光电吊舱多级稳像/回扫复合控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种光电吊舱多级稳像/回扫复合控制系统，由六自由度振动隔离装置(1)、稳像控制装置(2)、稳像回扫装置(3)及光电吊舱组成；其中六自由度振动隔离装置(1)的基座与无人机机架固连，载物台与光电吊舱固连，基座与载物台通过六个隔振单元相连，当基座受到振动干扰时，通过这六个隔振单元的伸缩运动可以削弱传递到光电吊舱的振动；稳像控制装置(2)通过将光电吊舱残余振动的加速度作为反馈产生控制力以进一步抑制光电吊舱的振动；稳像回扫装置(3)则通过测量光电吊舱的姿态角实现稳像回扫一体化控制。本发明专利技术可实现光电吊舱的振动隔离/抑制多级稳像控制以及大范围回扫，有效提高光电吊舱的成像精度。

【技术实现步骤摘要】
光电吊舱多级稳像/回扫复合控制系统
本专利技术属于飞行器的振动控制领域，具体涉及一种光电吊舱多级稳像/回扫复合控制系统，可用于抑制处在振动环境下的光电吊舱所受到的振动干扰，尤其适用于飞行器光电吊舱中光学系统的视轴稳定。
技术介绍
图像采集技术是无人侦察机上最常使用的侦查技术，光电吊舱作为无人侦察机的图像采集技术的实现载体，已在无人机上得到广泛应用，其成像精度则直接影响着无人侦察机的任务达成质量。然而在无人机上普遍存在的振动(螺旋桨振动、气动力及结构弹性耦合引起的颤振等)则大大降低了光电吊舱的成像质量和精密载荷的寿命，且飞行过程中受到的风阻力矩、大载荷机动导致的姿态变化都会使吊舱中光学仪器的视轴偏离预期的空间惯性指向，从而使光电吊舱中的光学系统产生抖动，影响成像的清晰度和视觉效果。为了减弱这些影响，必须使用一套稳定系统，采用视轴稳定技术，将光电吊舱受到的振动干扰削弱，使视轴保持指令要求的惯性空间指向，故设计针对光电吊舱的多级稳像/回扫复合控制系统具有一定的工程现实意义。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题为：通过设计一套多级稳像/回扫复合控制系统，采用视轴稳定技术，将在载机飞行振动环境下的光电吊舱受到的振动干扰削弱，使视轴保持指令要求的惯性空间指向。本专利技术采用的技术方案为：一种光电吊舱多级稳像/回扫复合控制系统，由六自由度振动隔离装置、稳像控制装置、稳像回扫装置及光电吊舱组成；其中六自由度振动隔离装置的基座与无人机机架固连，载物台与光电吊舱固连，基座与载物台通过六个隔振单元相连，当基座受到振动干扰时，通过这六个隔振单元的伸缩运动可以削弱传递到光电吊舱的振动；稳像控制装置通过将光电吊舱残余振动的加速度作为反馈产生控制力以进一步抑制光电吊舱的振动；稳像回扫装置则通过测量光电吊舱的姿态角实现稳像回扫一体化控制。六自由度低频振动主被动隔离机械装置，包括载物台、隔振单元和基座；其中：所述载物台包括固定板、上连接块和关节轴承支座，固定板为六边形扁平结构件，三条长边长度相等，三条短边长度相等，三个上连接块分别固定在固定板中的三条短边位置上，最长边与短边重合，每一个上连接块安装固定两个关节轴承支座；所述基座包括底板、下连接块和关节轴承支座，底板形状与固定板相同，下连接块为直角等腰梯形结构件，三个下连接块分别固定在底板中的三条短边位置上，下连接块中两个等腰平面上分别连接一个关节轴承支座；载物台和基座的每一个关节轴承支座通过铰制孔螺栓和关节轴承分别连接一个隔振单元的动关节轴承接头和定关节轴承接头；所述的隔振单元的被动隔振部分包括T形块、支撑弹簧、直线轴承、第二连接螺钉、二力杆、杠杆和横向弹簧，主动隔振部分包括加速度传感器、电机驱动杆、第一连接螺钉、电机安装筒、线圈、磁铁系统和外部驱动控制系统，机械接口部分包括动关节轴承接头、螺纹连接块、关节轴承和定关节轴承接头；所述T形块顶部设有圆孔、底部设有螺纹孔，左右两端分别与杠杆中心孔连接作为固定铰支，支撑弹簧下端与T形块顶部圆孔的底部接触，上端受动关节轴承接头底部压紧，动关节轴承接头外径与直线轴承径向配合，直线轴承外圈与T形块顶部固定，定关节轴承接头的螺纹端与T形块的底部连接固定，另一端与关节轴承固定；螺纹连接块通过螺纹固定在动关节轴承接头外围，两端分别通过铰链连接一个二力杆，二力杆的