[发明专利]基于反向力矩的光电吊舱稳像控制装置及控制方法

说明书

本发明公开了一种基于反向力矩的光电吊舱稳像控制装置及控制方法，包括一套作动机构、测量元件以及控制方法；测量元件负责采集振动环境下光电吊舱的角速度；角速度通过实时嵌入式控制系统解算出所需的控制力矩；控制力矩信号经由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)。本发明通过在光电吊舱主振方向上安装控制装置有效削弱了其角振动幅值，验证了基于反向力矩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。

技术领域

本发明属于飞行器的振动控制领域；本发明涉及一种基于反向力矩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角振动干扰。

背景技术

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。

振动干扰由其振动形式可以分为线振动干扰及角振动干扰，其中后者对于成像精度的影响远大于前者，在各种干扰中亦占据主要地位。因此，对于光电吊舱稳像技术而言，抑制角振动具有重要意义。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角振动干扰，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角振动干扰进行抑制，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。

发明内容

本发明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，提供一种基于反向力矩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”时对角振动干扰进行抑制，补偿光电吊舱伺服系统的缺陷，还能在光电吊舱伺服系统有效工作时不引入耦合误差，协同提高光电吊舱的成像精度和质量。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种基于反向力矩的光电吊舱稳像控制装置，包括作动机构，测量元件及外壳结构部分；作动机构包括作动器动子安装架、柔性铰链、铰链座、第一作动器动子、第二作动器动子及第一作动器定子、第二作动器定子，作动机构中第一作动器动子、第二作动器动子分别通过底部安装孔与作动器动子安装架固连形成作动机构动子，作动机构动子作为辅助质量；柔性铰链一端与作动机构动子固连，另一端与铰链座固连，形成“天平”结构，柔性铰链在约束作动机构动子转轴位置的同时，还为其提供了作动机构所需的连接刚度，并使作动机构动子在未加控时维持在平衡位置；第一作动器定子、第二作动器定子通过底部安装孔与底座固连；作动机构为本装置核心部分，由ADC控制器输出信号驱动作动机构动子转动，产生的反向力矩则通过第一作动器定子、第二作动器定子及底座作用于光电吊舱，并通过第一作动器动子、第二作动器动子分别与第一作动器定子、第二作动器定子之间的电磁阻尼以及柔性铰链的结构阻尼将角振动能量转化为热量耗散掉，以抑制光电吊舱的角振动；测量元件为微机械陀螺仪(Micro ElectroMechanical Systems，简称MEMS)，通过测量光电吊舱的振动角速度为ADC控制器提供控制输入；外壳结构部分包括外盖及底座，微机械陀螺仪安装于外盖的内侧，外盖的下端与底座固连，底座与光电吊舱固连，为作动机构与光电吊舱之间提供稳定连接。

其中，所述的微机械陀螺仪型号为MTi-10IMU OEM。

其中，所述的作动机构中的铰链为柔性铰链，其特点为无间隙、运动精度及可靠性高，型号为C-Flex-I30。

其中，所述的作动机构中的作动器为音圈电机，包含一个永磁体和一个线圈，第一作动器动子、第二作动器动子为音圈电机永磁体，第一作动器定子、第二作动器定子为音圈电机线圈，其特点为响应快、输出线性度好且行程长，型号为LA14-17-000A。