[发明专利]一种千分度精密云台运动控制装置及方法

权利要求书

1.一种千分度精密云台运动控制装置，其特征在于：由壳体（20）和设于壳体（20）内的方位驱动部件（2）、俯仰驱动部件（3）、指北部件（4）、控制部件（5）、网络通信部件（6）及电源管理部件（19）组成；其中

所述的方位驱动部件（2）包括方位电机（27）、方位反馈模块（7）和方位电机驱动模块（8），所述的方位反馈模块（7）由方位限位开关（15）和方位编码反馈模块（16）组成；

所述的俯仰驱动部件（3）包括俯仰电机（23）、俯仰反馈模块（10）和俯仰电机驱动模块（9），所述的俯仰反馈模块（10）由俯仰限位开关（17）和俯仰编码反馈模块（18）组成，方位限位开关（15）、方位编码反馈模块（16）、俯仰限位开关（17）和俯仰编码反馈模块（18）完成运动的反馈；

所述的控制部件（5）由主控模块（11）、连接方位编码反馈模块（16）的方位四倍频模块（12）和连接俯仰编码反馈模块（18）的俯仰四倍频模块（21）组成；

所述的网络通信部件（6）由网络通信部件（14）、第一串口控制模块（13）和第二串口控制模块（22）组成；

所述的电源管理部件（19）由反接保护模块、过压/过流保护模块和DC-DC模块依次连接而成。

2.根据权利要求1所述的一种千分度精密云台运动控制装置，其特征在于，所述的指北开关（4）包括方位光电开关和俯仰光电开光；所述的方位限位开关（15）和俯仰限位开关（17）为行程开关或光电开关。

3.根据权利要求1所述的一种千分度精密云台运动控制装置，其特征在于，所述的方位电机（27）通过方位蜗轮蜗杆（30）连接方位传动轴（29），所述的方位编码反馈模块（16）同轴连接在方位传动轴（29）上。

4.根据权利要求1所述的一种千分度精密云台运动控制装置，其特征在于，所述的俯仰电机（23）通过俯仰蜗轮蜗杆（25）连接俯仰传动轴（26），所述的俯仰编码反馈模块（18）同轴连接在俯仰传动轴（26）上。

5.一种如权利要求1所述千分度精密云台运动控制装置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，设定云台的最大工作速度和最大加速度值，然后由主控模块（11）计算出按最大加速度从初始状态加速到最大速度的时间；

步骤二，通过网络通信部件（6）设定云台的相对或绝对位置，然后通过第一串口控制模块（13）将设定位置传递给主控模块（11），主控模块（11）控制方位电机驱动模块（8）和俯仰电机驱动模块（9）同时运动，并读取方位编码反馈模块（16）和俯仰编码反馈模块（18）的采样值，获得云台的当前位置；

步骤三，主控模块（11）将接收的设定位置与云台的当前位置比较，计算设定位置与当前位置之间的方位/俯仰差值：方位差值为正时，顺时针转动，反之逆时针转；俯仰差值为正时，向下转动，反之向上转动；

步骤四，根据上述差值的范围，按最短工作时间要求，来对云台的运动路径分段；如果差值≤1°，则将云台路径分为启始段和结束段；如果差值＞1°，则将云台路径分为启始段、高速段和结束段；其中启始段为云台由静止加速到最大速度的时间所运动的行程，结束段为云台由最大速度减速到停止的时间所运动的行程，高速段为启始段和结束段之间的行程；

步骤五，云台运动控制：

在启始段，云台按照最大加速度采用匀加速的运动方式运行到启始段终点，采用位置增量式PID控制，通过PWM调节方位电机驱动模块（8）和俯仰电机驱动模块（9），使云台的方位/俯仰两个自由度运动的速度达到最大值；

在高速段，云台采用位置增量式PI控制，按照最大工作速度以匀速运动方式运动到高速段终点；

在结束段，云台分成两步来完成：第一步，采用增量式PID或PI位置控制算法，通过增加用于改变运动加速度的冗余位置点，改变运行路径；第二步，采用脉动暂停的方式驱动方位电机（27）和俯仰电机（23），在靠近终点时，先采用均匀减速，最后平滑向加速直到零，减小加速度突变产生的振动和冲击。