一種非正交六桿動(dòng)中通伺服系統(tǒng)及控制方法
【專利摘要】一種非正交六桿動(dòng)中通伺服系統(tǒng)及控制方法，包括測(cè)量反饋單元、控制單元、驅(qū)動(dòng)單元、伺服天線，其中測(cè)量反饋單元又包括方位角度編碼器、俯仰位置編碼器、橫滾位置編碼器、極化角度編碼器、數(shù)據(jù)采集卡；控制單元又包括ACU、捷聯(lián)慣組、六軸運(yùn)動(dòng)控制及驅(qū)動(dòng)模塊；驅(qū)動(dòng)單元又包括直線電機(jī)、方位渦輪蝸桿、極化渦輪蝸桿、電動(dòng)推桿，直線電機(jī)又包括第一直線電機(jī)、第二直線電機(jī)，電動(dòng)推桿又包括第一電動(dòng)推桿、第二電動(dòng)推桿、第三電動(dòng)推桿、第四電動(dòng)推桿。本發(fā)明機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，伺服控制系統(tǒng)集成度高，能實(shí)現(xiàn)四軸聯(lián)動(dòng)以及小型化和輕量化。
【專利說明】一種非正交六桿動(dòng)中通伺服系統(tǒng)及控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種非正交六桿動(dòng)中通伺服系統(tǒng)及控制方法，屬于動(dòng)中通伺服系統(tǒng)領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的動(dòng)中通伺服系統(tǒng)，多采用雙軸或三軸正交或者偏置的方式實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)多采用軸系結(jié)構(gòu)，伺服控制方法多采用基于PID經(jīng)典控制理論的多電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式。
[0003]動(dòng)中通伺服系統(tǒng)的特點(diǎn)是要求系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠、響應(yīng)速度快，但對(duì)控制精度要求不高。采用正交或者偏置的軸系結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)動(dòng)中通伺服系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，對(duì)加工、安裝及調(diào)整精度要求高，而且由于軸系結(jié)構(gòu)自身的特點(diǎn)，在動(dòng)中通伺服系統(tǒng)進(jìn)行小型化和輕量化設(shè)計(jì)時(shí)，軸系結(jié)構(gòu)會(huì)帶來天然的障礙，使動(dòng)中通系統(tǒng)小型化和輕量化變得困難。
[0004]動(dòng)中通伺服系統(tǒng)的軸系結(jié)構(gòu)中，采用齒輪傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)型式較多，還有一些系統(tǒng)采用帶傳動(dòng)或者鏈傳動(dòng)。齒輪傳動(dòng)，尤其是三個(gè)空間正交的軸都通過齒輪傳動(dòng)，會(huì)使動(dòng)中通伺服系統(tǒng)的空間尺寸增大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性和維護(hù)性降低，在運(yùn)轉(zhuǎn)中會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)、沖擊和噪聲并產(chǎn)生動(dòng)載荷，而且在過載荷時(shí)沒有保護(hù)作用；帶傳動(dòng)或者鏈傳動(dòng)，需要的安裝空間大，工作中容易磨損或者產(chǎn)生振動(dòng)脫落，而且響應(yīng)速度慢；因此，這幾種動(dòng)中通伺服系統(tǒng)的軸系結(jié)構(gòu)方式都有一定的局限性，尤其是需要進(jìn)行小型化和輕量化設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)產(chǎn)生許多不可避免的干涉和矛盾。
[0005]與動(dòng)中通伺服系統(tǒng)軸系結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的控制方法，多采用多電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式。一般來說，現(xiàn)有的動(dòng)中通伺服控制系統(tǒng)主要包括控制單元、驅(qū)動(dòng)單元和測(cè)量反饋單元，其中控制單元主要由工控機(jī)或ACU、捷聯(lián)慣組或者運(yùn)動(dòng)控制單元組成，驅(qū)動(dòng)單元由伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器組成，測(cè)量反饋單元由速率陀螺、編碼器等組成。這種動(dòng)中通伺服控制方式結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，中間環(huán)節(jié)較多，控制鏈路較長(zhǎng)，集成度低，在增加了動(dòng)中通伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的同時(shí)，不利于控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)化和可靠設(shè)計(jì)，也不利于系統(tǒng)的調(diào)試和故障的判斷、定位和排除，更不利于系統(tǒng)的小型化和輕量化。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決問題是:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種非正交六桿動(dòng)中通伺服系統(tǒng)及控制方法，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，伺服控制系統(tǒng)集成度高，能實(shí)現(xiàn)四軸聯(lián)動(dòng)以及小型化和輕量化。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
