專利名稱：一種用于高速滾轉(zhuǎn)載體的陀螺穩(wěn)定平臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種陀螺穩(wěn)定平臺(tái)。
背景技術(shù)：
陀螺穩(wěn)定平臺(tái)能夠隔離載體擾動(dòng)，在載體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下建立穩(wěn)定基準(zhǔn)面，使安裝在平臺(tái)上的設(shè)備不會(huì)因載體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的抖動(dòng)和滾動(dòng)而無法正常工作。其主要特征是采用慣性測(cè)量單元作為角運(yùn)動(dòng)敏感元件，不斷測(cè)量平臺(tái)姿態(tài)位置的變化，通過伺服作動(dòng)機(jī)構(gòu)使平臺(tái)臺(tái)體與載體的角運(yùn)動(dòng)相隔離，精確保持平臺(tái)臺(tái)體姿態(tài)基準(zhǔn)。陀螺穩(wěn)定平臺(tái)集慣性導(dǎo)航、數(shù)據(jù)采集及信號(hào)處理、精密機(jī)械動(dòng)力學(xué)建模和仿真、電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制等多項(xiàng)技術(shù)于一身，是以機(jī)電一體化和目標(biāo)識(shí)別自動(dòng)控制技術(shù)為主體，多個(gè)學(xué)科有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物，有廣泛的應(yīng)用需求。例如鉆井開采作業(yè)中，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的陀螺穩(wěn)定平臺(tái)是整個(gè)導(dǎo)向工具中的關(guān)鍵部分，穩(wěn)定平臺(tái)可以不受鉆桿旋轉(zhuǎn)的影響而相對(duì)穩(wěn)定在一個(gè)給定的角度，從而使旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)能夠在鉆井工具和導(dǎo)向塊旋轉(zhuǎn)時(shí)，鉆井工具穩(wěn)定的跟蹤預(yù)置鉆井軌跡，實(shí)現(xiàn)井的鉆采。公開號(hào)為CN1305091的專利“陀螺定向穩(wěn)定平臺(tái)”給出了一種陀螺定向穩(wěn)定平臺(tái)， 當(dāng)運(yùn)動(dòng)載體顛簸使平臺(tái)臺(tái)體偏斜時(shí)，通過驅(qū)動(dòng)裝置將平臺(tái)臺(tái)體校正回水平姿態(tài)。公開號(hào)為 CN2204069的專利“陀螺穩(wěn)定平臺(tái)二軸天線裝置”給出了一種陀螺穩(wěn)定平臺(tái)二軸天線裝置， 當(dāng)船體搖擺時(shí)，利用陀螺穩(wěn)定平臺(tái)上旋轉(zhuǎn)飛輪形成的陀螺力矩與干擾力矩方向相反，達(dá)到維持天線裝置原水平狀態(tài)。公開號(hào)為CN101619971的專利“一種三自由度大負(fù)載航空攝影陀螺穩(wěn)定平臺(tái)”給出一種三自由度大負(fù)載航空攝影陀螺穩(wěn)定平臺(tái)，根據(jù)飛機(jī)機(jī)體角運(yùn)動(dòng)引起的平臺(tái)臺(tái)體角運(yùn)動(dòng)信息，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)平臺(tái)臺(tái)體轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)飛機(jī)機(jī)體角運(yùn)動(dòng)的隔離。公開號(hào)為CN101382805的專利“速率陀螺穩(wěn)定平臺(tái)式天線隨動(dòng)跟蹤系統(tǒng)”給出一種高精度二自由度穩(wěn)定平臺(tái)，在不同海況下實(shí)現(xiàn)繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)、繞Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)。