CN102854891B - 一种基于力矩电机直驱的稳定控制装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于力矩电机直驱的稳定控制装置及方法，其特征在于：包括力矩电机、云台外壳、旋转主支架，所述力矩电机的电机轴端部同轴固装一固定架，该固定架与同轴安装在电机轴上的旋转主支架连接，在旋转主支架与力矩电机之间的电机轴上同轴安装有云台外壳，该云台外壳与力矩电机连接，所述力矩电机安装一角度检测模块。本发明采用力矩电机直接驱动的传动装置，有效避免了传统传动方式中的设计、机械加工、人工装配、多级传动等因素造成的误差累计，通过采用内置角度检测模块的方式，从而构成的闭合控制系统及自适应实时控制方法，对云台进行误差修正及再平衡输入补偿，有效保证云台的控制精度及采集数据的准确性。
Description
技术领域
本发明属于视频监控领域，尤其涉及一种基于力矩电机直驱的稳定控制装置及方法。
背景技术
目前，随着视频监控领域客户需求的不断提升，例如森林防火、边海防、激光测距等，在前端执行任务的云台需具备高精度、稳定、快速响应等要求。
就传统的云台而言，通常使用电机来驱动云台的旋转动作，一般使用如同步带传动、链传动、蜗杆传动等传统传动方案进行减速设计，由于零件加工误差及人工装配误差等造成机器精度不能达到设计要求，尤其在大批量生产过程中问题更加明显。设计过程中采用传统方案带来的问题是不可避免的，比如蜗轮蜗杆配合是有侧隙的，而且侧隙是必要的，但会产生空回误差，从而影响传动精度。
另外，由于传统云台传动机构采用的是开环控制系统没有反馈环节，即控制装置与被控对象之间只有按顺序工作，没有反向联系的过程，系统的输出量不会对系统的控制作用发生影响，没有自动修正或补偿的能力，不能感应云台转动角度细微变化或者外界因素带来的干扰，从而影响云台的控制精度及数据采集的准确性。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种定位准确、具有修正补偿的基于力矩电机直驱的稳定控制装置及方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种基于力矩电机直驱的稳定控制装置，其特征在于：包括力矩电机、云台外壳、旋转主支架，所述力矩电机的电机轴端部同轴固装一固定架，该固定架与同轴安装在电机轴上的旋转主支架连接，在旋转主支架与力矩电机之间的电机轴上同轴安装有云台外壳，该云台外壳与力矩电机连接，所述力矩电机安装一角度检测模块。
而且，所述角度检测模块包括旋转变压器和陀螺仪，所述旋转变压器同轴安装在力矩电机端部延伸的电机轴上，所述陀螺仪安装在旋转变压器一侧的力矩电机端部，且与所述电机轴平行设置。
而且，所述电机轴外缘同轴转动套装一电机轴套，该电机轴套与电机轴之间同轴安装有调心轴承。
一种基于力矩电机直驱的稳定控制方法，其特征在于：步骤是：
步骤一，控制模块发出旋转指令；
步骤二，力矩电机接收到指令后带动旋转主支架转动，从而得到力矩电机实际的旋转角度信息；
步骤三，角度检测模块检测旋转主支架相对于电机轴的实际转动角度信息；
步骤四，比较力矩电机实际旋转角度信息与旋转主支架实际转动角度信息，如果差值为零，表明无误差，旋转主支架继续旋转；如果差值不为零，则将差值返回给控制模块进行角度矫正；
步骤五，循环操作步骤一至步骤四，直至差值为零。
本发明的优点和积极效果是：
1、本控制装置采用力矩电机直接驱动的方式，有效避免了传统传动方式中由于设计、机械加工、人工装配、多级传动等因素造成的误差累计，大大提高了云台的定位精度。
2、本发明通过采用内置角度检测模块的方式，从而构成闭合控制系统及自适应实时控制方法，对云台进行误差修正及再平衡输入补偿，有效保证云台的控制精度及采集数据的准确性。
附图说明
图1是本发明的结构剖视图；
图2是本发明电机组件的结构示意图；
图3是图1的A向视图；
