CN104635746B - 一种两轴四框架光电吊舱的伺服控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机载光电吊舱的伺服控制技术，具体涉及一种两轴四框架光电吊舱的平台稳定技术以及高精度光电跟踪控制技术。本发明首先设计了一种内外框架联动平台稳定控制技术使该吊舱具有很好的平台稳定性能，该平台稳定控制技术可保证内方位框架与内俯仰框架始终互相垂直，减小了吊舱框架的几何约束耦合，使光电吊舱在过顶时也具有很好的平台稳定性能；在此基础上，本发明又设计了一种内外框联动光电跟踪控制技术以提高光电跟踪精度，最终使该光电吊舱实现该吊舱的高精度与高稳定度的光电跟踪控制。本发明作为可以应用于两轴四框架光电吊舱的关键伺服控制技术，具有较好的应用前景，能产生较大经济效益和军事效益。
Description
技术领域
本发明属于机载光电吊舱的伺服控制技术，具体涉及一种两轴四框架光电吊舱的平台稳定技术以及高精度光电跟踪控制技术。
背景技术
高精度机载光电吊舱具有隔离载体运动、承载光电载荷的功能，其主要作用是，在载机机身振动以及外部风力干扰等状况下实现高精度高稳定光电跟踪控制。随着目标机动性能的增强与用户的功能要求的增加，机载光电吊舱需要具有更高的跟踪能力、更好的平台稳定能力以及更大的运动范围。
两轴四框架光电吊舱作为吊舱的一种结构形式可以使光电吊舱具有更大的跟踪范围，更好的平台稳定性能与跟踪精度。两轴四框架光电吊舱结构形式如图1，其由方位轴与俯仰轴两个轴系组成，方位轴包括内方位框架与外方位框架，俯仰轴包括内俯仰框架与外俯仰框架。与两轴两框架光电吊舱相比，两轴四框架吊舱的外框架可部分隔离外部风力干扰的影响，且通过设计合适的两轴四框架光电吊舱伺服控制技术使内方位框架与内俯仰框架始终互相垂直,从而对干扰运动起到更佳的隔离作用，可减小吊舱框架的几何约束耦合，使内框架处于更良好的稳定环境，易于提高系统的平台稳定精度，保证视轴的空间稳定。
为了实现两轴四框架光电吊舱的高精度稳定跟踪控制必须保证两轴四框架吊舱的内方位框架与内俯仰框架始终互相垂直，两轴四框架光电吊舱的伺服控制技术需要解决吊舱内外框架联动的问题，因而其控制技术远较两轴两框架光电吊舱复杂。因此，亟需针对两轴四框架光电吊舱设计一套内外框联动平台稳定控制技术，在此基础上进一步设计一种内外框联动高精度高稳定度的光电跟踪控制技术，以满足两轴四框架光电吊舱的平台稳定控制与高精度光电跟踪控制等性能方面的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种满足两轴四框架光电吊舱控制需要的先进伺服控制技术，使光电吊舱在载机机身振动以及外部风力干扰等状况下实现高精度高稳定光电跟踪控制。
本发明首先设计了一种内外框架联动平台稳定控制技术使该吊舱具有很好的平台稳定性能，该平台稳定控制技术可保证内方位框架与内俯仰框架始终互相垂直，减小了吊舱框架的几何约束耦合，使光电吊舱在过顶时也具有很好的平台稳定性能；在此基础上，本发明又设计了一种内外框联动光电跟踪控制技术以提高光电跟踪精度，最终使该光电吊舱实现该吊舱的高精度与高稳定度的光电跟踪控制。
为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是：
一种两轴四框架机载光电吊舱的伺服控制方法，光电吊舱由方位轴与俯仰轴两个轴系组成，方位轴包括内方位框架与外方位框架，俯仰轴包括内俯仰框架与外俯仰框架；该光电吊舱在载机机身振动以及外部风力干扰状况下通过下述方法实现高精度高稳定光电跟踪控制：
（1）内框架执行所设计的内框架位置环跟踪控制算法获得内框架速度环控制量，将速度环控制量代入陀螺速度环稳定回路获得相应的DA口电压控制量，通过驱动器将DA口电压控制量功率放大后驱动内框架电机带动内框架作出跟踪控制运动；具体包括以下步骤：
（1.1）获取脱靶量数据，进行脱靶量数据处理，并计算分段PID控制量；
（1.1.1）获取脱靶量数据，进行脱靶量数据处理；
通过DSP处理器的通讯接口单元每20ms读取一次内方位的脱靶数据Δθ_nfw，当前1ms内方位目标给定位置Posr_nfw如下式所示：Posr_nfw＝Pos_nfw+Δθ_nfw/20；其中，Posr_nfw为每1ms当前内方位目标给定位置，Pos_nfw为当前1ms内方位码盘当前测量的值；