對(duì)于高速滾轉(zhuǎn)載體而言，載體會(huì)繞軸高速旋轉(zhuǎn)，且它們的滾轉(zhuǎn)角加速度非常大，因此需要穩(wěn)定平臺(tái)具有很好的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。載體在運(yùn)行過程中會(huì)出現(xiàn)大過載，瞬間需要驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出較大的力矩克服摩擦力。軸系結(jié)構(gòu)的不均勻，使得穩(wěn)定平臺(tái)有可能出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，導(dǎo)致平臺(tái)無法正常工作， 需要穩(wěn)定平臺(tái)具有克服機(jī)械結(jié)構(gòu)不均勻的能力。穩(wěn)定平臺(tái)安裝在高速滾轉(zhuǎn)載體中，空間有限，工作環(huán)境惡劣，需要承受高低溫、強(qiáng)振動(dòng)、大離心力等苛刻條件。上述幾種穩(wěn)定平臺(tái)設(shè)計(jì)方法無法應(yīng)用于高速滾轉(zhuǎn)載體。文獻(xiàn)《基于DSP的單軸穩(wěn)定平臺(tái)伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》給出了一種單軸穩(wěn)定平臺(tái)伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。該方法的控制器和驅(qū)動(dòng)器沒有采用電氣隔離設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作對(duì)控制器和陀螺的工作產(chǎn)生嚴(yán)重電磁干擾，而且該文獻(xiàn)沒有根據(jù)高速滾轉(zhuǎn)載體運(yùn)行特性提出相應(yīng)控制方法。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種用于高速滾轉(zhuǎn)載體的陀螺穩(wěn)定平臺(tái)及其控制方法，使得平臺(tái)臺(tái)體在高速滾轉(zhuǎn)載體運(yùn)行過程中，精確保持姿態(tài)基準(zhǔn)，適用于各種滾轉(zhuǎn)載體的穩(wěn)定基準(zhǔn)面問題，同時(shí)克服了電磁干擾。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種用于高速滾轉(zhuǎn)載體的陀螺穩(wěn)定平臺(tái)，包括平臺(tái)臺(tái)體、伺服電機(jī)、編碼器和伺服驅(qū)動(dòng)控制器，平臺(tái)臺(tái)體上安裝有被穩(wěn)定對(duì)象和陀螺。陀螺作為角運(yùn)動(dòng)信息傳感器，測(cè)量平臺(tái)臺(tái)體相對(duì)基準(zhǔn)平面的角運(yùn)動(dòng)信息，給伺服驅(qū)動(dòng)控制器提供控制反饋信息。編碼器測(cè)量伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子相對(duì)定子的角度信息，為伺服驅(qū)動(dòng)控制器的高精度跟蹤控制提供角度信息。伺服驅(qū)動(dòng)控制器根據(jù)陀螺傳送過來的角運(yùn)動(dòng)信息，分析平臺(tái)臺(tái)體相對(duì)于基準(zhǔn)平面的角運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，以該角運(yùn)動(dòng)信息作為反饋信息，采用PID 控制策略，利用編碼器提供的角度信息和實(shí)時(shí)檢測(cè)的伺服電機(jī)相電流對(duì)電流進(jìn)行空間矢量變換，通過空間矢量脈寬調(diào)制控制功率開關(guān)管的開通和關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電機(jī)的控制。伺服電機(jī)輸出力矩，克服支撐軸承摩擦及負(fù)載不均勻引起的平臺(tái)臺(tái)體的旋轉(zhuǎn)，抵消對(duì)應(yīng)的平臺(tái)臺(tái)體旋轉(zhuǎn)，使平臺(tái)臺(tái)體隔離載體的運(yùn)動(dòng)，高度保持動(dòng)態(tài)姿態(tài)基準(zhǔn)。所述的伺服電機(jī)采用永磁同步電機(jī)。所述的伺服驅(qū)動(dòng)控制器由控制電路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩部分組成?？