[0008]一種非正交六桿動(dòng)中通伺服系統(tǒng)包括:測(cè)量反饋單元、控制單元、驅(qū)動(dòng)單元、伺服天線；其中，測(cè)量反饋單元又包括方位角度編碼器、俯仰位置編碼器、橫滾位置編碼器、極化角度編碼器、數(shù)據(jù)采集卡；控制單元又包括集中控制單元A⑶、捷聯(lián)慣組、六軸運(yùn)動(dòng)控制及驅(qū)動(dòng)模塊；驅(qū)動(dòng)單元又包括直線電機(jī)、方位渦輪蝸桿、極化渦輪蝸桿、電動(dòng)推桿，直線電機(jī)又包括第一直線電機(jī)、第二直線電機(jī)，電動(dòng)推桿又包括第一電動(dòng)推桿、第二電動(dòng)推桿、第三電動(dòng)推桿、第四電動(dòng)推桿；
[0009]數(shù)據(jù)采集卡從方位角度編碼器、俯仰位置編碼器、橫滾位置編碼器、極化角度編碼器采集方位角度信息、俯仰位置信息、橫滾位置信息、極化角度信息，并將上述信息發(fā)送至A⑶和捷聯(lián)慣組；
[0010]ACU實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)采集卡采集到的方位角度信息、俯仰位置信息、橫滾位置信息、極化角度信息，并將俯仰位置信息和橫滾位置信息轉(zhuǎn)換為俯仰角度信息和橫滾角度信息，然后將方位角度信息、俯仰角度信息、橫滾角度信息、極化角度信息用于進(jìn)行用戶監(jiān)控;ACU用于向捷聯(lián)慣組供電，并通過數(shù)據(jù)交互讀取捷聯(lián)慣組發(fā)送的系統(tǒng)姿態(tài)信息用于對(duì)捷聯(lián)慣組的是否正常工作的狀態(tài)進(jìn)行判斷；A⑶用于向捷聯(lián)慣組發(fā)出控制指令，所述控制指令包括衛(wèi)星的名稱、經(jīng)度參數(shù)、極化方式、信標(biāo)頻率、對(duì)星時(shí)間、對(duì)星方式(靜態(tài)對(duì)星或者動(dòng)態(tài)對(duì)星)；
[0011]捷聯(lián)慣組用于實(shí)時(shí)測(cè)量姿態(tài)信息，并將測(cè)量得到的姿態(tài)信息進(jìn)行坐標(biāo)變換，同時(shí)實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)采集卡采集到的方位角度信息、俯仰位置信息、橫滾位置信息、極化角度信息，并將俯仰位置信息和橫滾位置信息轉(zhuǎn)換為俯仰角度信息和橫滾角度信息，然后將方位角度信息、俯仰角度信息、橫滾角度信息、極化角度信息與坐標(biāo)變換后的姿態(tài)信息進(jìn)行比較，同時(shí)捷聯(lián)慣組根據(jù)ACU發(fā)出的控制指令中的衛(wèi)星的名稱、經(jīng)度參數(shù)、極化方式、信標(biāo)頻率找尋需要對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星的位置，并按照ACU發(fā)出的對(duì)星方式在規(guī)定的對(duì)星時(shí)間內(nèi)將比較結(jié)果轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)發(fā)送至六軸運(yùn)動(dòng)控制及驅(qū)動(dòng)模塊用于進(jìn)行對(duì)星；
[0012]六軸運(yùn)動(dòng)控制及驅(qū)動(dòng)模塊根據(jù)捷聯(lián)慣組發(fā)送的脈沖信號(hào)進(jìn)行對(duì)星，進(jìn)行對(duì)星的具體方式如下:六軸運(yùn)動(dòng)控制及驅(qū)動(dòng)模塊輸出六路控制和驅(qū)動(dòng)信號(hào)，第一路控制和驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出到第一直線電機(jī)，第一直線電機(jī)推動(dòng)方位渦輪蝸桿做方位旋轉(zhuǎn)進(jìn)而推動(dòng)伺服天線做方位旋轉(zhuǎn)；第二路和第三路控制和驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出到第一電動(dòng)推桿和第二電動(dòng)推桿，第一電動(dòng)推桿和第二電動(dòng)推桿推動(dòng)伺服天線按照一定角度做俯仰旋轉(zhuǎn)；第四路和第五路控制和驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出到第三電動(dòng)推桿和第四電動(dòng)推桿，第三電動(dòng)推桿和第四電動(dòng)推桿推動(dòng)伺服天線按照一定角度做橫滾旋轉(zhuǎn)；第六路控制和驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出到第二直線電機(jī)，第二直線電機(jī)推動(dòng)極化渦輪蝸桿按一定角度做極化旋轉(zhuǎn)；所述的方位旋轉(zhuǎn)、俯仰旋轉(zhuǎn)、橫滾旋轉(zhuǎn)和極化旋轉(zhuǎn)相互獨(dú)立，在空間形成4個(gè)自由度；
[0013]方位角度編碼器、俯仰位置編碼器、橫滾位置編碼器、極化角度編碼器實(shí)時(shí)獲取方位旋轉(zhuǎn)、俯仰旋轉(zhuǎn)、橫滾旋轉(zhuǎn)和極化旋轉(zhuǎn)時(shí)的方位角度信息、俯仰位置信息、橫滾位置信息、極化角度信息。
