基于角度测量的惯性稳像控制系统技术方案

本发明专利技术提供了基于角度测量的惯性稳像控制系统，其通过在陀螺稳定轴和扫描反射镜轴上分别使用光栅尺进行角度测量，同时还取消了减速比为2:1的机械钢带减速器，其以高精度轴系转动测量机构来代替传统的机械钢带减速器转动机构来实现惯性稳像控制，以使俯仰陀螺惯性稳定回路与扫描反射镜位置跟踪回路之间没有任何机械传动关系，从而消除轴系扰动力矩和轴系摩擦力矩的影响、提高稳像控制机构稳定控制精度低、降低机构结构复杂性、减少机构体积和重量。重量。重量。

【技术实现步骤摘要】
基于角度测量的惯性稳像控制系统


[0001]本专利技术涉及自动控制的
，特别涉及基于角度测量的惯性稳像控制系统。

技术介绍

[0002]机载红外搜索跟踪系统通常采用扫描反射镜扩大搜索范围和对目标进行探测、跟踪。为了减轻载机振动和飞行姿态变化造成红外图像的模糊，需要使用惯性稳定平台隔离载机振动和飞行姿态的变化。由于扫描反射镜在俯仰轴向具有光线反射二倍角的特性，惯性稳定平台通常采用具有稳像控制机构的惯性稳定结构。
[0003]现有技术的稳像控制机构俯仰上通常有陀螺稳定轴和扫描反射镜轴。陀螺稳定轴上安装有力矩电机，以作为俯仰稳定的驱动电机。陀螺稳定轴和扫描反射镜轴之间通过减速比为2：1的机械钢带减速器传动。然而在该传动过程中，机械钢带的预紧力将轴系拉偏，使轴承滚珠在滚道内运动不平稳，从而引起较大的轴系摩擦力矩。并且轴系摩擦力矩的非线性特性会导致轴系低速转动不平稳，从而降低稳定精度和使得系统的控制品质较差。可见，现有技术的稳像控制机构存在控制品质差、体积较大和重量较重的问题，其难以满足机载光电探测系统越来越高的要求。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的稳像控制机构稳定控制精度低、机构结构复杂、机构体积庞大和重量较重的问题，本专利技术提供基于角度测量的惯性稳像控制系统，其包括陀螺角度测量模块、角位移变换模块和扫描反射镜转动控制模块；该陀螺角度测量模块包括陀螺反馈回路控制单元和陀螺稳定轴角度测量单元；该陀螺反馈回路控制单元用于对俯仰陀螺稳定轴的转动进行反馈控制；该陀螺稳定轴角度测量单元用于测量该俯仰陀螺稳定轴的转动角度；该角位移变换模块用于根据该俯仰陀螺稳定轴的转动角度，生成相应的角位移指令；该扫描反射镜转动控制模块包括扫描反射镜驱动单元和扫描反射镜转动角度测量单元；该扫描反射镜驱动单元用于根据该角位移指令驱动扫描反射镜进行转动；该扫描反射镜转动角度测量单元用于测量该扫描反射镜的实际转动角度；该扫描反射镜驱动单元还用于根据该扫描反射镜的实际转动角度，对该扫描反射镜的转动状态进行反馈调节；可见，该基于角度测量的惯性稳像控制系统通过在陀螺稳定轴和扫描反射镜轴上分别使用光栅尺进行角度测量，同时还取消了减速比为2:1的机械钢带减速器，其以高精度轴系转动测量机构来代替传统的机械钢带减速器转动机构来实现惯性稳像控制，以使俯仰陀螺惯性稳定回路与扫描反射镜位置跟踪回路之间没有任何机械传动关系，从而消除轴系扰动力矩和轴系摩擦力矩的影响、提高稳像控制机构稳定控制精度低、降低机构结构复杂性、减少机构体积和重量。
[0005]本专利技术提供基于角度测量的惯性稳像控制系统，其特征在于，其包括陀螺角度测量模块、角位移变换模块和扫描反射镜转动控制模块；其中，
[0006]所述陀螺角度测量模块包括陀螺反馈回路控制单元和陀螺稳定轴角度测量单元；其中，
[0007]所述陀螺反馈回路控制单元用于对俯仰陀螺稳定轴的转动进行反馈控制；
