惯性稳定平台及其控制方法技术

本发明专利技术涉及惯性稳定装置技术领域，提供了一种惯性稳定平台及其控制方法。该平台及其方法通过将惯性测量单元的X轴和X’轴均与所述俯仰框的旋转轴心平行，Y轴和Y’轴均与所述横滚框的旋转轴心平行，Z轴和Z’轴均与所述俯仰框的旋转轴心和所述横滚框的旋转轴心垂直，以此来测量载体运动的姿态角度及其角速率，再将现有惯性稳定平台中的伺服电机替换为步进电机和旋转编码器，通过两个步进电机来控制俯仰框和横滚框的转动，两步进电机通过各种的旋转编码器来控制监测其旋转角度，以构成一种闭环调平系统，控制简单，成本较低。

【技术实现步骤摘要】
惯性稳定平台及其控制方法
本专利技术涉及惯性稳定装置
，更具体的是涉及一种惯性稳定平台及其控制方法。
技术介绍
惯性稳定平台装置可以在动态下隔离载体扰动，装置内部平台可以始终保持水平，保证平台上的光学、雷达等测试测量设备的测量精度不受影响，在航空航天、工业控制、移动测量、勘探勘测等领域具有十分广泛的应用前景。当前稳定平台主要有机械式和电动式两种。机械式稳定平台，采用重力原理，完全依靠机械结构的平衡特性使平台一直稳定在水平状态。这种稳定平台的特点是结构简单，不需要电机、控制器等电气件，成本相对较低；但是纯粹依靠机械稳定，响应慢、稳定精度低也是致命缺点。电动式主要依靠高精度倾角传感器采集姿态变化，通过姿态解算后，控制电机将平台稳定在水平状态下。传统电动式只采用加速度计作为倾角传感器采集姿态变化，在高动态下倾角传感器只能反映出姿态角度，而且响应时间不是很及时。而且控制电机一般采用伺服电机，控制比较复杂，而且成本较高。
技术实现思路
本专利技术要解决的是现有的惯性稳定平台控制复杂、成本较高的技术问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种惯性稳定平台，该平台包括控制器和连接在载体上的俯仰支架，所述俯仰支架上转动连接有俯仰框，所述俯仰框在第一步进电机的带动下相对于所述俯仰支架转动；所述俯仰框上转动连接有横滚框，所述横滚框在第二步进电机的带动下相对于所述俯仰框转动，所述横滚框上形成有安装平台，其中，所述俯仰框的旋转轴心和所述横滚框的旋转轴心相对垂直、且均平行于所述载体与所述俯仰支架的连接面；所述俯仰支架上设有惯性测量单元，所述惯性测量单元包括具有X、Y和Z三个单轴的加速计以及具有X’、Y’和Z’三个单轴的陀螺，其中的X轴和X’轴均与所述俯仰框的旋转轴心平行，Y轴和Y’轴均与所述横滚框的旋转轴心平行，Z轴和Z’轴均与所述俯仰框的旋转轴心和所述横滚框的旋转轴心垂直；所述第一步进电机上设有用于监测其转动角度的第一旋转编码器，所述第二步进电机上设有用于监测其旋转角度的第二旋转编码器；所述控制器分别与所述惯性测量单元、第一步进电机、第二步进电机、第一旋转编码器和第二旋转编码器连接，用于根据所述惯性测量单元、第一旋转编码器和第二旋转编码器所反馈的信息控制所述第一步进电机和第二步进电机的转动角度及转动速度。优选的，该平台还包括设置在第一步进电机上的第一霍尔开关和设置在第二步进电机上的第二霍尔开关；所述第一旋转编码器和第二旋转编码器均为增量型旋转编码器；所述第一步进电机上设有随其输出轴一同转动的第一感应点，所述第一霍尔开关设置在所述第一感应点的旋转路径上，用于通过与所述第一感应点的感应配合确定所述第一旋转编码器的光电码盘的初始零位；所述第二步进电机上设有随其输出轴一同转动的第二感应点，所述第二霍尔开关设置在所述第二感应点的旋转路径上，用于通过与所述第二感应点的感应配合确定所述第二旋转编码器的光电码盘的初始零位。