[0014]所述捷聯(lián)慣組采用激光或者光纖捷聯(lián)慣組。
[0015]所述六軸運(yùn)動(dòng)控制及驅(qū)動(dòng)模塊輸出六路控制和驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制和驅(qū)動(dòng)直線電機(jī)、電動(dòng)推桿、方位渦輪蝸桿、極化渦輪蝸桿的起動(dòng)、停止、轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作以及位置、速度和扭矩位置變化。
[0016]所述第一電動(dòng)推桿和第二電動(dòng)推桿固定在天線的對(duì)稱兩側(cè)；第三電動(dòng)推桿和第四電動(dòng)推桿對(duì)稱地固定在天線的另外兩側(cè)，第一電動(dòng)推桿和第二電動(dòng)推桿形成的運(yùn)動(dòng)平面與第三電動(dòng)推桿和第四電動(dòng)推桿形成的運(yùn)動(dòng)平面垂直正交。
[0017]捷聯(lián)慣組進(jìn)行姿態(tài)信息和數(shù)據(jù)采集卡采集轉(zhuǎn)化后的方位角度信息、極化角度信息、俯仰角度信息、橫滾角度信息進(jìn)行比較的原則如下:判斷姿態(tài)信息中包含的方位角度信息、極化角度信息、俯仰角度信息、橫滾角度信息和數(shù)據(jù)采集卡采集轉(zhuǎn)化后的方位角度信息、極化角度信息、俯仰角度信息、橫滾角度信息是否一致，若一致時(shí)不進(jìn)行角度補(bǔ)償，若不一致時(shí)進(jìn)行角度補(bǔ)償，角度補(bǔ)償作為比較結(jié)果。
[0018]一種基于動(dòng)中通伺服系統(tǒng)的控制方法，包括步驟如下:
[0019](I)方位角度編碼器、俯仰位置編碼器、橫滾位置編碼器、極化角度編碼器實(shí)時(shí)獲取方位旋轉(zhuǎn)、俯仰旋轉(zhuǎn)、橫滾旋轉(zhuǎn)和極化旋轉(zhuǎn)時(shí)的方位角度信息、俯仰位置信息、橫滾位置信息、極化角度信息；
[0020](2)數(shù)據(jù)采集卡從方位角度編碼器、俯仰位置編碼器、橫滾位置編碼器、極化角度編碼器采集方位角度信息、俯仰位置信息、橫滾位置信息、極化角度信息，并將上述信息發(fā)送至A⑶和捷聯(lián)慣組；
[0021](3)ACU實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)采集卡采集到的方位角度信息、俯仰位置信息、橫滾位置信息、極化角度信息，并將俯仰位置信息和橫滾位置信息轉(zhuǎn)換為俯仰角度信息和橫滾角度信息，然后將方位角度信息、俯仰角度信息、橫滾角度信息、極化角度信息用于進(jìn)行用戶監(jiān)控；
[0022](4)A⑶向捷聯(lián)慣組發(fā)出控制指令，所述控制指令包括衛(wèi)星的名稱、經(jīng)度參數(shù)、極化方式、信標(biāo)頻率、對(duì)星時(shí)間、對(duì)星方式；同時(shí)ACU通過數(shù)據(jù)交互讀取捷聯(lián)慣組發(fā)送的系統(tǒng)姿態(tài)信息用于對(duì)捷聯(lián)慣組的工作狀態(tài)進(jìn)行判斷；
[0023](5)捷聯(lián)慣組實(shí)時(shí)測(cè)量姿態(tài)信息，并將測(cè)量得到的姿態(tài)信息進(jìn)行坐標(biāo)變換，同時(shí)實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)采集卡采集到的方位角度信息、俯仰位置信息、橫滾位置信息、極化角度信息，并將俯仰位置信息和橫滾位置信息轉(zhuǎn)換為俯仰角度信息和橫滾角度信息；
[0024](6)捷聯(lián)慣組將步驟(5)中得到的方位角度信息、俯仰角度信息、橫滾角度信息、極化角度信息，與步驟(5)中坐標(biāo)變換后的姿態(tài)信息進(jìn)行比較，判斷姿態(tài)信息中包含的方位角度信息、極化角度信息、俯仰角度信息、橫滾角度信息和數(shù)據(jù)采集卡采集轉(zhuǎn)化后的方位角度信息、極化角度信息、俯仰角度信息、橫滾角度信息是否一致，若一致時(shí)不進(jìn)行角度補(bǔ)償并進(jìn)入步驟(9)，若不一致時(shí)進(jìn)行角度補(bǔ)償，角度補(bǔ)償作為比較結(jié)果；
[0025](7)捷聯(lián)慣組根據(jù)A⑶發(fā)出的控制指令中的衛(wèi)星的名稱、經(jīng)度參數(shù)、極化方式、信標(biāo)頻率找尋需要對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星的位置，并按照ACU發(fā)出的對(duì)星方式在規(guī)定的對(duì)星時(shí)間內(nèi)將步驟(6)中角度補(bǔ)償?shù)谋容^結(jié)果轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)發(fā)送至六軸運(yùn)動(dòng)控制及驅(qū)動(dòng)模塊用于進(jìn)行對(duì)星；
