虑到传感器标定、生成扰动源等，而设计了可伸缩展翼、二维扰动基座装置等，且采用三轴速率转台装置作为稳定平台，体积重量难以控制，并且未述及控制系统的电气组成、没有光电成像装置，所能进行的教学实验有限。

发明内容

本发明实施例提供了一种面向教学的光电稳定云台及其测试方法，可以为云台的稳定性教学提供所需的硬件基础，并通过嵌入式芯片演示多种伺服控制算法，方便教学演示。

第一方面，本发明提供一种面向教学的光电稳定云台，包括：照准架、集成控制电箱以及嵌入式工控机，所述照准架包括至少一组框架、设置在所述框架上的伺服电机、电机驱动模块、与所述伺服电机数量对应的轴角编码器、安装在所述框架上的图像采集模块以及用于测量所述图像采集模块运动数据的惯性测量模块，所述嵌入式工控机具有通信板卡和图像采集卡，所述嵌入式工控机通过所述通信板卡与所述集成控制电箱、所述电机驱动模块、所述图像采集模块以及所述惯性测量模块通信连接，所述嵌入式工控机利用所述图像采集卡将所述图像采集模块拍摄的图像信号进行采集处理。

可选地，所述框架包括握持支架，所述握持支架设置在框架的外表面。

可选地，所述框架上设有第一电气接口，所述电机驱动模块、所述惯性测量模块以及所述图像采集模块分别与所述第一电气接口电连接，所述第一电气接口与所述集成控制电箱电连接。

可选地，所述集成控制电箱包块市电接口、保险丝、防漏电保护模块、AC-DC模数转换模块、操纵杆、带灯按钮、嵌入式控制器以及第二电气接口，所述第二电气接口与所述第一电气接口电连接。

可选地，所述伺服电机采用无刷电机，所述轴角编码器与所述无刷电机共轴安装。

可选地，所述照准架采用三轴三框架、两轴两框架或两轴四框架的结构。

可选地，所述电机驱动模块包括电源电路、嵌入式芯片最小系统、逻辑电路、PWM电机驱动电路、电流采样电路以及运算放大电路，所述电机驱动模块的输出端与所述伺服电机电连接，所述电机驱动模块的输出端与所述轴角编码器电连接。

可选地，所述嵌入式工控机内置磁场定向控制算法，所述嵌入式工控机接收所述轴角编码器的角度反馈和所述电机驱动模块的电流反馈，并利用PARK逆变换对所述角度反馈和所述电流反馈进行处理输出α、β电压量，所述电机驱动模块根据所述α、β电压量生成PWM指令驱动所述伺服电机转动。