本专利技术还提供了一种惯性稳定平台的控制方法，该方法包括以下步骤：S1、平台上电初始化，确定载体的初始零位；S2、平台调平操作启动；S3、通过惯性测量单元获取载体在当前状态下的姿态角度及其角速率；S4、控制器根据载体的姿态角度与载体的初始零位的差值，确定第一步进电机和第二步进电机需要转动的角度；S5、编码器采集信息，计算当前俯仰角和横滚角；S6、根据当前角度偏差以及惯性测量单元给出的角速率，计算电机要运行到指令角度所需要的指令角速度；S7、分别控制第一步进电机和第二步进电机按照所述指令角速度运行，执行步骤S3。本专利技术提供的一种惯性稳定平台及其控制方法，通过惯性测量单元来测量载体运动的姿态角度及其角速率，再将现有惯性稳定平台中的伺服电机替换为步进电机和旋转编码器的配合使用，以构成一种闭环调平系统，控制简单，成本较低。附图说明图1是本专利技术实施例的一种惯性稳定平台的示意图；图2是本专利技术实施例的一种惯性稳定平台的控制方法的流程图。附图标记：1、惯性测量单元；2、控制器；3、俯仰支架；4、下罩；5、横滚框；51、俯仰框；6、安装平台；7、第二步进电机；8、第二旋转编码器；9、第一霍尔开关；10、第一步进电机；11、第一旋转编码器。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。如图1所示，本专利技术实施例提供的一种惯性稳定平台，该平台包括控制器2和连接在载体上的俯仰支架3，该俯仰支架3可通过下罩4与载体连接，下罩4与上罩(图中未示出)配合构成一个封闭本平台的空间；包括相对设置的第一架体和第二架体，俯仰支架3上转动连接有俯仰框51，该俯仰框51为整体呈矩形框状的结构，两个相对的边框分别连接在第一架体和第二架体上，俯仰框51在第一步进电机10的带动下相对于俯仰支架3转动，具体可以将第一步进电机10安装在第一架体上，并且在第一步进电机10的输出轴上安装第一齿轮，在俯仰框51上开设与第一齿轮相啮合的齿槽，从而通过第一步进电机10的旋转而使俯仰框51相对于俯仰支架3做俯仰转动。俯仰框51上转动连接有横滚框5，横滚框5也可以是整体呈矩形框状的结构，横滚框5相对设置的两个边框与俯仰框51另外的两个边框转动连接，横滚框5在第二步进电机7的带动下相对于俯仰框51转动，该第二步进电机7可以安装在横滚框5上，其输出轴上安装有第二齿轮，在俯仰框51上开设有与第二齿轮相啮合的齿槽，从而通过第二步进电机7的转动而使横滚框5相对于俯仰框51做横滚运动，另外，在横滚框5上形成有安装平台6，该安装平台6可以是横滚框5的另外两个相对设置的边框中的任一个，该安装平台6用于安装需要保持稳定的设备。当然，应当说明的是俯仰框51、横滚框5及俯仰支架3的连接具体结构并不止局限于上述形式，只要使俯仰框51的旋转轴心和横滚框5的旋转轴心相对垂直、且均平行于载体与俯仰支架3的连接面即可。俯仰支架3上设有惯性测量单元1，惯性测量单元1包括具有X、Y和Z三个单轴的加速计以及具有X’、Y’和Z’三个单轴的陀螺，其中的X轴和X’轴均与俯仰框51的旋转轴心平行，Y轴和Y’轴均与横滚框5的旋转轴心平行，Z轴和Z’轴均与俯仰框51的旋转轴心和横滚框5的旋转轴心垂直，由此通过惯性测量单元1便可以获知载体运动的姿态角度及其角速率。