[0026](8)六軸運(yùn)動(dòng)控制及驅(qū)動(dòng)模塊根據(jù)捷聯(lián)慣組發(fā)送的脈沖信號(hào)完成對(duì)星，行對(duì)星的具體方式如下:六軸運(yùn)動(dòng)控制及驅(qū)動(dòng)模塊輸出六路控制和驅(qū)動(dòng)信號(hào)，第一路控制和驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出到第一直線電機(jī)，第一直線電機(jī)推動(dòng)方位渦輪蝸桿做方位旋轉(zhuǎn)進(jìn)而推動(dòng)伺服天線做方位旋轉(zhuǎn)；第二路和第三路控制和驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出到第一電動(dòng)推桿和第二電動(dòng)推桿，第一電動(dòng)推桿和第二電動(dòng)推桿推動(dòng)伺服天線按照一定角度做俯仰旋轉(zhuǎn)；第四路和第五路控制和驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出到第三電動(dòng)推桿和第四電動(dòng)推桿，第三電動(dòng)推桿和第四電動(dòng)推桿推動(dòng)伺服天線按照一定角度做橫滾旋轉(zhuǎn)；第六路控制和驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出到第二直線電機(jī)，第二直線電機(jī)推動(dòng)極化渦輪蝸桿按一定角度做極化旋轉(zhuǎn)；所述的方位旋轉(zhuǎn)、俯仰旋轉(zhuǎn)、橫滾旋轉(zhuǎn)和極化旋轉(zhuǎn)相互獨(dú)立，在空間形成4個(gè)自由度；
[0027](9)對(duì)星結(jié)束。
[0028]本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方法與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0029](I)相對(duì)于傳統(tǒng)動(dòng)中通軸系結(jié)構(gòu)，本發(fā)明采用A⑶、捷聯(lián)慣組和六軸運(yùn)動(dòng)控制及驅(qū)動(dòng)模塊組成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和操作方便的非正交六桿動(dòng)中通伺服系統(tǒng)，伺服控制系統(tǒng)集成度高；同時(shí)本發(fā)明相對(duì)于傳統(tǒng)動(dòng)中通系統(tǒng)成本較低、控制效率高、可靠性強(qiáng)，符合動(dòng)中通系統(tǒng)小型化、輕量化和低成本的發(fā)展趨勢(shì)。
[0030](2)本發(fā)明采用非正交六桿的結(jié)構(gòu)形式實(shí)現(xiàn)了方位旋轉(zhuǎn)、俯仰旋轉(zhuǎn)、橫滾旋轉(zhuǎn)和極化旋轉(zhuǎn)四軸聯(lián)動(dòng)和四個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，增加了系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性，同時(shí)機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，為動(dòng)中通伺服系統(tǒng)的小型化和輕量化提供了可能性和可操作性。
[0031](3)本發(fā)明采用運(yùn)動(dòng)控制卡和驅(qū)動(dòng)器集成的方式實(shí)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，減少了中間鏈路和環(huán)節(jié)，增加了系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性，控制過程簡(jiǎn)單；本發(fā)明選用具有減速功能的直線電機(jī)，將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)機(jī)械能，不需要任何中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1為本發(fā)明系統(tǒng)組成原理框圖；
[0033]圖2為本發(fā)明系統(tǒng)控制流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述:
[0035]如圖1所示，一種非正交六桿動(dòng)中通伺服系統(tǒng)包括:測(cè)量反饋單元、控制單元、驅(qū)動(dòng)單元、伺服天線；其中，測(cè)量反饋單元又包括方位角度編碼器、俯仰位置編碼器、橫滾位置編碼器、極化角度編碼器、數(shù)據(jù)采集卡；控制單元又包括集中控制單元ACU、捷聯(lián)慣組、六軸運(yùn)動(dòng)控制及驅(qū)動(dòng)模塊；驅(qū)動(dòng)單元又包括直線電機(jī)、方位渦輪蝸桿、極化渦輪蝸桿、電動(dòng)推桿，直線電機(jī)又包括第一直線電機(jī)、第二直線電機(jī)，電動(dòng)推桿又包括第一電動(dòng)推桿、第二電動(dòng)推桿、第三電動(dòng)推桿、第四電動(dòng)推桿；
[0036]數(shù)據(jù)采集卡從方位角度編碼器、俯仰位置編碼器、橫滾位置編碼器、極化角度編碼器采集方位角度信息、俯仰位置信息、橫滾位置信息、極化角度信息，并將上述信息發(fā)送至A⑶和捷聯(lián)慣組；
[0037]ACU實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)采集卡采集到的方位角度信息、俯仰位置信息、橫滾位置信息、極化角度信息，并將俯仰位置信息和橫滾位置信息轉(zhuǎn)換為俯仰角度信息和橫滾角度信息，然后將方位角度信息、俯仰角度信息、橫滾角度信息、極化角度信息用于進(jìn)行用戶監(jiān)控;ACU通過數(shù)據(jù)交互讀取捷聯(lián)慣組發(fā)送的系統(tǒng)姿態(tài)信息用于對(duì)捷聯(lián)慣組的工作狀態(tài)進(jìn)行判斷；ACU用于向捷聯(lián)慣組供電，以及向捷聯(lián)慣組發(fā)出控制指令，所述控制指令包括衛(wèi)星的名稱、經(jīng)度參數(shù)、極化方式、信標(biāo)頻率、對(duì)星時(shí)間、對(duì)星方式(靜態(tài)對(duì)星或者動(dòng)態(tài)對(duì)星)；