刂齐娐芬?TMS320F2812DSP芯片作為CPU。電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用三相全控橋?qū)⒅绷髂妇€電壓變換成對(duì)稱的三相交流電，給伺服電機(jī)的定子供電，使得伺服電機(jī)具有寬調(diào)速范圍、高穩(wěn)速精度、快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)等良好的性能。伺服驅(qū)動(dòng)控制器的控制電路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分采用不同的電路板實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，且三相全控橋的設(shè)計(jì)采用分立元件構(gòu)建，使得整體結(jié)構(gòu)緊湊，體積占用小，質(zhì)量小，適應(yīng)高速滾轉(zhuǎn)載體狹小的空間。所述的伺服驅(qū)動(dòng)控制器的控制電路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用電氣隔離設(shè)計(jì)，降低由于采用斬波方式控制永磁同步電機(jī)進(jìn)行功率開關(guān)管的開通和關(guān)斷會(huì)引起的電磁干擾。系統(tǒng)提供的 27V電源直接提供給伺服電機(jī)。伺服驅(qū)動(dòng)控制器的控制電路和陀螺的供電采用系統(tǒng)27V電源經(jīng)隔離變換得到的電源；采用霍爾電流傳感器進(jìn)行伺服電機(jī)的相電流采樣。從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分和控制電路的完全電氣隔離。本發(fā)明上述裝置的控制方法包括以下環(huán)節(jié)I)對(duì)陀螺測(cè)量的角運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行濾波處理，以降低振動(dòng)沖擊和空間電磁干擾對(duì)陀螺測(cè)量的影響。然后把濾波后的角度信息作為控制環(huán)節(jié)中平臺(tái)臺(tái)體相對(duì)基準(zhǔn)平面的角度； 濾波后的角速度信息作為控制環(huán)節(jié)中平臺(tái)臺(tái)體相對(duì)基準(zhǔn)平面的角速度。2)采用分段PI控制策略。內(nèi)環(huán)控制采用電流環(huán)，中間控制環(huán)節(jié)是速度環(huán)，外環(huán)控制是位置環(huán)。位置環(huán)的反饋為平臺(tái)臺(tái)體相對(duì)基準(zhǔn)平面的角度；位置環(huán)的給定為零。速度環(huán)的反饋是位置環(huán)輸出與平臺(tái)臺(tái)體相對(duì)基準(zhǔn)平面角速度的和；速度環(huán)的給定為零。電流環(huán)的給定為速度環(huán)的輸出；電流環(huán)的反饋為伺服電機(jī)的相電流。該環(huán)節(jié)中位置環(huán)和速度環(huán)PI控制策略增加抗積分飽和環(huán)節(jié)，使得穩(wěn)定平臺(tái)因軸系結(jié)構(gòu)不均勻以及軸向大過載原因出現(xiàn)的卡死現(xiàn)象消失后能夠正常工作。該環(huán)節(jié)中電流環(huán)輸出直軸電流和交軸電流的閾值由伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子相對(duì)定子的速率決定，抑制相電流的急速升高，避免載體運(yùn)行過程中大加速度和軸向大過載造成的直軸電流和交軸電流迅速升高而燒壞功率開關(guān)管現(xiàn)象，保護(hù)功率開關(guān)管，提高了系統(tǒng)的控制性能和可靠性。交軸電流最大閾值α,-_)可根據(jù)下式確定iq-max = an+v · a12其中，an為永磁同步電機(jī)以額定轉(zhuǎn)速的O. I倍運(yùn)行，輸出額定轉(zhuǎn)矩時(shí)對(duì)應(yīng)的交軸電流。V為永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子相對(duì)定子的速率，取值大于等于O且小于等于額定轉(zhuǎn)速。