[0008]所述陀螺稳定轴角度测量单元用于测量所述俯仰陀螺稳定轴的转动角度；
[0009]所述角位移变换模块用于根据所述俯仰陀螺稳定轴的转动角度，生成相应的角位移指令；
[0010]所述扫描反射镜转动控制模块包括扫描反射镜驱动单元和扫描反射镜转动角度测量单元；其中，
[0011]所述扫描反射镜驱动单元用于根据所述角位移指令驱动扫描反射镜进行转动；
[0012]所述扫描反射镜转动角度测量单元用于测量所述扫描反射镜的实际转动角度；
[0013]所述扫描反射镜驱动单元还用于根据所述扫描反射镜的实际转动角度，对所述扫描反射镜的转动状态进行反馈调节；
[0014]进一步，所述陀螺反馈回路控制单元包括俯仰陀螺、陀螺稳定轴、陀螺稳定轴驱动电机和陀螺稳定回路校正与电机功率放大器；其中，
[0015]所述陀螺稳定轴贯穿所述俯仰陀螺设置，并且所述陀螺稳定轴的一端设置有所述陀螺稳定轴驱动电机；
[0016]所述陀螺稳定轴驱动电机用于驱动所述陀螺稳定轴转动；
[0017]所述陀螺稳定回路校正与电机功率放大器用于信号连接所述俯仰陀螺和所述陀螺稳定轴驱动电机，从而使所述陀螺稳定回路校正与电机功率放大器、所述俯仰陀螺和所述陀螺稳定轴驱动电机三者构成俯仰惯性稳定回路；
[0018]进一步，所述陀螺稳定回路校正与电机功率放大器用于采集所述俯仰陀螺的角运动信息，并对所述角运动信息进行放大和校正后，生成相应电机驱动校正信号，并传送至所述陀螺稳定轴驱动电机；
[0019]所述陀螺稳定驱动电机用于根据所述电机驱动校正信号驱动所述陀螺稳定轴转动，从而使所述陀螺稳定轴带动所述俯仰陀螺转动；
[0020]进一步，所述陀螺稳定轴角度测量单元设置在所述陀螺稳定轴的另一端上；
[0021]所述陀螺稳定轴角度测量单元包括第一测量带轮、第二测量带轮、第一测量钢带、第一光栅尺和第一光栅读数器；其中，
[0022]所述第一测量带轮和所述第二测量带轮相对间隔设置，并且所述第二测量带轮与所述陀螺稳定轴的另一端连接；
[0023]所述第一测量带轮和所述第二测量带轮之间通过所述第一测量钢带连接；
[0024]所述第一光栅尺设置在所述第一测量钢带的一侧；
[0025]所述第一光栅尺上还设置有所述第一光栅读数器，所述第一光栅读数器和所述第一光栅尺相配合测量所述第一测量钢带的直线位移，并将所述直线位移转换为所述俯仰陀螺稳定轴的所述转动角度；
[0026]进一步，所述角位移变换模块包括角位移变换器，所述角位移变换器用于根据预设比例系数，将所述俯仰陀螺稳定轴的转动角度转换为所述扫描反射镜的目标转动角度，即所述扫描反射镜的目标转动角度＝所述俯仰陀螺稳定轴的转动角度*预设比例系数，从而生成所述角位移指令；
[0027]进一步，所述扫描反射镜驱动单元包括扫描反射镜、扫描反射镜轴、扫描反射镜轴驱动电机和扫描反射镜位置跟踪校正与电机功率放大器；其中，
[0028]所述扫描反射镜轴贯穿所述扫描反射镜设置，并且所述扫描反射镜轴的一端设置有所述扫描反射镜轴驱动电机；
[0029]所述扫描反射镜位置跟踪校正与电机功率放大器与所述角位移变换模块信号连接，其用于根据所述角位移指令，指示所述扫描反射镜轴驱动电机运转；
[0030]所述扫描反射镜轴驱动电机用于驱动所述扫描反射镜轴转动，从而使所述扫描反射镜轴带动所述扫描反射镜转动相应的角位移；
[0031]进一步，所述扫描反射镜转动角度测量单元设置在所述扫描反射镜轴的另一端上；
[0032]所述扫描反射镜转动角度测量单元包括第三测量带轮、第四测量带轮、第二测量钢带、第二光栅尺和第二光栅读数器；其中，