通过DSP处理器的通讯接口单元每20ms读取一次内俯仰的脱靶数据Δθ_nfy，当前1ms内俯仰目标给定位置Posr_nfy如下式所示：
Posr_nfy=Pos_nfy+△θ_nfy/20；其中，Posr_nfy为每1ms当前内俯仰目标给定位置，Pos_nfy为当前俯仰码盘当前测量的值；
（1.1.2）将经过上一步骤处理后的脱靶量代入到分段PID控制计算得到分段PID控制量；
根据上一步骤中获得的当前1ms方位目标位置值Posr_nfw与当前1ms内方位码盘当前测量的值Pos_ní，计算当前1ms的内方位等效目标偏差值Err_nfw=Posr_nfw-Pos_nfw，内方位误差的积分ErrI_nfw=ΣErr_nfw，内方位误差的微分ErrD_nfw=（当前1ms的Err_nfw-上1ms的Err_nfw）×1000，将上述参数代入分段PID控制中获得内方位分段变参数PID控制量PIDspeedOut_nfw；内方位分段变参数PID控制量PIDspeedOut_nfw的公式如下式所示：
PIDspeedOut_nfw=nfwKp×Err_nfw+nfwKi×ErrI_nfw+nfwKd×ErrD_nfw，其中：nfwKp为内方位比例系数，nfwKi为内方位积分系数，nfwKd为内方位微分系数；
根据上一步骤中获得的当前1ms俯仰目标位置值Posr_nfy与当前1ms内俯仰码盘当前测量的值Pos_n，计算当前1ms的内俯仰等效目标偏差值Err_nfy=Posr_nfy-Pos_nfy，内俯仰误差的积分ErrI_nfy=ΣErr_nfy，内俯仰误差的微分ErrD_nfy=（当前1ms的Err_nfy-上1ms的Err_nfy）×1000，将上述参数代入分段PID控制中获得内俯仰分段变参数PID控制量PIDspeedOut_nfy；内俯仰分段变参数PID控制量PIDspeedOut_nfy的公式如下式所示：
PIDspeedOut_nfw=nfyKp×Err_nfy+nfyKi×ErrI_nfy+nfyKd×ErrD_nfy，其中：nfyKp为内俯仰比例系数，nfyKi为内俯仰积分系数，nfyKd为内俯仰微分系数；
（1.2）获得加速度滞后补偿控制量，并与上述步骤(1.1)中分段PID控制量控制量相加获得位置环总控制量；
（1.2.1）获取陀螺速度滞后补偿控制量
通过DSP伺服控制器的陀螺读数单元获得经过滤波处理过的光电载荷相对内方位轴的惯性空间速度gyrospeed_nfw，与内方位滞后补偿系数nfwK1相乘得内方位跟踪速度滞后补偿控制量gyrospeedOut_nfw=gyrospeed_nfw×nfwK1；
通过DSP伺服控制器的陀螺读数单元获得经过滤波处理过的光电载荷相对内俯仰轴的惯性空间速度gyrospeed_nfy，与内俯仰滞后补偿系数nfyK1相乘得内俯仰跟踪速度滞后补偿控制量gyrospeedOut_nfy=gyrospeed_nfy×nfyK1；
（1.2.2）获取陀螺加速度滞后补偿控制量
将步骤（1.2.1）中测量的内方位惯性空间速度值gyrospeed_nfw微分后获得内方位惯性空间加速度值gyroAccspeed_nfw，与内方位滞后补偿系数nfwK2相乘得内方位速度滞后补偿控制量gyroAccSpeedOut_nfw=gyroAccSpeed_nfw×nfwK2；
将步骤（1.2.1）中测量的内俯仰惯性空间速度值gyrospeed_nfy微分后获得内俯仰惯性空间加速度值gyroAccspeed_nfy，与内俯仰滞后补偿系数nfyK2相乘得内俯仰速度滞后补偿控制量gyroAccSpeedOut_nfy=gyroAccSpeed_nfy×nfyK2；
（1.2.3）获取总的速度给定控制量；
将步骤（1.1.2）中内方位分段PID控制量PIDspeedOut_nfw、步骤（1.2.1）中内方位陀螺速度滞后补偿控制量gyrospeedOut_nfw、步骤（1.2.2）中内方位陀螺加速度滞后补偿控制量gyroAccSpeedOut_nfw相加作为内方位速度给定控制量SpeedOut_nfw=PIDspeedOut_nfw+gyrospeedOut_nfw+gyroAccSpeedOut_nfw；