[0038]捷聯(lián)慣組用于實(shí)時(shí)測(cè)量姿態(tài)信息，并將測(cè)量得到的姿態(tài)信息進(jìn)行坐標(biāo)變換，同時(shí)實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)采集卡采集到的方位角度信息、俯仰位置信息、橫滾位置信息、極化角度信息，并將俯仰位置信息和橫滾位置信息轉(zhuǎn)換為俯仰角度信息和橫滾角度信息，然后將方位角度信息、俯仰角度信息、橫滾角度信息、極化角度信息與坐標(biāo)變換后的姿態(tài)信息進(jìn)行比較，同時(shí)捷聯(lián)慣組根據(jù)ACU發(fā)出的控制指令中的衛(wèi)星的名稱、經(jīng)度參數(shù)、極化方式、信標(biāo)頻率找尋需要對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星的位置，并按照ACU發(fā)出的對(duì)星方式在規(guī)定的對(duì)星時(shí)間內(nèi)將比較結(jié)果轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)發(fā)送至六軸運(yùn)動(dòng)控制及驅(qū)動(dòng)模塊用于進(jìn)行對(duì)星；
[0039]六軸運(yùn)動(dòng)控制及驅(qū)動(dòng)模塊根據(jù)捷聯(lián)慣組發(fā)送的脈沖信號(hào)進(jìn)行對(duì)星，進(jìn)行對(duì)星的具體方式如下:六軸運(yùn)動(dòng)控制及驅(qū)動(dòng)模塊輸出六路控制和驅(qū)動(dòng)信號(hào)，第一路控制和驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出到第一直線電機(jī)，第一直線電機(jī)推動(dòng)方位渦輪蝸桿做方位旋轉(zhuǎn)進(jìn)而推動(dòng)伺服天線做方位旋轉(zhuǎn)；第二路和第三路控制和驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出到第一電動(dòng)推桿和第二電動(dòng)推桿，第一電動(dòng)推桿和第二電動(dòng)推桿推動(dòng)伺服天線按照一定角度做俯仰旋轉(zhuǎn)；第四路和第五路控制和驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出到第三電動(dòng)推桿和第四電動(dòng)推桿，第三電動(dòng)推桿和第四電動(dòng)推桿推動(dòng)伺服天線按照一定角度做橫滾旋轉(zhuǎn)；第六路控制和驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出到第二直線電機(jī)，第二直線電機(jī)推動(dòng)極化渦輪蝸桿按一定角度做極化旋轉(zhuǎn)；所述的方位旋轉(zhuǎn)、俯仰旋轉(zhuǎn)、橫滾旋轉(zhuǎn)和極化旋轉(zhuǎn)相互獨(dú)立，在空間形成4個(gè)自由度；
[0040]方位角度編碼器、俯仰位置編碼器、橫滾位置編碼器、極化角度編碼器實(shí)時(shí)獲取方位旋轉(zhuǎn)、俯仰旋轉(zhuǎn)、橫滾旋轉(zhuǎn)和極化旋轉(zhuǎn)時(shí)的方位角度信息、俯仰位置信息、橫滾位置信息、極化角度信息。
[0041]所述捷聯(lián)慣組采用激光或者光纖捷聯(lián)慣組。
[0042]所述六軸運(yùn)動(dòng)控制及驅(qū)動(dòng)模塊輸出六路控制和驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制和驅(qū)動(dòng)直線電機(jī)、電動(dòng)推桿、方位渦輪蝸桿、極化渦輪蝸桿的起動(dòng)、停止、轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作以及位置、速度和扭矩位置變化。
[0043]所述第一電動(dòng)推桿和第二電動(dòng)推桿固定在天線的對(duì)稱兩側(cè)；第三電動(dòng)推桿和第四電動(dòng)推桿對(duì)稱地固定在天線的另外兩側(cè)，第一電動(dòng)推桿和第二電動(dòng)推桿形成的運(yùn)動(dòng)平面與第三電動(dòng)推桿和第四電動(dòng)推桿形成的運(yùn)動(dòng)平面垂直正交。
[0044]捷聯(lián)慣組進(jìn)行姿態(tài)信息和數(shù)據(jù)采集卡采集轉(zhuǎn)化后的方位角度信息、極化角度信息、俯仰角度信息、橫滾角度信息進(jìn)行比較的原則如下:判斷姿態(tài)信息中包含的方位角度信息、極化角度信息、俯仰角度信息、橫滾角度信息和數(shù)據(jù)采集卡采集轉(zhuǎn)化后的方位角度信息、極化角度信息、俯仰角度信息、橫滾角度信息是否一致，若一致時(shí)不進(jìn)行角度補(bǔ)償，若不一致時(shí)進(jìn)行角度補(bǔ)償，角度補(bǔ)償作為比較結(jié)果。
[0045]如圖2所示，一種基于動(dòng)中通伺服系統(tǒng)的控制方法，包括步驟如下:
[0046](I)方位角度編碼器、俯仰位置編碼器、橫滾位置編碼器、極化角度編碼器實(shí)時(shí)獲取方位旋轉(zhuǎn)、俯仰旋轉(zhuǎn)、橫滾旋轉(zhuǎn)和極化旋轉(zhuǎn)時(shí)的方位角度信息、俯仰位置信息、橫滾位置信息、極化角度信息；
[0047](2)數(shù)據(jù)采集卡從方位角度編碼器、俯仰位置編碼器、橫滾位置編碼器、極化角度編碼器采集方位角度信息、俯仰位置信息、橫滾位置信息、極化角度信息，并將上述信息發(fā)送至A⑶和捷聯(lián)慣組；
[0048](3)ACU實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)采集卡采集到的方位角度信息、俯仰位置信息、橫滾位置信息、極化角度信息，并將俯仰位置信息和橫滾位置信息轉(zhuǎn)換為俯仰角度信息和橫滾角度信息，然后將方位角度信息、俯仰角度信息、橫滾角度信息、極化角度信息用于進(jìn)行用戶監(jiān)控；