a12 為速率因子，取值為a12 = (iqN-qn)/vN其中，iqN為永磁同步電機(jī)以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行輸出額定轉(zhuǎn)矩時(shí)對(duì)應(yīng)的交軸電流；vN為永磁同步電機(jī)額定轉(zhuǎn)速。直軸電流最大閾值與交軸電流最大閾值相同。直軸電流最小閾值和交軸電流最小閾值分別取直軸電流最大閾值和交軸電流最大閾值的相反數(shù)。3)采用基于空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)的矢量控制驅(qū)動(dòng)永磁同步電機(jī)輸出力矩。根據(jù)電流環(huán)的輸出，產(chǎn)生不同的調(diào)制波，開通和關(guān)斷三相全控橋中對(duì)應(yīng)的功率開關(guān)管，使永磁同步電機(jī)輸出不同的力矩，克服支撐軸承摩擦及負(fù)載不均勻引起的平臺(tái)臺(tái)體的旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明的有益效果是1)采用永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)穩(wěn)定平臺(tái)以及分段PID控制策略，具有較高的角度動(dòng)態(tài)、穩(wěn)態(tài)穩(wěn)定精度，以及較高的角速度動(dòng)態(tài)、穩(wěn)態(tài)穩(wěn)定精度；2)能夠適應(yīng)高滾轉(zhuǎn)速率運(yùn)動(dòng)的載體；3)能夠適應(yīng)大加速度滾轉(zhuǎn)載體運(yùn)動(dòng)；4)能夠克服由于機(jī)械加工不均勻所造成的瞬間卡死；5)能夠在大軸向過載狀態(tài)下，正常工作。因此，本發(fā)明裝置應(yīng)用于高速滾轉(zhuǎn)載體中，可保證在惡劣運(yùn)行條件下精確保證姿態(tài)基準(zhǔn)。

圖I為陀螺穩(wěn)定平臺(tái)組成框圖。圖中，I-平臺(tái)臺(tái)體，2-伺服電機(jī)，3-編碼器，4-伺服驅(qū)動(dòng)控制器。圖2為伺服控制器結(jié)構(gòu)框圖。圖中，5-輸入電源，6-電源變換，7-電流采樣，8-隔離變換，9-陀螺，10-CPU， 11_隔尚輸出，12-功率驅(qū)動(dòng)。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。本發(fā)明裝置實(shí)施實(shí)例的結(jié)構(gòu)參照?qǐng)D1，由平臺(tái)臺(tái)體I、伺服電機(jī)2、編碼器3和伺服驅(qū)動(dòng)控制器4組成。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子，編碼器轉(zhuǎn)子及平臺(tái)臺(tái)體同軸聯(lián)結(jié)；而伺服電機(jī)定子，編碼器定子則與載體外殼相連。伺服電機(jī)安裝在載體端部位置。伺服驅(qū)動(dòng)控制器的控制電路與驅(qū)動(dòng)電路分立設(shè)計(jì)，安裝在伺服電機(jī)尾部。編碼器采用軸套與伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子軸聯(lián)結(jié)，方便可靠。裝置整體結(jié)構(gòu)緊湊，體積占用小，便于在不同載體間移植，便于一體化電磁屏蔽，提高電磁兼容能力。本裝置伺服電機(jī)2選用永磁同步電機(jī)，具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、控制調(diào)節(jié)方便、調(diào)速范圍廣、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，滿足穩(wěn)定精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快的要求。其主要性能如下無刷，額定電壓27V，額定轉(zhuǎn)速1800rpm，工作溫度_40°C +80°C，電機(jī)設(shè)計(jì)磁鋼選用釹鐵綳， 鐵芯材料選用DW360。本裝置編碼器3采用霍爾磁電編碼器作為位置檢測(cè)元件，體積小，重量輕，精度高，為永磁同步電機(jī)的高精度伺服控制提供角度信息?；魻柎烹娋幋a器安裝到伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子之后，用鋁箔將編碼器本體屏蔽起來，降低外界電磁干擾對(duì)編碼器的影響。