[发明专利]基于等效变换的两轴两框架稳定控制方法

说明书

本发明属于伺服控制技术领域，具体涉及一种基于等效变换的两轴两框架稳定控制方法，该方法不存在测量及轴系正交传递解算误差，能够实现整个工作角度范围内的系统稳定，同时对于瞄准线能够实现完全补偿。本发明采用三轴一体惯性测量元件与瞄准线直接刚性连接，可降低测量误差及数学变换误差，直接反应瞄准线惯性速度，能有效提高测量精度；且本发明对两框架系统的控制方法进行了数学变换，将影响两框架系统过顶稳定的线性环节和非线性环节区分开来，一方面通过稳定方位电机轴实现两轴系统的全工作范围稳定，另一方面通过前馈形式将方位框转子横滚扰动引起的瞄准线非线性速度扰动进行补偿，两者共同作用能够实现对瞄准线方位的完全稳定控制。

技术领域

本发明属于伺服控制技术领域，具体涉及一种基于等效变换的两轴两框架稳定控制方法。

背景技术

随着无人机技术近年来在军用和民用领域的普及，基于无人机系统的光电稳定平台得到了大量应用。安装在无人机上的光电稳定平台，其主要用途是隔离载机扰动，给内部光电载荷提供较好的动态工作环境，持续向用户输出稳定清晰的区域图像，实现对目标的观察、拍摄、跟踪、定位等功能。对于小型固定翼或多旋翼无人平台，受限于起飞重量、续航和成本控制等多方面因素，光电稳定平台大多采用结构形式简单紧凑的两轴两框架系统，将更多的尺寸空间和重量分配给光电传感器，从而提升光电稳定平台的光学性能。

两轴两框架结构形式的稳定平台，通常采用方位-俯仰式万向架，惯性测量元件与光电载荷一起安装在俯仰框架上，由于测量元件直接敏感光学轴的惯性运动，因此利用测量元件输出信号构成负反馈控制即可完成视轴稳定。瞄准线俯仰轴的敏感轴和驱动轴始终同轴，其运动控制不存在问题；受限于结构形式的特性，瞄准线方位敏感轴与驱动轴之间因俯仰角变化存在非线性关系：当俯仰角为0时，两者同轴，能够保证最佳的控制性能；随着俯仰角增大，驱动轴与敏感轴之间的增益越来越小，当-90度时增益为零，将导致系统开环，即存在过顶位置的框架锁定现象。理论上可通过正割变换补偿增益的衰减，但正割补偿会放大系统噪声，当角度很大时，信噪比剧烈下降，系统将不能正常工作。

申请号为201220639363.6的专利《一种两轴两框架陀螺稳定装置》公开了一种用于两框架的稳定控制方法，该方法将方位陀螺安装在方位电机轴，俯仰陀螺安装在俯仰电机轴，使得敏感轴与电机执行轴始终同轴，不存在俯仰高角下的稳定性问题。但该方法一个显而易见的缺陷是，方位转子在惯性空间的横滚运动并不会被该方位陀螺敏感到，但该横滚运动却对瞄准线方位运动存在投影分量，因此该方法只能实现电机轴惯性稳定，不能实现瞄准线惯性稳定；

申请号为201710771960.1的专利《一种两轴两框架稳定平台瞄准线精度补偿方法》，该专利采用了三个独立陀螺，分别安装在方位基座、横滚基座和俯仰轴上，并通过欧拉变换实现瞄准线的解算和补偿。该方法的问题在于，分散安装的陀螺之间无法保证正交性，会引入变换误差；且视轴扰动的间接测量会因转轴间隙等问题导致误差较大，控制回路品质不高。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何避免测量及轴系正交传递解算误差，如何实现整个工作角度范围内的系统稳定，同时对于瞄准线能够实现完全补偿。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于等效变换的两轴两框架稳定控制方法，其包括如下步骤：

步骤1：采用三轴一体惯性测量元件，与传感器视轴刚性连接，直接测量瞄准线三轴惯性速度，获得瞄准线当前的俯仰惯性速度值横滚惯性速度值方位惯性速度值

步骤2：将俯仰惯性速度值与俯仰框架指令的差值通过PID控制器调制后，驱动俯仰框架电机消除该差值，即可构成俯仰框架闭环控制系统实现瞄准线俯仰向稳定；

步骤3：计算方位框架转子的横滚扰动量

其中，θ为俯仰框架角测量值；