[0049](4) ACU通過數(shù)據(jù)交互讀取捷聯(lián)慣組發(fā)送的系統(tǒng)姿態(tài)信息用于對(duì)捷聯(lián)慣組的工作狀態(tài)進(jìn)行判斷，同時(shí)ACU向捷聯(lián)慣組發(fā)出控制指令，所述控制指令包括衛(wèi)星的名稱、經(jīng)度參數(shù)、極化方式、信標(biāo)頻率、對(duì)星時(shí)間、對(duì)星方式；
[0050](5)捷聯(lián)慣組實(shí)時(shí)測(cè)量姿態(tài)信息，并將測(cè)量得到的姿態(tài)信息進(jìn)行坐標(biāo)變換，同時(shí)實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)采集卡采集到的方位角度信息、俯仰位置信息、橫滾位置信息、極化角度信息，并將俯仰位置信息和橫滾位置信息轉(zhuǎn)換為俯仰角度信息和橫滾角度信息；
[0051](6)捷聯(lián)慣組將步驟(5)中得到的方位角度信息、俯仰角度信息、橫滾角度信息、極化角度信息，與步驟(5)中坐標(biāo)變換后的姿態(tài)信息進(jìn)行比較，判斷姿態(tài)信息中包含的方位角度信息、極化角度信息、俯仰角度信息、橫滾角度信息和數(shù)據(jù)采集卡采集轉(zhuǎn)化后的方位角度信息、極化角度信息、俯仰角度信息、橫滾角度信息是否一致，若一致時(shí)不進(jìn)行角度補(bǔ)償并進(jìn)入步驟(9)，若不一致時(shí)進(jìn)行角度補(bǔ)償；
[0052](7)捷聯(lián)慣組根據(jù)A⑶發(fā)出的控制指令中的衛(wèi)星的名稱、經(jīng)度參數(shù)、極化方式、信標(biāo)頻率找尋需要對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星的位置，并按照ACU發(fā)出的對(duì)星方式在規(guī)定的對(duì)星時(shí)間內(nèi)將步驟(6)中角度補(bǔ)償?shù)谋容^結(jié)果轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)發(fā)送至六軸運(yùn)動(dòng)控制及驅(qū)動(dòng)模塊用于進(jìn)行對(duì)星；
[0053](8)六軸運(yùn)動(dòng)控制及驅(qū)動(dòng)模塊根據(jù)捷聯(lián)慣組發(fā)送的脈沖信號(hào)完成對(duì)星，行對(duì)星的具體方式如下:六軸運(yùn)動(dòng)控制及驅(qū)動(dòng)模塊輸出六路控制和驅(qū)動(dòng)信號(hào)，第一路控制和驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出到第一直線電機(jī)，第一直線電機(jī)推動(dòng)方位潤(rùn)輪蝸桿做方位360°旋轉(zhuǎn)進(jìn)而推動(dòng)伺服天線做方位360°旋轉(zhuǎn)；第二路和第三路控制和驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出到第一電動(dòng)推桿和第二電動(dòng)推桿，第一電動(dòng)推桿和第二電動(dòng)推桿推動(dòng)伺服天線按照一定角度做俯仰(15° -105° )旋轉(zhuǎn)；第四路和第五路控制和驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出到第三電動(dòng)推桿和第四電動(dòng)推桿，第三電動(dòng)推桿和第四電動(dòng)推桿推動(dòng)伺服天線按照一定角度做橫滾(15° -105° )旋轉(zhuǎn)；第六路控制和驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出到第二直線電機(jī)，第二直線電機(jī)推動(dòng)極化渦輪蝸桿按一定角度做極化(180°或者360° )旋轉(zhuǎn)；所述的方位旋轉(zhuǎn)、俯仰旋轉(zhuǎn)、橫滾旋轉(zhuǎn)和極化旋轉(zhuǎn)相互獨(dú)立,在空間形成4個(gè)自由度；
[0054](9)對(duì)星結(jié)束。
[0055]本發(fā)明已經(jīng)經(jīng)過專家評(píng)定，且實(shí)際應(yīng)用于的相應(yīng)的移動(dòng)衛(wèi)星型號(hào)，取得了良好的技術(shù)效果。
[0056]本發(fā)明未詳細(xì)闡述部分屬于本領(lǐng)域公知技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種非正交六桿動(dòng)中通伺服系統(tǒng)，其特征在于包括:測(cè)量反饋單元、控制單元、驅(qū)動(dòng)單元、伺服天線；其中，測(cè)量反饋單元又包括方位角度編碼器、俯仰位置編碼器、橫滾位置編碼器、極化角度編碼器、數(shù)據(jù)采集卡；控制單元又包括集中控制單元A⑶、捷聯(lián)慣組、六軸運(yùn)動(dòng)控制及驅(qū)動(dòng)模塊；驅(qū)動(dòng)單元又包括直線電機(jī)、方位渦輪蝸桿、極化渦輪蝸桿、電動(dòng)推桿，直線電機(jī)又包括第一直線電機(jī)、第二直線電機(jī)，電動(dòng)推桿又包括第一電動(dòng)推桿、第二電動(dòng)推桿、第三電動(dòng)推桿、第四電動(dòng)推桿； 