輸入電源5經(jīng)過電源變換提供給整個(gè)系統(tǒng)工作。DSP需要的電源由輸入電源5經(jīng)過隔離變換8提供；電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分需要的+5V電源和+15V電源由輸入電源5經(jīng)過電源變換6提供。電流采樣7采用霍爾電流傳感器ACS712，實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)相電流的隔離采樣， 為永磁同步電機(jī)控制提供電流信號(hào)。安裝在本裝置平臺(tái)臺(tái)體上的陀螺9采用速率陀螺，量程為-250° /s 250° /s, 提供平臺(tái)臺(tái)體的角速度信息。隔離輸出11將控制部分和電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分相互隔離，防止永磁同步電機(jī)對(duì)DSP的工作產(chǎn)生干擾，保證裝置運(yùn)行的可靠性?？紤]裝置的體積和可靠性，隔離芯片采用ADUM1401。本裝置電路板體積較小，而且是小功率電路，功率驅(qū)動(dòng)12采用分立元件搭建。選用功率MOSFET IRFR3412，具有輸入阻抗高、開關(guān)頻率高、通態(tài)電壓低、熱穩(wěn)定性好、導(dǎo)通阻值低、體積小、發(fā)熱量小、價(jià)格便宜、保護(hù)電路簡單等優(yōu)點(diǎn)，便于緊湊化設(shè)計(jì)。該功率開關(guān)管的最大輸入電流可以高達(dá)40A，避免穩(wěn)定平臺(tái)運(yùn)行過程中由于電流毛刺產(chǎn)生損壞功率開關(guān)管的現(xiàn)象。綜合考慮所選電機(jī)容量及開關(guān)頻率需求，驅(qū)動(dòng)芯片選用高速功率場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)芯片 IR2103S。本裝置伺服驅(qū)動(dòng)控制器CPU 10采用TMS320F2812DSP芯片，時(shí)鐘頻率為150MHz，充分利用DSP芯片的高速信號(hào)處理能力和電機(jī)控制優(yōu)化的外圍電路，以及控制精度高、抗干擾能力強(qiáng)和成本較低等優(yōu)點(diǎn)，為高性能伺服跟蹤控制提供可靠、高效的信號(hào)處理與硬件控制。DSP所需要的外圍電路由電源接口、電源電壓轉(zhuǎn)換芯片、時(shí)鐘電路、JTAG接口電路、SCI 接口電路、AD接口電路、CAP接口電路、EV接口電路及保護(hù)電路構(gòu)成。為減少尺寸，采用四層PCB板，并對(duì)電源地進(jìn)行了分割以減少干擾。伺服驅(qū)動(dòng)控制器CPU分析處理陀螺的輸出信號(hào)，將陀螺輸出的角速度信號(hào)進(jìn)行積分得到平臺(tái)相對(duì)基準(zhǔn)平面的角度信號(hào)，作為位置環(huán)的反饋；位置環(huán)的給定為零。速度環(huán)的反饋由位置環(huán)的輸出和陀螺輸出的角速度組成，二者通過加權(quán)因子進(jìn)行匹配，決定速度環(huán)反饋值。電流環(huán)部分根據(jù)速度環(huán)的輸出，以及永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信息和轉(zhuǎn)子的相電流，進(jìn)行空間矢量變換，發(fā)出控制指令。控制指令經(jīng)ADUM1401隔離后送入IR2103S，控制6 個(gè)MOSFET IRFR3412的開通和關(guān)斷，驅(qū)動(dòng)永磁同步電機(jī)運(yùn)行，保持平臺(tái)臺(tái)體的高精度姿態(tài)穩(wěn)定。本發(fā)明實(shí)施實(shí)例中裝置的控制方法如下所述。I)本實(shí)施實(shí)例中采用平均值濾波方法，對(duì)陀螺測(cè)量的角速度信息進(jìn)行濾波。濾波后的角速度信息作為控制環(huán)節(jié)中平臺(tái)臺(tái)體相對(duì)基準(zhǔn)平面的角速度。濾波后的角速度積分得到的角度信息，作為控制環(huán)節(jié)中平臺(tái)臺(tái)體相對(duì)基準(zhǔn)平面的角度。本實(shí)施實(shí)例還可采用中位值濾波法、中位值平均濾波法。