第一步进电机10上设有用于监测其转动角度的第一旋转编码器11，第二步进电机7上设有用于监测其旋转角度的第二旋转编码器8，由于通过前述惯性测量单元1已经能够获知载体运动的姿态角度及其角速率，即通过惯性测量单元1获知了载体在此时此刻的一个微动；而此处又可通过第一旋转编码器11和第二旋转编码器8二获得第一步进电机10的旋转角度和第二步进电机7的旋转角度，即此时的第一步进电机10和第二步进电机7的转动角度是一个满足前一个载体状态下使安装平台6保持稳定的一个角度状态；显然，在此时此刻，通过第一俯仰框51和第二俯仰框51转动的角度与第一步进电机10和第二步进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种惯性稳定平台，其特征在于，包括控制器和连接在载体上的俯仰支架，所述俯仰支架上转动连接有俯仰框，所述俯仰框在第一步进电机的带动下相对于所述俯仰支架转动；所述俯仰框上转动连接有横滚框，所述横滚框在第二步进电机的带动下相对于所述俯仰框转动，所述横滚框上形成有安装平台，其中，所述俯仰框的旋转轴心和所述横滚框的旋转轴心相对垂直、且均平行于所述载体与所述俯仰支架的连接面；所述俯仰支架上设有惯性测量单元，所述惯性测量单元包括具有X、Y和Z三个单轴的加速计以及具有X’、Y’和Z’三个单轴的陀螺，其中的X轴和X’轴均与所述俯仰框的旋转轴心平行，Y轴和Y’轴均与所述横滚框的旋转轴心平行，Z轴和Z’轴均与所述俯仰框的旋转轴心和所述横滚框的旋转轴心垂直；所述第一步进电机上设有用于监测其转动角度的第一旋转编码器，所述第二步进电机上设有用于监测其旋转角度的第二旋转编码器；所述控制器分别与所述惯性测量单元、第一步进电机、第二步进电机、第一旋转编码器和第二旋转编码器连接，用于根据所述惯性测量单元、第一旋转编码器和第二旋转编码器所反馈的信息控制所述第一步进电机和第二步进电机的转动角度及转动速度。

【技术特征摘要】
1.一种惯性稳定平台，其特征在于，包括控制器和连接在载体上的俯仰支架，所述俯仰支架上转动连接有俯仰框，所述俯仰框在第一步进电机的带动下相对于所述俯仰支架转动；所述俯仰框上转动连接有横滚框，所述横滚框在第二步进电机的带动下相对于所述俯仰框转动，所述横滚框上形成有安装平台，其中，所述俯仰框的旋转轴心和所述横滚框的旋转轴心相对垂直、且均平行于所述载体与所述俯仰支架的连接面；所述俯仰支架上设有惯性测量单元，所述惯性测量单元包括具有X、Y和Z三个单轴的加速计以及具有X’、Y’和Z’三个单轴的陀螺，其中的X轴和X’轴均与所述俯仰框的旋转轴心平行，Y轴和Y’轴均与所述横滚框的旋转轴心平行，Z轴和Z’轴均与所述俯仰框的旋转轴心和所述横滚框的旋转轴心垂直；所述第一步进电机上设有用于监测其转动角度的第一旋转编码器，所述第二步进电机上设有用于监测其旋转角度的第二旋转编码器；所述控制器分别与所述惯性测量单元、第一步进电机、第二步进电机、第一旋转编码器和第二旋转编码器连接，用于根据所述惯性测量单元、第一旋转编码器和第二旋转编码器所反馈的信息控制所述第一步进电机和第二步进电机的转动角度及转动速度。2.根据权利要求1所述的惯性稳定平台，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝凯旋，张仲毅，李耀鹏，徐韬，王宇，刘宝帝，
申请(专利权)人：北京星网卫通科技开发有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11