數(shù)據(jù)采集卡從方位角度編碼器、俯仰位置編碼器、橫滾位置編碼器、極化角度編碼器采集方位角度信息、俯仰位置信息、橫滾位置信息、極化角度信息，并將上述信息發(fā)送至ACU和捷聯(lián)慣組； ACU實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)采集卡采集到的方位角度信息、俯仰位置信息、橫滾位置信息、極化角度信息，并將俯仰位置信息和橫滾位置信息轉(zhuǎn)換為俯仰角度信息和橫滾角度信息，然后將方位角度信息、俯仰角度信息、橫滾角度信息、極化角度信息用于進(jìn)行用戶監(jiān)控；ACU用于向捷聯(lián)慣組供電，以及向捷聯(lián)慣組發(fā)出控制指令，所述控制指令包括衛(wèi)星的名稱、經(jīng)度參數(shù)、極化方式、信標(biāo)頻率、對(duì)星時(shí)間、對(duì)星方式；ACU通過數(shù)據(jù)交互讀取捷聯(lián)慣組發(fā)送的系統(tǒng)姿態(tài)信息用于對(duì)捷聯(lián)慣組的是否正常工作的狀態(tài)進(jìn)行判斷； 捷聯(lián)慣組用于實(shí)時(shí)測(cè)量姿態(tài)信息，并將測(cè)量得到的姿態(tài)信息進(jìn)行坐標(biāo)變換，同時(shí)實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)采集卡采集到的方位角度信息、俯仰位置信息、橫滾位置信息、極化角度信息，并將俯仰位置信息和橫滾位置信息轉(zhuǎn)換為俯仰角度信息和橫滾角度信息，然后將方位角度信息、俯仰角度信息、橫滾角度信息、極化角度信息與坐標(biāo)變換后的姿態(tài)信息進(jìn)行比較，捷聯(lián)慣組根據(jù)ACU發(fā)出的控制指令中的衛(wèi)星的名稱、經(jīng)度參數(shù)、極化方式、信標(biāo)頻率找尋需要對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星的位置，并按照ACU發(fā)出的對(duì)星方式在規(guī)定的對(duì)星時(shí)間內(nèi)將角度的比較結(jié)果轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)發(fā)送至六軸運(yùn)動(dòng)控制及驅(qū)動(dòng)模塊用于進(jìn)行對(duì)星； 六軸運(yùn)動(dòng)控制及驅(qū)動(dòng)模塊根據(jù)捷聯(lián)慣組發(fā)送的脈沖信號(hào)進(jìn)行對(duì)星，進(jìn)行對(duì)星的具體方式如下:六軸運(yùn)動(dòng)控制及驅(qū)動(dòng)模塊輸出六路控制和驅(qū)動(dòng)信號(hào)，第一路控制和驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出到第一直線電機(jī)，第一直線電機(jī)推動(dòng)方位渦輪蝸桿做方位旋轉(zhuǎn)進(jìn)而推動(dòng)伺服天線做方位旋轉(zhuǎn)；第二路和第三路控制和驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出到第一電動(dòng)推桿和第二電動(dòng)推桿，第一電動(dòng)推桿和第二電動(dòng)推桿推動(dòng)伺服天線按照一定角度做俯仰旋轉(zhuǎn)；第四路和第五路控制和驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出到第三電動(dòng)推桿和第四電動(dòng)推桿，第三電動(dòng)推桿和第四電動(dòng)推桿推動(dòng)伺服天線按照一定角度做橫滾旋轉(zhuǎn)；第六路控制和驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出到第二直線電機(jī)，第二直線電機(jī)推動(dòng)極化渦輪蝸桿按一定角度做極化旋轉(zhuǎn)；所述的方位旋轉(zhuǎn)、俯仰旋轉(zhuǎn)、橫滾旋轉(zhuǎn)和極化旋轉(zhuǎn)相互獨(dú)立，在空間形成4個(gè)自由度； 方位角度編碼器、俯仰位置編碼器、橫滾位置編碼器、極化角度編碼器實(shí)時(shí)獲取方位旋轉(zhuǎn)、俯仰旋轉(zhuǎn)、橫滾旋轉(zhuǎn)和極化旋轉(zhuǎn)時(shí)的方位角度信息、俯仰位置信息、橫滾位置信息、極化角度信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非正交六桿動(dòng)中通伺服系統(tǒng)，其特征在于:所述捷聯(lián)慣組采用激光或者光纖捷聯(lián)慣組。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非正交六桿動(dòng)中通伺服系統(tǒng)，其特征在于:所述六軸運(yùn)動(dòng)控制及驅(qū)動(dòng)模塊輸出六路控制和驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制和驅(qū)動(dòng)直線電機(jī)、電動(dòng)推桿、方位渦輪蝸桿、極化渦輪蝸桿的起動(dòng)、停止、轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作以及位置、速度和扭矩位置變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非正交六桿動(dòng)中通伺服系統(tǒng)，其特征在于:所述第一電動(dòng)推桿和第二電動(dòng)推桿固定在天線的對(duì)稱兩側(cè)；第三電動(dòng)推桿和第四電動(dòng)推桿對(duì)稱地固定在天線的另外兩側(cè)，第一電動(dòng)推桿和第二電動(dòng)推桿形成的運(yùn)動(dòng)平面與第三電動(dòng)推桿和第四電動(dòng)推桿形成的運(yùn)動(dòng)平面垂直正交。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非正交六桿動(dòng)中通伺服系統(tǒng)，其特征在于:捷聯(lián)慣組進(jìn)行姿態(tài)信息和數(shù)據(jù)采集卡采集轉(zhuǎn)化后的方位角度信息、極化角度信息、俯仰角度信息、橫滾角度信息進(jìn)行比較的方法如下:判斷姿態(tài)信息中包含的方位角度信息、極化角度信息、俯仰角度信息、橫滾角度信息和數(shù)據(jù)采集卡采集轉(zhuǎn)化后的方位角度信息、極化角度信息、俯仰角度信息、橫滾角度信息是否一致，若一致時(shí)不進(jìn)行角度補(bǔ)償，若不一致時(shí)進(jìn)行角度補(bǔ)償，角度補(bǔ)償作為比較結(jié)果。