2)本實(shí)施實(shí)例中采用分段PI控制策略。內(nèi)環(huán)控制采用電流環(huán)，中間控制環(huán)節(jié)是速度環(huán)，外環(huán)控制是位置環(huán)。電流環(huán)執(zhí)行周期為100微秒；速度環(huán)的執(zhí)行周期為I毫秒；位置環(huán)的執(zhí)行周期為5毫秒。本實(shí)施實(shí)例中的位置環(huán)執(zhí)行周期還可以是10毫秒。位置環(huán)的反饋為平臺(tái)臺(tái)體相對(duì)基準(zhǔn)平面的角度；位置環(huán)的給定為零。速度環(huán)的反饋是位置環(huán)輸出與平臺(tái)臺(tái)體相對(duì)基準(zhǔn)平面角速度的和；速度環(huán)的給定為零。電流環(huán)的給定為速度環(huán)的輸出；電流環(huán)的反饋為伺服電機(jī)的相電流。位置環(huán)和速度環(huán)根據(jù)誤差的不同，設(shè)置不同的比例因子和積分因子，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和控制精度。分段PI控制策略中的各環(huán)參數(shù)設(shè)置為位置環(huán)中，當(dāng)位置誤差小于2度時(shí)，比例因子為O. 8，積分因子O. 01 ;當(dāng)位置誤差大于2度時(shí)，比例因子為O. 6，積分因子
O.005。速度環(huán)中，當(dāng)誤差小于20度/秒時(shí)，比例因子為8，積分因子O. 05 ;當(dāng)位置誤差大于 20度/秒時(shí)，比例因子為3，積分因子O. 01。直軸電流的電流環(huán)比例因子為O. 7，積分因子
O.01 ;交軸電流的電流環(huán)比例因子為O. 5，積分因子O. 045。位置環(huán)抗積分飽和環(huán)節(jié)最大閾值為180，最小閾值為-180。當(dāng)位置環(huán)輸出量大于 180，只累加負(fù)的誤差；當(dāng)位置環(huán)輸出量小于-180，只累加正的誤差。本實(shí)施實(shí)例中的位置環(huán)抗積分飽和環(huán)節(jié)最大閾值還可以是270、360，最小閾值還可以是-270、-360。速度環(huán)抗積分飽和環(huán)節(jié)最大閾值為900，最小閾值為-900。當(dāng)速度環(huán)輸出量大于 900，只累加負(fù)的誤差；當(dāng)速度環(huán)輸出量小于-900，只累加正的誤差。本實(shí)施實(shí)例中的速度環(huán)抗積分飽和環(huán)節(jié)最大閾值還可以是1800、3600，最小閾值還可以是-1800、-3600。電流環(huán)中直軸電流最大輸出閾值和交軸電流最大輸出閾值imax = 3+ν ·0035，其中 V為永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子相對(duì)定子的速率。直軸電流最小閾值和交軸電流最小閾值分別取直軸電流最大閾值和交軸電流最大閾值的相反數(shù)。3)根據(jù)電流環(huán)輸出的直軸電流和交軸電流，產(chǎn)生不同的調(diào)制波，開通和關(guān)斷三相全控橋中對(duì)應(yīng)的功率開關(guān)管，使永磁同步電機(jī)輸出不同的力矩，抵消對(duì)應(yīng)的平臺(tái)臺(tái)體旋轉(zhuǎn)， 使平臺(tái)臺(tái)體隔離載體的運(yùn)動(dòng)，高度保持動(dòng)態(tài)姿態(tài)基準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種用于高速滾轉(zhuǎn)載體的陀螺穩(wěn)定平臺(tái)，包括平臺(tái)臺(tái)體、伺服電機(jī)、編碼器和伺服驅(qū)動(dòng)控制器，其特征在于平臺(tái)臺(tái)體上安裝有被穩(wěn)定對(duì)象和陀螺；陀螺作為角運(yùn)動(dòng)信息傳感器，測(cè)量平臺(tái)臺(tái)體相對(duì)基準(zhǔn)平面的角運(yùn)動(dòng)信息，給伺服驅(qū)動(dòng)控制器提供控制反饋信息；編碼器測(cè)量伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子相對(duì)定子的角度信息，為伺服驅(qū)動(dòng)控制器提供角度信息；伺服驅(qū)動(dòng)控制器根據(jù)陀