[发明专利]一种紧凑空间结构下高速旋转滤光轮控制装置和控制方法

说明书

一种紧凑空间结构下高速旋转滤光轮控制装置，旋转滤光轮通过一级齿轮传动系统与直流微电机的转子轴连接，直流微电机的转子轴上安装增量式角位置编码器，增量式角位置编码器测量得到包括两路90°相位差的脉冲方波信号、一路索引信号的三通道信号，伺服电机驱控电路采集三通道信号后，计算得到旋转滤光轮上四个波段相对角位置，再通过标定索引信号位置得到四个波段的绝对角位置，并根据四个波段的绝对角位置产生控制指令控制直流微电机驱动旋转滤光轮转动。本发明与现有技术相比，通过采用更优越的传感器信号获取方法和合理的控制器设计方法，解决了小型化角位置传感器精度比较差情况下，实现高精度高稳定性的转速控制问题。

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，特别涉及一种紧凑空间结构下高速旋转滤光轮控制装置和控制方法。

背景技术

光学导引头采用多谱段成像方式，可以获得目标和干扰的更丰富信息，有助于提高导引头的目标探测、识别能力以及提升光学导引头抗干扰性能。多谱段成像导引头设计的一个技术核心是高速旋转滤光轮的高性能控制技术。由于导引头位标器空间约束，选型的电机、传感器、滤光轮和伺服控制电路要满足小型化要求，同时又要满足系统技术指标要求和可靠性要求，这就对滤光轮控制装置的设计和控制方法提出了较高的要求。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种紧凑空间结构下高速旋转滤光轮的控制装置和高性能控制方法，解决了微电机和角位置传感器选型，电机与滤光轮之间机械传动，以及伺服驱动电路设计的问题；通过采用更优越的传感器信号获取方法和合理的控制器设计方法，解决了小型化角位置传感器精度比较差情况下，实现高精度高稳定性的转速控制问题；另外，解决了滤光轮控制系统中其它组成部件有微弱模拟信号时，控制装置的微电机驱控电路板的较强电机控制信号对其电磁干扰问题。

本发明的技术方案为：一种紧凑空间结构下高速旋转滤光轮控制装置，包括旋转滤光轮、直流微电机、增量式角位置编码器、伺服电机驱控电路，其中：

旋转滤光轮通过一级齿轮传动系统与直流微电机的转子轴连接，直流微电机的转子轴上安装增量式角位置编码器，增量式角位置编码器测量得到包括两路90°相位差的脉冲方波信号、一路索引信号的三通道信号，伺服电机驱控电路采集三通道信号后，计算得到旋转滤光轮上四个波段相对角位置，再通过标定索引信号位置得到四个波段的绝对角位置，并根据四个波段的绝对角位置产生控制指令控制直流微电机驱动旋转滤光轮转动。

所述的旋转滤光轮为多波段滤光片，每个通带区域均双面镀膜，形成4个带通膜系，包含8种薄膜，直流微电机采用碳刷进行换向。

所述的伺服电机驱控电路选用DSP+FPGA双CPU架构的伺服驱动控制器，DSP负责控制指令运算，控制指令算法解算周期为0.1ms，FPGA负责采集增量式角位置编码器测量得到的包括两路90°相位差的脉冲方波信号、一路索引信号的三通道信号；DSP和FPGA采用总线连接，DSP中总线控制外设接口为EMIF，数据交互采用EDMA。

所述的电机驱动电路包括电机功率放大器，电机功率放大器芯片采用模拟线性功放，避免了PWM功放的死区，并降低了对其它组成部件弱小模拟信号的电磁干扰。

所述的伺服电机驱控电路中负责控制指令运算的DSP对应的控制系统采用积分分离方法和积分抗饱和技术。

一种紧凑空间结构下高速旋转滤光轮控制方法，包括如下步骤：

(1)将旋转滤光轮通过一级齿轮传动系统与直流微电机的转子轴连接，在直流微电机的转子轴上安装增量式角位置编码器；

(2)令伺服电机驱控电路控制增量式角位置编码器测量得到包括两路90°相位差的脉冲方波信号、一路索引信号的三通道信号，并使用伺服电机驱控电路采集三通道信号，进而计算得到旋转滤光轮上四个波段相对角位置，再通过标定索引信号位置得到四个波段的绝对角位置，根据四个波段的绝对角位置产生控制指令控制直流微电机驱动旋转滤光轮转动。