[发明专利]一种扰动角度补偿系统

说明书

技术领域

本发明涉及的一种扰动角度补偿系统，适用于地面、车载、机载、舰载、星载等多轴的摄像稳定平台，并能够根据用户需求，扩展应用于军事、警用和影视等领域。

背景技术

陀螺稳定技术不但在军事领域的精确打击、昼夜侦察、目标监视跟踪等领域有重要应用，在航空拍摄，空中搜救，海关缉私，公安巡逻等领域也有广泛应用，并且在电力、火警和环境监测等领域也越来越多受到重视。随着陀螺稳定技术应用的增多，对于稳定平台的功能和稳定精度要求也越来越多。虽然机载、车载、舰载和星载等不同的载体所搭载的载荷有所不同，但都基本都要求载荷在三个相互正交的坐标轴上具有足够的稳定性能。

目前国内的地面、车载、机载、船载等领域的稳定平台，普遍采用的两轴三框架、两轴四框架方式，虽然解决了视轴空间方向上的稳定控制，保证载荷视轴空间上指向的稳定精度，但是并未完全隔离外界的力矩干扰。现有三轴四框架陀螺稳定平台虽然在绕视轴方向上具备一定的稳定性能，但其并未考虑绕视轴方向的力矩干扰，导致整体的刚度较差，稳定精度也较低，因而所得到的视频影像效果并不理想。

发明内容

本发明的技术解决问题是：提供了一种角度扰动补偿系统，用于解决现有地面、车载、机载、船载等在绕视轴方向上不具备稳定性能的问题，保证视轴方向上具有较高的稳定精度，从而能够获得实时的高质量影像画面。

本发明的技术解决方案为：一种扰动角度补偿系统，包括驱动系统、控制系统及测量系统；其中驱动系统包括驱动电机、小带轮、大带轮，其中有效载荷与大带轮固定连接，用于与大带轮同步转动；所述测量系统包括绝对式编码器、所述绝对式编码器的转子与驱动电机的转子同轴连接，用于直接测量及控制驱动电机的转角；

控制系统设定有效载荷的工作位置，在有效载荷的位置发生扰动时，速率陀螺测量有效载荷的角速率，并将测得的角速率实时发送给控制系统，控制系统根据接收到的角速率计算有效载荷的扰动角度，并根据该扰动角度计算出补偿角度，并将所述补偿角度发送给绝对式编码器，绝对式编码器控制驱动电机以所述补偿角度进行反向转动，使有效载荷回复到设定的工作位置；

所述补偿角度的计算方法为：

设大带轮(12)与小带轮(8)的线速度比为N，其中N为整数，且N>1，设有效载荷的扰动转角为θ，有效载荷的转动范围为±θ₀，即-θ₀≤θ≤θ₀；

1)当2Nθ_R≤360°时，则计算出驱动电机(6)的角度位置为：

Ψ＝Ψ₀+N(θ-θ₀)

则补偿角度ΔΨc＝Ψ-Ψ₀＝N(θ-θ₀)

式中，ΔΨc为补偿角度；Ψ为有效载荷角度发生扰动后，驱动电机(6)的角度位置；Ψ₀为有效载荷处于最大扰动位置时，驱动电机(6)的角度位置；2)当2Nθ_R>360°时，所述绝对式编码器(7)转过n圈，其中n为整数，且n≥1，

Ψ＝Ψ₀+N(θ-θ₀)-360°×(c-n)

则补偿角度ΔΨc＝Ψ-Ψ₀＝N(θ-θ₀)-360°×(c-n)

式中，c为绝对式编码器圈数，其中，c为整数，且c≥n；ΔΨc为补偿角度；Ψ为有效载荷角度发生扰动后，驱动电机(6)转过n圈后的角度位置；Ψ₀为有效载荷处于最大扰动位置时，驱动电机(6)的角度位置；

绝对式编码器(7)驱动电机(6)反方向转动ΔΨc角度，并通过小带轮(8)带动大带轮(12)反向转动θ，使有效载荷恢复到设定的工作位置。

所述控制系统还用于设定扰动角度的误差范围，所述速率陀螺还用于测量有效载荷在恢复到设定工作位置后的角速率，并将角速率发送给控制系统，控制系统根据该角速率计算扰动角度的误差量，当扰动角度的误差量超过设定范围时，控制系统重新根据扰动角度最大误差进行角度补偿计算，并驱动电机再次进行角度补偿，直至误差角度变化处于设定范围之内为止。

所述驱动电机的转子与小带轮固定连接，并通过同步带将动力传递给大带轮；所述外框架上还固定有张紧组件，用于实现对同步带的张紧。