基于反向位移补偿的稳定转台系统的制作方法

本实用新型涉及惯性技术与伺服电机高精度控制技术领域。

背景技术：

稳定转台一般都是以稳定光电图像为目的,保持图像相对目标维持稳定，通常依靠速率陀螺作为速度反馈元件而形成的内回路来实现，目前大部分研究针对速率反馈提出一系列算法，例如采用高斯型RBF神经网络进行观测和补偿，使用卡尔曼滤波器预测实际角速率方法，最优控制、变结构控制、神经网络以及模糊控制等。

仅使用陀螺仪速率进行补偿，对系统的速度环响应频率要求很高，稳定精度较差，由于陀螺仪速率信号测量过程噪声大、动态性能好，而加速度计测量过程噪声小、动态性能差，控制回路对于滤波要求实时性高、数据量少。

技术实现要素：

本实用新型目的是提出基于反向位移补偿的稳定转台系统。

本实用新型包括方位轴控制单元和俯仰轴控制单元，方位轴控制单元和俯仰轴控制单元分别通过通信单元与上位机控制系统连接；方位轴控制单元通过方位轴数据解算单元与方位轴陀螺仪连接；俯仰轴控制单元通过俯仰轴数据解算单元与俯仰轴陀螺仪连接；方位轴控制单元的信号输出端连接方位轴驱动单元，方位轴驱动单元的信号输出端连接方位轴力矩电机，方位轴力矩电机连接方位轴旋转变压器，方位轴旋转变压器的位置信号输出端连接方位轴控制单元；俯仰轴控制单元的信号输出端连接俯仰轴驱动单元，俯仰轴驱动单元的信号输出端连接俯仰轴力矩电机，俯仰轴力矩电机连接俯仰轴旋转变压器，俯仰轴旋转变压器的位置信号输出端连接方位轴控制单元。

本实用新型利用均值滤波计算陀螺速率零点偏移，结合加速度计进行互补滤波，积分成位移信号送入控制单元进行反向补偿，以达到稳定目标的效果。

本实用新型包括方位轴及俯仰轴的高精度定位功能与稳定控制功能，所述方位轴输入端连接方位陀螺仪、方位旋变，输出端连接方位力矩电机；所述俯仰轴输入端连接俯仰陀螺仪、俯仰旋变，输出端连接俯仰力矩电机。

本实用新型的特点是：所述带稳定功能的高精度双轴转台，将基座产生的方位与俯仰方向的干扰运动，通过陀螺仪检测并输入到控制端，使用均值滤波算法以及互补滤波算法消除陀螺仪随机漂移，积分成位移信号送入控制端使用反向位移补偿算法产生反向力矩，使得被稳定对象保持稳定。

利用本实用新型可以对转台实现高精度定位的同时，当基座相对惯性空间产生运动时，将会通过耦合带动转台轴系一起运动，陀螺仪感应转台方位轴系与俯仰轴系的角速度信号，负反馈到控制系统的输入端,经过控制器校正放大后驱动平台的力矩电机，电机产生相应的反方向扭转力矩,带动平台轴系在与基座转动的相反方向上进行位置补偿,平台轴系恢复到原有位置，从而实现了平台的稳定功能。

附图说明

图1为本实用新型的一种结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型设有方位轴控制单元3和俯仰轴控制单元9，方位轴控制单元3和俯仰轴控制单元9分别通过通信单元14与上位机控制系统13连接。方位轴控制单元通过方位轴数据解算单元2与方位轴陀螺仪1连接，俯仰轴控制单元9通过俯仰轴数据解算单元8与俯仰轴陀螺仪7连接。

另外，方位轴控制单元3的输出端连接方位轴驱动单元4，方位轴驱动单元4的输出端连接方位轴力矩电机5，方位轴力矩电机5连接方位轴旋转变压器6，方位轴旋转变压器的位置信号输出端连接方位轴控制单元。

俯仰轴控制单元9的输出端连接俯仰轴驱动单元10，俯仰轴驱动单元10的输出端连接俯仰轴力矩电机11，俯仰轴力矩电机11连接俯仰轴旋转变压器12，俯仰轴旋转变压器的位置信号输出端连接方位轴控制单元。

本实用新型的工作原理：

本产品与上位机控制系统连接后，上位机控制系统以RS422接口输出控制指令，通信单元接受到上位机控制系统的控制指令后，将其信息进行分解为方位与俯仰轴的转动方向和位置，发送给控制单元。控制单元完成对电机实际电流、位置信息采样，经过位置环（P），速度环（PI），电流环（PI）闭环调节，采用高性能控制算法对电机进行控制，通过驱动单元驱动力矩电机有序旋转，带动转台转动，并实时向上位机控制系统回传转台的状态及实际转动位置。

当基座产生方位与俯仰轴系的扰动时，陀螺仪感应基座的扰动角速率及加速度计，通过RS485将数据发送至数据解算单元，数据解算单元通过均值滤波法计算出陀螺仪静态零点偏移，再结合加速度计对陀螺仪自身的随机漂移进行互补滤波修正，并通过速度比例因子及时间积分常数将修正后的数据积分成控制单元需要的位移给定，输入控制单元，控制单元通过三环控制进行反向力矩补偿。其中，电流环为PI调节器，具有较快的响应和抗干扰特性；速度环采用PDFF算法，该算法具备低速抗扰动性强的特点；位置环设计为PF调节器，加上位置环速度前馈与加速度前馈补偿系数，能快速响应系统位置输入，精确跟随实时的位置信息，保证平台台体精确的位置控制。经试验验证，在基座产生不大于7度5Hz的正弦扰动时，7m外的光斑可稳定在5mm内。