将步骤（1.1.2）中内俯仰分段PID控制量PIDspeedOut_nfy、步骤（1.2.1）中内俯仰陀螺速度滞后补偿控制量gyrospeedOut_nfy、步骤（1.2.2）中内俯仰陀螺加速度滞后补偿控制量gyroAccSpeedOut_nfy相加作为内俯仰速度给定控制量SpeedOut_nfy=PIDspeedOut_nfy+gyrospeedOut_nfy+gyroAccSpeedOut_nfy；
（1.3）将步骤(1.2)中位置环总控制量代入陀螺速度环稳定回路获得相应的DA口电压控制量；
（1.3.1）获取陀螺速度偏差值
DSP控制器每1ms将读取的内方位速度给定控制量speedOut_nfw，减去光电载荷相对内方位轴的惯性空间速度gyrospeed_nfw，获得内方位陀螺速度偏差值SpeedErr_nfw=SpeedOut_nfw-gyrospeed_nfw；
DSP控制器每1ms将读取的内俯仰速度给定控制量speedOut_nfy，减去光电载荷相对内俯仰轴的惯性空间速度gyrospeed_nfy获得内俯仰陀螺速度偏差值SpeedErr_nfy=SpeedOut_nfy-gyrospeed_nfy；
（1.3.2）获取控制电机运动所需要的DA口电压控制量；
根据步骤（1.3.1）中得到的内方位陀螺速度偏差值SpeedErr_nfw计算DA口内方位电压控制量Ut_nfw=SpeedErr_nfw×nfwspeedKp+speedErrI_nfw×nfwspeedKi，其中：内方位陀螺速度偏差值的积分speedErrI_nfw=ΣspeedErr_nfw，nfwspeedKi为内方位速度比例系数，nfwspeedKi为内方位速度积分系数；
根据步骤（1.3.1）中得到的内俯仰陀螺速度偏差值SpeedErr_nfy计算DA口内俯仰电压控制量，Ut_nfy=SpeedErr_nfy×nfyspeedKp+speedErrI_nfy×nfyspeedKi，其中：内俯仰陀螺速度偏差值的积分speedErrI_nfy=ΣspeedErr_nfy，nfyspeedKi为内俯仰速度比例系数，nfyspeedKi为内俯仰速度积分系数；
（1.4）内框架驱动器将步骤(1.3)中的DA口电压控制量功率放大后驱动内框架电机带动内框架作出相应的平台稳定与跟踪控制运动；
内方位驱动器将DA口电压控制量Ut_nfw进行功率放大后，驱动内方位力矩电机带动光电吊舱内方位框架运动；
内俯仰驱动器将DA口电压控制量Ut_nfy进行功率放大后，驱动内俯仰力矩电机带动光电吊舱内俯仰框架运动；
（2）外框架以内框架码盘值作为控制指令，执行外框架位置环控制算法获得速度环控制量，将速度环控制量代入外框架速度环；
（2.1）将步骤(1.1)中读取的内框架码盘数据代入到分段滑模控制中获得外框架位置环控制量；
取外方位框架的数学模型为得到本吊舱外方位滑模控制的位置环控制量输出函数如下：
其中，外方位框架目标值r＝内方位码盘值Pos_nfw+外方位码盘值Pos_wfw，滑模控制切换函数取s1＝0.3×Pos_nfw+(当前1ms的Pos_nfw-上1ms的Pos_nfw)×1000，滑模控制趋近律取k1为比例系数，ε1为速度系数；
外俯仰框架的数学模型为得到本吊舱外俯仰滑模控制的位置环控制量输出函数如下：
其中，外俯仰目标值r＝内俯仰码盘值Pos_nfy+外俯仰码盘值Pos_wfy，滑模控制切换函数取s2＝0.3×Pos_nfy+(当前1ms的Pos_nfy-上1ms的Pos_nfy)×1000，滑模控制趋近律取k2为比例系数，ε2为速度系数；
（2.2）将上述步骤(2.1)获得的外框架位置环控制量代入到外框架码盘速度环回路获得相应的DA口电压控制量；
（2.2.1）获得外框架码盘速度值
将外方位码盘值微分后获得外方位码盘速度Speed_wfw，公式如下：
Speed_wfw=(当前1ms外方位码盘值Pos_wfw-上1ms外方位码盘值Err_nfw)×1000；
将外俯仰位置值微分后获得外俯仰码盘速度Speed_wfw，公式如下：
Speed_wfw=(当前1ms外俯仰码盘值Pos_wfw-上1ms外俯仰码盘值Err_nfw)×1000；
（2.2.2）获取码盘速度偏差值
DSP控制器每1ms将读取的外方位速度给定控制量speedOut_wfw减去外方位码盘速度Speed_wfw，得到外方位码盘速度偏差值：