另一端通过铰链与一个杠杆的一端连接，杠杆的另一端通过铰链与一个电机驱动杆连接；音圈电机的主要构件包括电机驱动杆、线圈、磁铁系统和横向弹簧，电机驱动杆沿电机轴向运动，在磁铁系统内运动的部分作为线圈支架，外侧面与线圈内侧面贴合固定，底部压紧一个横向弹簧的一端，横向弹簧另一端与磁铁系统的底部接触，音圈电机通过电机安装筒固定在T形块的两侧，电机驱动杆在远离横向弹簧的一端固定有加速度传感器，其信号通过传感器电缆传输到外部驱动控制系统，系统输出信号通过电机安装筒外壁上圆孔传回音圈电机；当装置底部受到振动时，螺纹连接块偏离平衡位置，偏移量依次通过二力杆和杠杆使电机驱动杆产生偏移，横向弹簧产生使螺纹连接块偏离平衡位置的分力，形成负刚度，同时位于电机驱动杆另一端的加速度传感器测到电机驱动杆偏移运动的加速度信号并输出，外部驱动控制系统将加速度作为负反馈积分放大后算得电机力。其中，所述的关节轴承的型号为SKFGE10C。其中，所述的支撑弹簧、横向弹簧为YI型；直线轴承的型号为LMF13UU。其中，所述的加速度传感器的型号为LC0108。其中，所述的T形块上端有直径23mm的圆孔，下端有M16内螺纹的结构件；动关节轴承接头和定关节轴承接头是有M16外螺纹、顶部有直径19mm的圆孔的杆件；螺纹连接块是中间有M16内螺纹，两端开槽的长方体结构件；杠杆是两端和中间开有铰接孔的杆件；二力杆为一端开槽，两端有铰接孔的杆件；电机驱动杆是一端有M5外螺纹，另一端有台阶面，中间有铰接孔且在孔周开有矩形槽的圆柱形杆件；电机安装筒是顶部孔径小于底部的圆筒形结构件，筒壁上开有圆孔，台阶面上圆周均布4个直径4.5通孔的圆筒形构件；第一连接螺钉为M6×14的内六角螺钉；第二连接螺钉为M5×12的内六角螺钉。基于反作用力的光电吊舱稳像控制装置，包括外壳结构部分，测量元件及作动机构；外壳结构部分包括顶盖、外筒及安装法兰，该外壳结构部分与光电吊舱固连，为作动机构与光电吊舱之间提供稳定连接；测量元件为加速度计，通过测量光电吊舱的振动加速度为ADC控制器提供控制输入；作动机构包括弹簧、作动器动子安装筒、作动器动子及作动器定子，其中作动器动子安装筒与作动器动子组成辅助质量，由ADC控制器输出驱动产生控制力，以抑制光电吊舱的振动。其中，所述的加速度计为ICP压电式加速度计，其型号为PCB333B30。其中，所述的作动机构中的作动器为音圈电机，音圈电机由一个永磁体和一个线圈组成，作动器动子为音圈电机永磁体及作动器定子为音圈电机线圈，其型号为LA14-17-000A。光电吊舱稳像回扫一体化控制装置，包括：反射镜；由音圈电机线圈与音圈电机永磁体组成的摆动音圈电机；转角反馈部分；由十字形连接件、金属轴、两个T形连接件与两个梯形连接件组成的万向铰链；基座；环形轴套；第一紧固螺钉；第二紧固螺钉；第三紧固螺钉；其中：基座固连光电吊舱，反射镜通过万向铰链与基座相连，音圈电机一端与基座相连，另一端与反射镜相连，转角反馈部分的激光位移传感器与基座相连于驱动部分下方；所述反射镜包括反射镜面与机械接口，反射镜面用于调整光路，保证光电吊舱内光学仪器在各种工况下的稳相；反射机械接口为两道矩形凹槽，用于与万向铰链部分连接；所述万向铰链通过梯形连接件与基座相连，通过T形连接件与反射镜背面的机械接口胶合，T形连接件与梯形连接件分别连接到十字形连接件的两轴上，则反射镜可以通过绕万向铰链的两正交轴做扭转运动完成相对于基座的任意方向转动；安装完成后定义万向铰链两正交轴分别为光电吊舱稳像回扫一体化控制装置X轴与Y轴；所述摆动音圈电机由音圈电机线圈与音圈电机永磁体组成，音圈电机永磁体垂直穿过音圈电机线圈且与音圈电机线圈间保持一定间隙，音圈电机两两一组，每组音圈电机呈对称布置，对称平面垂直于反射镜平面且过反射镜中点，两组音圈电机连线均与X轴夹角22.5°；安装时其音圈电机线圈部分与基座通过螺钉相连，音本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电吊舱多级稳像/回扫复合控制系统，其特征在于：由六自由度振动隔离装置(1)、稳像控制装置(2)、稳像回扫装置(3)及光电吊舱组成；其中六自由度振动隔离装置(1)的基座与无人机机架固连，载物台与光电吊舱固连，基座与载物台通过六个隔振单元相连，当基座受到振动干扰时，通过这六个隔振单元的伸缩运动可以削弱传递到光电吊舱的振动；稳像控制装置(2)通过将光电吊舱残余振动的加速度作为反馈产生控制力以进一步抑制光电吊舱的振动；稳像回扫装置(3)则通过测量光电吊舱的姿态角实现稳像回扫一体化控制。

