[发明专利]基于齿隙估计与补偿的吊舱稳定平台控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及吊舱稳定平台控制技术，特别是涉及一种基于齿隙估计与补偿的吊舱稳定平台控制方法。

背景技术

航空遥感吊舱稳定平台系统在机动性、实时性、可重复观测性、遥感设备可更换性、获取高分辨率遥感数据能力、经济成本以及立体观测等很多方面，都具独特的优势。因此，在西方发达国家，用于城市规划和基本地图测绘大约65%以上的高分辨率空间数据是依靠航空遥感系统来保证的。高分辨率对地观测是航空遥感系统发展的重要方向，高分辨率对地观测是航空遥感系统发展的重要方向，但是由于大气紊流和载机自身因素的影响，载机机体无法保持平稳，造成安装在载机上的成像载荷视轴摇晃，成像质量下降。吊舱稳平台是解决这个问题的有效措施。吊舱稳定平台用于隔离载机的角运动，消除干扰力矩对成像载荷的影响，使成像载荷稳定成像。稳定精度是吊舱稳定平台的主要技术指标之一，反映了稳定平台对干扰力矩的抑制能力。

一般条件下根据成像需求，吊舱任务承载较重，平台动力系统设计时通常采用一级或多级齿轮传动实现紧凑化和大力矩驱动。齿轮啮合必须满足一定齿隙方可有效传动，然而齿隙具有强非线性、非解析描述和不可微特性，会降低系统传动精度、造成平台低速不稳定、滞后、甚至引起换向跳变和冲击振荡。因此，由于齿隙非线性环节的存在，影响了吊舱稳定平台系统动态性能和稳定精度，导致当前吊舱稳定平台系统的控制误差大，控制精度较低和动态性能偏差。

发明内容

基于此，有必要针对吊舱稳定平台系统的控制精度较低和动态性能偏差的问题，提供一种基于齿隙估计与补偿的吊舱稳定平台控制方法。

一种基于齿隙估计与补偿的吊舱稳定平台控制方法，包括如下步骤：

根据电机轴端编码器、框架轴端码盘的输出值测量吊舱稳定平台电机轴端主动齿轮与框架轴端从动齿轮啮合时的齿隙值；

根据所述齿隙值建立吊舱平台方位传动齿轮的齿隙非线性模型；

根据所述齿隙非线性模型建立框架伺服系统动力学模型；

根据所述框架伺服系统动力学模型，利用反步积分方法并通过递推逐步选择Lyapunov函数，构建基于状态反馈的控制器，计算力矩电机的控制输入量的电流值；

将所述电流值输入力矩电机，力矩电机输出力矩驱动框架转动到达相应的位置。

上述基于齿隙估计与补偿的吊舱稳定平台控制方法，针对框架位置伺服系统，基于电机轴端编码器、框架轴端码盘计算出的电机轴端主动齿轮与框架轴端从动齿轮啮合时的齿隙值，建立的齿隙非线性模型，实现对吊舱稳定平台的齿隙估计，逐步递推选择Lyapunov函数，设计基于状态反馈的控制器，进一步计算力矩电机的电流值，利用该电流值使力矩电机输出合理力矩，对齿隙的非线性问题进行了补偿，驱动框架转动到达指定位置。本发明技术，通过对电机轴端主动齿轮和框架轴端从动齿轮啮合时的齿隙实时估计和补偿，克服一般控制方法忽略齿隙非线性影响的不足，利用轴端码盘、编码器传感器测量值作为补偿参数，相比软件设计状态观测器控制方法更直观和容易实现。使得平台稳定精度提高；补偿比较准确，补偿算法简洁，易于在DSP中编程实现。

附图说明

图1为本发明中的吊舱稳定平台工作的原理图；

图2为基于齿隙估计与补偿的吊舱稳定平台控制方法的流程图；

图3为本发明基于齿隙估计与补偿的吊舱稳定平台控制方法的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的基于齿隙估计与补偿的吊舱稳定平台控制方法的具体实施方式作详细描述。

参考图1所示，图1为本发明中的吊舱稳定平台工作的原理图。吊舱稳定平台主要包括：连接基座1的方位框2及俯仰框3，方位框2连接方位框光电码盘21，方位框力矩电机22，方位框齿轮副23，方位框速率陀螺24，连接俯仰框3的俯仰框光电码盘31，俯仰框力矩电机32，俯仰框齿轮副33，俯仰框速率陀螺34，俯仰框3上承载载荷4。

参考图2所示，图2为基于齿隙估计与补偿的吊舱稳定平台控制方法的流程图，包括如下步骤：

步骤S1：根据电机轴端编码器、框架轴端码盘的输出值测量吊舱稳定平台电机轴端主动齿轮与框架轴端从动齿轮啮合时的齿隙值。

在一个实施例中，步骤S1的测量吊舱稳定平台电机轴端主动齿轮与框架轴端从动齿轮啮合时的齿隙值的步骤，具体包括如下：

步骤S101：将框架固定于一设定的转角位置，并保持框架平稳。