[0033]所述第三测量带轮和所述第四测量带轮相对间隔设置，并且所述第四测量带轮与所述扫描反射镜轴的另一端连接；
[0034]所述第三测量带轮和所述第四测量带轮之间通过所述第二测量钢带连接；
[0035]所述第二光栅尺设置在所述第二测量钢带的一侧；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于角度测量的惯性稳像控制系统，其特征在于，其包括陀螺角度测量模块、角位移变换模块和扫描反射镜转动控制模块；其中，所述陀螺角度测量模块包括陀螺反馈回路控制单元和陀螺稳定轴角度测量单元；其中，所述陀螺反馈回路控制单元用于对俯仰陀螺稳定轴的转动进行反馈控制；所述陀螺稳定轴角度测量单元用于测量所述俯仰陀螺稳定轴的转动角度；所述角位移变换模块用于根据所述俯仰陀螺稳定轴的转动角度，生成相应的角位移指令；所述扫描反射镜转动控制模块包括扫描反射镜驱动单元和扫描反射镜转动角度测量单元；其中，所述扫描反射镜驱动单元用于根据所述角位移指令驱动扫描反射镜进行转动；所述扫描反射镜转动角度测量单元用于测量所述扫描反射镜的实际转动角度；所述扫描反射镜驱动单元还用于根据所述扫描反射镜的实际转动角度，对所述扫描反射镜的转动状态进行反馈调节。2.如权利要求1所述的基于角度测量的惯性稳像控制系统，其特征在于：所述陀螺反馈回路控制单元包括俯仰陀螺、陀螺稳定轴、陀螺稳定轴驱动电机和陀螺稳定回路校正与电机功率放大器；其中，所述陀螺稳定轴贯穿所述俯仰陀螺设置，并且所述陀螺稳定轴的一端设置有所述陀螺稳定轴驱动电机；所述陀螺稳定轴驱动电机用于驱动所述陀螺稳定轴转动，从而使所述陀螺稳定轴带动所述俯仰陀螺转动；所述陀螺稳定回路校正与电机功率放大器用于信号连接所述俯仰陀螺和所述陀螺稳定轴驱动电机，从而使所述陀螺稳定回路校正与电机功率放大器、所述俯仰陀螺和所述陀螺稳定轴驱动电机三者构成俯仰惯性稳定回路。3.如权利要求2所述的基于角度测量的惯性稳像控制系统，其特征在于：所述陀螺稳定回路校正与电机功率放大器用于采集所述俯仰陀螺的角运动信息，并对所述角运动信息进行放大和校正后，生成相应电机驱动校正信号，并传送至所述陀螺稳定轴驱动电机；所述陀螺稳定驱动电机用于根据所述电机驱动校正信号驱动所述陀螺稳定轴转动。4.如权利要求2所述的基于角度测量的惯性稳像控制系统，其特征在于：所述陀螺稳定轴角度测量单元设置在所述陀螺稳定轴的另一端上；所述陀螺稳定轴角度测量单元包括第一测量带轮、第二测量带轮、第一测量钢带、第一光栅尺和第一光栅读数器；其中，所述第一测量带轮和所述第二测量带轮相对间隔设置，并且所述第二测量带轮与所述陀螺稳定轴的另一端连接；所述第一测量带轮和所述第二测量带轮之间通过所述第一测量钢带连接；所述第一光栅尺设置在所述第一测量钢带的一侧；所述第一光栅尺上还设置有所述第一光栅读数器，所述第一光栅读数器和所述第一光栅尺相配合测量所述第一测量钢带的直线位移，并将所述直线位移转换为所述俯仰陀螺稳定轴的所述转动角度。
5.如权利要求1所述的基于角度测量的惯性稳像控制系统，其特征在于：所述角位移变换模块包括角位移变换器，所述角位移变换器用于根据预设比例系数，将所述俯仰陀螺稳定轴的转动角度转换为所述扫描反射镜的目标转动角度，即所述扫描反射镜的目标转动角度＝所述俯仰陀螺稳定轴的转动角度*预设比例系数，从而生成所述角位移指令。6.如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲蔚然，许志锋，李娟，
申请(专利权)人：上海莘汭驱动技术有限公司，
类型：发明
国别省市：