图4是本发明的误差修正方法的工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种基于力矩电机直驱的稳定控制装置，如图1所示，包括力矩电机4、云台外壳6、旋转主支架7，该力矩电机的电机轴12端部同轴固装一固定架13，该固定架与同轴安装在电机轴上的旋转主支架连接，在旋转主支架与力矩电机之间的电机轴上同轴安装有云台外壳，该云台外壳与力矩电机连接，所述力矩电机安装一角度检测模块。
本实施例中，所述电机轴外缘同轴转动套装一电机轴套5，该电机轴套的一端与力矩电机连接，为了避免电机轴承受径向力及轴向力及调整电机轴套由于加工、装配过程中造成的误差使得与电机轴不同心的问题，在电机轴与电机轴套之间同轴间隔安装有两个调心轴承11。在电机轴套外缘上同轴套装一支撑筒9，该支撑筒的左端与云台外壳连接，该支撑筒的右端部和电机轴套的右端部通过一同轴安装的定位套10连接在一起，从而实现了将力矩电机固定在云台外壳上的目的。
在支撑筒的外缘上同轴转动套装有旋转主支架，为了保证旋转主支架与支撑筒之间的同轴度，在支撑筒的外缘上同轴套装一深沟轴承14，该深沟轴承外缘同轴安装一轴承套8，该轴承套与旋转主支架通过螺钉连接，该旋转主支架通过轴承套连接的固定架与电机轴端部连接，从而实现电机轴驱动旋转主支架旋转的目的。
为了保证云台的定位精度，安装有用于实现闭合控制系统及自适应实时控制方法的角度检测模块，该角度检测模块包括旋转变压器1和陀螺仪2，所述旋转变压器同轴安装在力矩电机端部延伸的电机轴上，所述陀螺仪通过陀螺仪支架3安装在旋转变压器一侧的力矩电机端部，且该陀螺仪的轴线与电机轴平行。
如图2所示，为了便于力矩电机的安装，安装时先将力矩电机、调心轴承、电机轴套、旋转变压器和陀螺仪组装成电机模块，然后再安装在云台上，这样极大的节省了装配时间。
一种基于力矩电机直驱的稳定控制方法，其创新点在于：步骤是：
步骤一，控制模块发出旋转指令；
步骤二，力矩电机接收到指令后带动旋转主支架转动，从而得到力矩电机实际的旋转角度信息；
步骤三，角度检测模块检测旋转主支架相对于电机轴的实际转动角度信息；
步骤四，比较力矩电机实际旋转角度信息与旋转主支架实际转动角度信息，如果差值为零，表明无误差，旋转主支架继续旋转；如果差值不为零，则将差值返回给控制模块进行角度矫正；
步骤五，循环操作步骤一至步骤四，直至差值为零。
本发明充分考虑到云台在前期开发阶段要进行多次针对力矩电机参数的调试，同时力矩电机在调试阶段需要多次“自学习”，即力矩电机需要空载，为此，本发明已很好地解决这一问题，只需将固定架拆卸即可实现电机轴空载运行的目的，无需将力矩电机单独拆卸，有效节省了测试时间。
Claims (2)
1.一种基于力矩电机直驱的稳定控制装置，其特征在于：包括力矩电机、云台外壳、旋转主支架，所述力矩电机的电机轴端部同轴固装一固定架，该固定架与同轴安装在电机轴上的旋转主支架连接，在旋转主支架与力矩电机之间的电机轴上同轴安装有云台外壳，该云台外壳与力矩电机连接，所述力矩电机安装一角度检测模块；
所述角度检测模块包括旋转变压器和陀螺仪，所述旋转变压器同轴安装在力矩电机端部延伸的电机轴上，所述陀螺仪安装在旋转变压器一侧的力矩电机端部，且与所述电机轴平行设置；
所述电机轴外缘同轴转动套装一电机轴套，该电机轴套与电机轴之间同轴安装有调心轴承。
2.一种基于力矩电机直驱的稳定控制方法，其特征在于：步骤是：
步骤一，控制模块发出旋转指令；
步骤二，力矩电机接收到指令后带动旋转主支架转动，从而得到力矩电机实际的旋转角度信息；
步骤三，角度检测模块检测旋转主支架相对于电机轴的实际转动角度信息；
步骤四，比较力矩电机实际旋转角度信息与旋转主支架实际转动角度信息，如果差值为零，表明无误差，旋转主支架继续旋转；如果差值不为零，则将差值返回给控制模块进行角度矫正；
步骤五，循环操作步骤一至步骤四，直至差值为零。
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