【技术特征摘要】
1.一种光电吊舱多级稳像/回扫复合控制系统，其特征在于：由六自由度振动隔离装置(1)、稳像控制装置(2)、稳像回扫装置(3)及光电吊舱组成；其中六自由度振动隔离装置(1)的基座与无人机机架固连，载物台与光电吊舱固连，基座与载物台通过六个隔振单元相连，当基座受到振动干扰时，通过这六个隔振单元的伸缩运动可以削弱传递到光电吊舱的振动；稳像控制装置(2)通过将光电吊舱残余振动的加速度作为反馈产生控制力以进一步抑制光电吊舱的振动；稳像回扫装置(3)则通过测量光电吊舱的姿态角实现稳像回扫一体化控制。2.根据权利要求1所述的一种光电吊舱多级稳像/回扫复合控制系统，其特征在于：六自由度低频振动主被动隔离机械装置包括载物台(101)、隔振单元(102)和基座(103)；其中：所述载物台(101)包括固定板(104)、上连接块(105)和关节轴承支座(106)，固定板(104)为六边形扁平结构件，三条长边长度相等，三条短边长度相等，三个上连接块(105)分别固定在固定板(104)中的三条短边位置上，最长边与短边重合，每一个上连接块(105)安装固定两个关节轴承支座(106)；所述基座(103)包括底板(108)、下连接块(107)和关节轴承支座(106)，底板(108)形状与固定板(104)相同，下连接块(107)为直角等腰梯形结构件，三个下连接块(107)分别固定在底板(108)中的三条短边位置上，下连接块(107)中两个等腰平面上分别连接一个关节轴承支座(106)；载物台(101)和基座(103)的每一个关节轴承支座(106)通过铰制孔螺栓和关节轴承(118)分别连接一个隔振单元(102)的动关节轴承接头(109)和定关节轴承接头(119)；所述的隔振单元的被动隔振部分包括T形块(112)、支撑弹簧(113)、直线轴承(123)、第二连接螺钉(124)、二力杆(125)、杠杆(111)和横向弹簧(116)，主动隔振部分包括加速度传感器(114)、电机驱动杆(115)、第一连接螺钉(117)、电机安装筒(120)、线圈(121)、磁铁系统(122)和外部驱动控制系统，机械接口部分包括动关节轴承接头(109)、螺纹连接块(110)、关节轴承(118)和定关节轴承接头(119)；所述T形块(112)顶部设有圆孔、底部设有螺纹孔，左右两端分别与杠杆(111)中心孔连接作为固定铰支，支撑弹簧(113)下端与T形块(112)顶部圆孔的底部接触，上端受动关节轴承接头(109)底部压紧，动关节轴承接头(109)外径与直线轴承(123)径向配合，直线轴承(123)外圈与T形块(112)顶部固定，定关节轴承接头(119)的螺纹端与T形块(112)的底部连接固定，另一端与关节轴承(118)固定；螺纹连接块(110)通过螺纹固定在动关节轴承接头(109)外围，两端分别通过铰链连接一个二力杆(125)，二力杆(125)的另一端通过铰链与一个杠杆(111)的一端连接，杠杆(111)的另一端通过铰链与一个电机驱动杆(115)连接；音圈电机的主要构件包括电机驱动杆(115)、线圈(121)、磁铁系统(122)和横向弹簧(116)，电机驱动杆(115)沿电机轴向运动，在磁铁系统(122)内运动的部分作为线圈(121)的支架，外侧面与线圈(121)内侧面贴合固定，底部压紧一个横向弹簧(116)的一端，横向弹簧(116)另一端与磁铁系统(122)的底部接触，音圈电机通过电机安装筒(120)固定在T形块(112)的两侧，电机驱动杆(115)在远离横向弹簧(116)的一端固定有加速度传感器(114)，其信号通过传感器电缆...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟鹏，郑新涛，张弘，袁丁，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11