螺傳送過來的角運(yùn)動(dòng)信息，分析平臺(tái)臺(tái)體相對(duì)于基準(zhǔn)平面的角運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，以該角運(yùn)動(dòng)信息作為反饋信息，采用PID控制策略，利用編碼器提供的角度信息和實(shí)時(shí)檢測(cè)的伺服電機(jī)相電流對(duì)電流進(jìn)行空間矢量變換，通過空間矢量脈寬調(diào)制控制功率開關(guān)管的開通和關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電機(jī)的控制；伺服電機(jī)輸出力矩，克服支撐軸承摩擦及負(fù)載不均勻引起的平臺(tái)臺(tái)體的旋轉(zhuǎn)，抵消對(duì)應(yīng)的平臺(tái)臺(tái)體旋轉(zhuǎn)，使平臺(tái)臺(tái)體隔離載體的運(yùn)動(dòng)，高度保持動(dòng)態(tài)姿態(tài)基準(zhǔn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于高速滾轉(zhuǎn)載體的陀螺穩(wěn)定平臺(tái)，其特征在于所述的伺服電機(jī)采用永磁同步電機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于高速滾轉(zhuǎn)載體的陀螺穩(wěn)定平臺(tái)，其特征在于所述的伺服驅(qū)動(dòng)控制器由控制電路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩部分組成，控制電路以TMS320F2812DSP芯片作為 CPU,電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用三相全控橋?qū)⒅绷髂妇€電壓變換成對(duì)稱的三相交流電，給伺服電機(jī)的定子供電。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于高速滾轉(zhuǎn)載體的陀螺穩(wěn)定平臺(tái)，其特征在于所述的伺服驅(qū)動(dòng)控制器的控制電路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用電氣隔離設(shè)計(jì)；系統(tǒng)提供的27V電源直接提供給伺服電機(jī)，伺服驅(qū)動(dòng)控制器的控制電路和陀螺的供電采用系統(tǒng)27V電源經(jīng)隔離變換得到的電源，采用霍爾電流傳感器進(jìn)行伺服電機(jī)的相電流采樣。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于高速滾轉(zhuǎn)載體的陀螺穩(wěn)定平臺(tái)，平臺(tái)臺(tái)體上安裝有被穩(wěn)定對(duì)象和陀螺；陀螺測(cè)量平臺(tái)臺(tái)體的角運(yùn)動(dòng)信息，編碼器測(cè)量伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子相對(duì)定子的信息，伺服驅(qū)動(dòng)控制器根據(jù)角運(yùn)動(dòng)信息分析平臺(tái)臺(tái)體相對(duì)于基準(zhǔn)平面的角運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，采用PID控制策略，利用編碼器提供的角度信息和實(shí)時(shí)檢測(cè)的伺服電機(jī)相電流對(duì)電流進(jìn)行空間矢量變換，控制伺服電機(jī)輸出力矩，抵消對(duì)應(yīng)的平臺(tái)臺(tái)體旋轉(zhuǎn)。本實(shí)用新型 應(yīng)用于高速滾轉(zhuǎn)載體中，可保證在惡劣運(yùn)行條件下精確保證姿態(tài)基準(zhǔn)。
文檔編號(hào)G05D13/60GK202351714SQ20112048248
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2011年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月28日
發(fā)明者林輝, 王德成, 齊蓉 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)