基于反作用力的光电吊舱稳像控制装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于反作用力的光电吊舱稳像控制装置及控制方法，包括一套作动机构、传感器以及控制方法；传感器负责采集振动环境下光电吊舱的加速度；加速度通过实时嵌入式控制系统解算出所需的控制力；控制力信号经由D/A输出到作动机构对光电吊舱进行稳像控制；其中控制方法为自适应陷波方法(Adaptive Disturbance Cancellation，简称ADC方法)。本发明专利技术通过在光电吊舱主振方向上安装控制装置有效削弱了其振动幅值，验证了基于反作用力的光电吊舱稳像控制方法的有效性，提高了光电吊舱的成像质量。

【技术实现步骤摘要】
基于反作用力的光电吊舱稳像控制装置及控制方法
本专利技术属于飞行器的振动控制领域，具体涉及一种基于反作用力的光电吊舱稳像控制装置及控制方法，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。
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。虽然光电吊舱的伺服系统以及其数字稳像技术可以补偿多数情况的振动干扰，但是当光电吊舱“过顶”时，即相机呈竖直向下状态时，伺服系统难以实现其补偿功能，此时则需要通过外部能量输入对光电吊舱的振动干扰进行抑制，故为此设计针对光电吊舱的稳像控制装置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是：针对光电吊舱“过顶”伺服系统无法补偿的问题，提供一种基于反作用力的光电吊舱稳像控制装置及方法，工程上易于实现，不仅能在光电吊舱“过顶”时对振动干扰进行抑制，还能在光电吊舱伺服系统工作时进一步削弱振动能量，协同提高光电吊舱的成像精度和质量。本专利技术解决上述技术问题采用的技术方案是：一种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。本专利技术还提供一种基于反作用力的光电吊舱稳像控制方法，包括以下步骤：第一步，建立在受扰条件下的浮动光电吊舱动力学模型，然后按照权利要求一的方式对稳像控制装置进行装配，最后将稳像控制装置通过安装法兰的安装孔安装在光电吊舱被控点上；第二步，针对光电吊舱受扰条件设计基于反作用力的稳像ADC控制器；第三步，将光电吊舱的振动加速度作为输入实现基于反作用力的光电吊舱稳像控制。其中，当光电吊舱处于振动环境下时，加速度计可采得其振动加速度输入到ADC控制器；ADC控制器通过设计一对与其同频的单位正弦信号和单位余弦信号作为基底，并以LMS(LeastMeanSquarefilter)算法对各基底权系数进行调节，拟合出与干扰同频、正负号相反的补偿信号作为控制信号驱动作动器以抑制光电吊舱的振动。本专利技术的优点在于：(1)本专利技术形成了以音圈电机为中心的作动机构，结构简单的同时也具有音圈电机的输出线性度好、响应快及可靠性高等优点；(2)本专利技术通过驱动辅助质量(作动器动子等)产生反作用力的方式，可以有效抑制光电吊舱受到的振动干扰，尤其是解决了光电吊舱“过顶”时伺服系统无法补偿干扰的问题。附图说明图1为本专利技术的四分之一剖视图；图2为本专利技术的外观轴测图；图3为本专利技术的半剖装配图；图4为本专利技术的外观俯视图；图5为本专利技术的ADC控制器原理图；图6为光电吊舱受扰条件下的控制效果图。图1～5中附图标记含义为：1为顶盖，2为外筒，3为安装法兰，4为加速度计，5为弹簧，6为作动器动子安装筒，7为作动器动子，8为作动器定子。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做进一步详细说明。如图1-4所示，本专利技术是一种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1、外筒2及安装法兰3；测量元件为加速度计4；作动机构包括弹簧5、作动器动子安装筒6、作动器动子7及作动器定子8。作动器动子7为音圈电机永磁体及作动器定子8为音圈电机线圈。外壳结构部分中顶盖1安装于外筒2的上端形成作动机构的导向和弹簧连接点；外筒2的下端与安装法兰3固连，安装法兰3通过外部安装孔与光电吊舱固连；该部分作为作动器的支座，可对作动机构的运动方向起到约束作用。测量元件即加速度计4安装于顶盖1的内侧，可测量支架即光电吊舱的振动加速度作为ADC控制器的输入信号。作动机构中弹簧5一端与顶盖1固连，一端与作动器动子安装筒6固连并套在作动器动子安装筒6外圆柱面，作动器动子7通过底部安装孔与作动器动子安装筒6固连作为辅助质量，同时作动器动子安装筒6与外筒2内圆柱面接触并形成滑动副，将作动机构的运动方向约束为圆柱面的轴向，同时为弹簧提供了导向结构；作动器定子8与安装法兰3固连；作动机构为本装置核心部分，由ADC控制器输出驱动作动器动子7运动，产生的反作用力则通过作动器定子8及安装法兰3作用于光电吊舱，并通过作动器动子7与作动器定子8之间的电磁阻尼以及弹簧5的结构阻尼将振动能量转化为热量耗散掉，以抑制光电吊舱的振动。图5为本专利技术的ADC控制器原理图；本专利技术中所用的控制方法为自适应陷波ADC方法，当光电吊舱处于振动环境下时，加速度计可采得其振动加速度输入到ADC控制器；ADC控制器通过设计一对与其同频的单位正弦信号和单位余弦信号作为基底，并以LMS算法对各基底权系数进行调节，拟合出与干扰同频、正负号相反的补偿信号作为控制信号驱动作动器，以达到削弱光电吊舱的振动幅值，提高其成像质量的目的。图6为光电吊舱受扰条件下的控制效果图，纵轴为光电吊舱加速度(单位：m/s^2)，横轴为时间(单位：s)，控制装置在1s加控，可以看出光电吊舱的加速度迅速衰减。本专利技术未详细公开技术属于本领域技术人员公知常识。以上所述，仅为本专利技术的具体实施方式，但本专利技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本专利技术所揭露的技术范围内，可理解到的替换或增减，都应涵盖在本专利技术的包含范围之内，因此，本专利技术的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于反作用力的光电吊舱稳像控制装置，其特征在于：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(1)、外筒(2)及安装法兰(3)，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(4)，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(5)、作动器动子安装筒(6)、作动器动子(7)及作动器定子(8)，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。

【技术特征摘要】
1.一种基于反作用力的光电吊舱稳像控制装置，其特征在于：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(1)、外筒(2)及安装法兰(3)，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(4)，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(5)、作动器动子安装筒(6)、作动器动子(7)及作动器定子(8)，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。2.根据权利要求1所述的基于反作用力的光电吊舱稳像控制装置，其特征在于：所述的加速度计为ICP压电式加速度计，其型号为PCB333B30。3.根据权利要求1所述的基于反作用力的光电吊舱稳像控制装置，其特征在于：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(7)为音圈电机永磁体及作动器定子...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟鹏，梁超，张弘，
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