6.一種基于權(quán)利要求1所述的動(dòng)中通伺服系統(tǒng)的控制方法，其特征在于步驟如下: (1)方位角度編碼器、俯仰位置編碼器、橫滾位置編碼器、極化角度編碼器實(shí)時(shí)獲取方位旋轉(zhuǎn)、俯仰旋轉(zhuǎn)、橫滾旋轉(zhuǎn)和極化旋轉(zhuǎn)時(shí)的方位角度信息、俯仰位置信息、橫滾位置信息、極化角度信息； (2)數(shù)據(jù)采集卡從方位角度編碼器、俯仰位置編碼器、橫滾位置編碼器、極化角度編碼器采集方位角度信息、俯仰位置信息、橫滾位置信息、極化角度信息，并將上述信息發(fā)送至A⑶和捷聯(lián)慣組； (3)ACU實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)采集卡采集到的方位角度信息、俯仰位置信息、橫滾位置信息、極化角度信息，并將俯仰位置信息和橫滾位置信息轉(zhuǎn)換為俯仰角度信息和橫滾角度信息，然后將方位角度信息、俯仰角度信息、橫滾角度信息、極化角度信息用于進(jìn)行用戶監(jiān)控； (4)ACU通過數(shù)據(jù)交互讀取捷聯(lián)慣組發(fā)送的系統(tǒng)姿態(tài)信息用于對(duì)捷聯(lián)慣組的工作狀態(tài)進(jìn)行判斷，同時(shí)ACU向捷聯(lián)慣組發(fā)出控制指令，所述控制指令包括衛(wèi)星的名稱、經(jīng)度參數(shù)、極化方式、信標(biāo)頻率、對(duì)星時(shí)間、對(duì)星方式； (5)捷聯(lián)慣組實(shí)時(shí)測(cè)量姿態(tài)信息，并將測(cè)量得到的姿態(tài)信息進(jìn)行坐標(biāo)變換，同時(shí)實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)采集卡采集到的方位角度信息、俯仰位置信息、橫滾位置信息、極化角度信息，并將俯仰位置信息和橫滾位置信息轉(zhuǎn)換為俯仰角度信息和橫滾角度信息； (6)捷聯(lián)慣組將步驟(5)中得到的方位角度信息、俯仰角度信息、橫滾角度信息、極化角度信息，與步驟(5)中坐標(biāo)變換后的姿態(tài)信息進(jìn)行比較，判斷姿態(tài)信息中包含的方位角度信息、極化角度信息、俯仰角度信息、橫滾角度信息和數(shù)據(jù)采集卡采集轉(zhuǎn)化后的方位角度信息、極化角度信息、俯仰角度信息、橫滾角度信息是否一致，若一致時(shí)不進(jìn)行角度補(bǔ)償并進(jìn)入步驟(9)，若不一致時(shí)進(jìn)行角度補(bǔ)償； (7)捷聯(lián)慣組根據(jù)ACU發(fā)出的控制指令中的衛(wèi)星的名稱、經(jīng)度參數(shù)、極化方式、信標(biāo)頻率找尋需要對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星的位置，并按照ACU發(fā)出的對(duì)星方式在規(guī)定的對(duì)星時(shí)間內(nèi)將步驟(6)中角度補(bǔ)償?shù)谋容^結(jié)果轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)發(fā)送至六軸運(yùn)動(dòng)控制及驅(qū)動(dòng)模塊用于進(jìn)行對(duì)星； (8)六軸運(yùn)動(dòng)控制及驅(qū)動(dòng)模塊根據(jù)捷聯(lián)慣組發(fā)送的脈沖信號(hào)完成對(duì)星，對(duì)星的具體方式如下:六軸運(yùn)動(dòng)控制及驅(qū)動(dòng)模塊輸出六路控制和驅(qū)動(dòng)信號(hào)，第一路控制和驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出到第一直線電機(jī)，第一直線電機(jī)推動(dòng)方位渦輪蝸桿做方位旋轉(zhuǎn)進(jìn)而推動(dòng)伺服天線做方位旋轉(zhuǎn)；第二路和第三路控制和驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出到第一電動(dòng)推桿和第二電動(dòng)推桿，第一電動(dòng)推桿和第二電動(dòng)推桿推動(dòng)伺服天線按照一定角度做俯仰旋轉(zhuǎn)；第四路和第五路控制和驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出到第三電動(dòng)推桿和第四電動(dòng)推桿，第三電動(dòng)推桿和第四電動(dòng)推桿推動(dòng)伺服天線按照一定角度做橫滾旋轉(zhuǎn)；第六路控制和驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出到第二直線電機(jī)，第二直線電機(jī)推動(dòng)極化渦輪蝸桿按一定角度做極化旋轉(zhuǎn)；所述的方位旋轉(zhuǎn)、俯仰旋轉(zhuǎn)、橫滾旋轉(zhuǎn)和極化旋轉(zhuǎn)相互獨(dú)立，在空間形成4個(gè)自由度； (9)對(duì)星結(jié)束。
【文檔編號(hào)】G05B19/418GK104133432SQ201410228509
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年5月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月27日
【發(fā)明者】史軍良, 趙書倫, 門吉卓 申請(qǐng)人:北京航天控制儀器研究所