[发明专利]一种两轴四框架光电吊舱的伺服控制方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于机载光电吊舱的伺服控制技术，具体涉及一种两轴四框架光电吊舱的平台稳定技术以及高精度光电跟踪控制技术。

背景技术

高精度机载光电吊舱具有隔离载体运动、承载光电载荷的功能，其主要作用是，在载机机身振动以及外部风力干扰等状况下实现高精度高稳定光电跟踪控制。随着目标机动性能的增强与用户的功能要求的增加，机载光电吊舱需要具有更高的跟踪能力、更好的平台稳定能力以及更大的运动范围。

两轴四框架光电吊舱作为吊舱的一种结构形式可以使光电吊舱具有更大的跟踪范围，更好的平台稳定性能与跟踪精度。两轴四框架光电吊舱结构形式如图1，其由方位轴与俯仰轴两个轴系组成，方位轴包括内方位框架与外方位框架，俯仰轴包括内俯仰框架与外俯仰框架。与两轴两框架光电吊舱相比，两轴四框架吊舱的外框架可部分隔离外部风力干扰的影响，且通过设计合适的两轴四框架光电吊舱伺服控制技术使内方位框架与内俯仰框架始终互相垂直,从而对干扰运动起到更佳的隔离作用，可减小吊舱框架的几何约束耦合，使内框架处于更良好的稳定环境，易于提高系统的平台稳定精度，保证视轴的空间稳定。

为了实现两轴四框架光电吊舱的高精度稳定跟踪控制必须保证两轴四框架吊舱的内方位框架与内俯仰框架始终互相垂直，两轴四框架光电吊舱的伺服控制技术需要解决吊舱内外框架联动的问题，因而其控制技术远较两轴两框架光电吊舱复杂。因此，亟需针对两轴四框架光电吊舱设计一套内外框联动平台稳定控制技术，在此基础上进一步设计一种内外框联动高精度高稳定度的光电跟踪控制技术，以满足两轴四框架光电吊舱的平台稳定控制与高精度光电跟踪控制等性能方面的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种满足两轴四框架光电吊舱控制需要的先进伺服控制技术，使光电吊舱在载机机身振动以及外部风力干扰等状况下实现高精度高稳定光电跟踪控制。

本发明首先设计了一种内外框架联动平台稳定控制技术使该吊舱具有很好的平台稳定性能，该平台稳定控制技术可保证内方位框架与内俯仰框架始终互相垂直，减小了吊舱框架的几何约束耦合，使光电吊舱在过顶时也具有很好的平台稳定性能；在此基础上，本发明又设计了一种内外框联动光电跟踪控制技术以提高光电跟踪精度，最终使该光电吊舱实现该吊舱的高精度与高稳定度的光电跟踪控制。

为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是：

一种两轴四框架机载光电吊舱的伺服控制方法，光电吊舱由方位轴与俯仰轴两个轴系组成，方位轴包括内方位框架与外方位框架，俯仰轴包括内俯仰框架与外俯仰框架；该光电吊舱在载机机身振动以及外部风力干扰状况下通过下述方法实现高精度高稳定光电跟踪控制：

（1）内框架执行所设计的内框架位置环跟踪控制算法获得内框架速度环控制量，将速度环控制量代入陀螺速度环稳定回路获得相应的DA口电压控制量，通过驱动器将DA口电压控制量功率放大后驱动内框架电机带动内框架作出跟踪控制运动；具体包括以下步骤：

（1.1）获取脱靶量数据，进行脱靶量数据处理，并计算分段PID控制量；

（1.1.1）获取脱靶量数据，进行脱靶量数据处理；

通过DSP处理器的通讯接口单元每20ms读取一次内方位的脱靶数据Δθ_nfw，当前1ms内方位目标给定位置Posr_nfw如下式所示：Posr_nfw＝Pos_nfw+Δθ_nfw/20；其中，Posr_nfw为每1ms当前内方位目标给定位置，Pos_nfw为当前1ms内方位码盘当前测量的值；

通过DSP处理器的通讯接口单元每20ms读取一次内俯仰的脱靶数据Δθ_nfy，当前1ms内俯仰目标给定位置Posr_nfy如下式所示：

Posr_nfy=Pos_nfy+△θ_nfy/20；其中，Posr_nfy为每1ms当前内俯仰目标给定位置，Pos_nfy为当前俯仰码盘当前测量的值；

（1.1.2）将经过上一步骤处理后的脱靶量代入到分段PID控制计算得到分段PID控制量；

根据上一步骤中获得的当前1ms方位目标位置值Posr_nfw与当前1ms内方位码盘当前测量的值Pos_ní，计算当前1ms的内方位等效目标偏差值Err_nfw=Posr_nfw-Pos_nfw，内方位误差的积分ErrI_nfw=ΣErr_nfw，内方位误差的微分ErrD_nfw=（当前1ms的Err_nfw-上1ms的Err_nfw）×1000，将上述参数代入分段PID控制中获得内方位分段变参数PID控制量PIDspeedOut_nfw；内方位分段变参数PID控制量PIDspeedOut_nfw的公式如下式所示：