SpeedErr_wfw=SpeedOut_wfw-speed_wfw；
DSP控制器1每1ms将读取的外俯仰速度给定控制量speedOut_wfw减去外俯仰码盘速度Speed_wfw，得到外俯仰码盘速度偏差值SpeedErr_nfw：
SpeedErr_wfy=SpeedOut_wfy-speed_wfy；
（2.2.3）获取控制电机运动所需要的DA口电压控制量；
根据步骤（2.2.2）中得到的外方位码盘速度偏差值SpeedErr_nfw计算出DA口外方位电压控制量Ut_wfw，公式如下所示：
Ut_wfw=SpeedErr_wfw×wfwspeedKp+speedErrI_wfw×wfwspeedKi，其中：外方位码盘速度偏差值的积分speedErrI_wfw=ΣspeedErr_wfw，wfwspeedKi为外方位速度比例系数，wfwspeedKi为外方位速度积分系数；
根据步骤（2.2.2）中得到的外俯仰码盘速度偏差值SpeedErr_nfw计算出DA口外俯仰电压控制量Ut_wfw，公式如下所示：
Ut_wfy=SpeedErr_wfy×wfyspeedKp+speedErrI_wfy×wfyspeedKi，其中：外俯仰码盘速度偏差值的积分speedErrI_wfy=ΣspeedErr_wfy，wfyspeedKi为外俯仰速度比例系数，wfyspeedKi为外俯仰速度积分系数；
（2.3）外框架驱动器将步骤(2.2)中DA口电压控制量功率放大驱动外框架电机带动外框架跟随内框架作出相应的运动；
外方位驱动器将DA口电压控制量Ut_wfw进行功率放大后，驱动外方位力矩电机带动光电吊舱外方位框架运动；外俯仰驱动器将DA口电压控制量Ut_wfy进行功率放大后，驱动外俯仰力矩电机带动光电吊舱外俯仰框架11运动。
进一步的，如上所述的一种两轴四框架机载光电吊舱的伺服控制方法：步骤（1.1.2）中，将内方位等效目标偏差值大小分为三个区：I）快速区，II)减速区，III)精密控制区，并根据该误差大小的变化来调整各个区的内方位比例系数nfwKp、内方位积分系数nfwKi、内方位微分系数nfwKd，保证内方位快速到达指定位置而又无超调，具体做法如下：
（1）将误差绝对值在25°以上设置为快速控制区，增大比例系数nfwKp，设置其它参数为零，使输出的控制变量增大，从而提高系统的快速性，同时避免积分饱和现象；
（2）当误差绝对值在4°到0.4°为减速控制区，减小比例系数nfwKp，以减小系统超调；增加微分系数nfwKd，从而缩短调节时间，使系统平缓过度；
（3）当误差绝对值0.4°以下为精密控制区，增大比例nfwKp和积分系数nfwKi，从而减小系统静差，降低微分作用，保证系统快速响应性能和稳态精度，提高稳定性，使系统快速向消除误差的方向运动。
进一步的，如上所述的一种两轴四框架机载光电吊舱的伺服控制方法：步骤（1.1.2）中，将内俯仰等效目标偏差值大小分为三个区：I）快速区，II)减速区，III)精密控制区，并根据该误差大小的变化来调整各个区的内俯仰比例系数nfyKp、内俯仰积分系数nfyKi、内俯仰微分系数nfyKd，以保证内俯仰快速到达指定位置而又无超调，具体做法如下：
（1）将误差绝对值在25°以上设置为快速控制区，增大比例系数nfyKp，设置其它参数为零，使输出的控制变量增大，从而提高系统的快速性，同时避免积分饱和现象；
（2）当误差绝对值在4°到0.4°为减速控制区，减小比例系数nfyKp，以减小系统超调；增加微分系数nfyKd，从而缩短调节时间，使系统平缓过度；
（3）当误差绝对值0.4°以下为精密控制区，增大比例nfyKp和积分系数nfyKi，从而减小系统静差，降低微分作用，提高稳定性，保证系统快速响应性能和稳态精度，使系统尽快向消除误差的方向运动。
进一步的，如上所述的一种两轴四框架机载光电吊舱的伺服控制方法：步骤（2.1）中，将外方位切换函数s1值大小分为两个区：I）快速区，II)消振区，并根据该误差大小的变化来调整各个区比例系数k1与速度系数ε1，保证外方位框架能够快速滑模面实现滑模控制而无抖振现象到达指定位置而又无超调；具体做法如下：
（1）将外方位切换函数s1的绝对值在0.1°以上设置为快速控制区，增大速度系数ε1，减小比例系数k1，使输出的控制变量较大，提高系统的快速性；
（2）将外方位切换函数s1的绝对值在0.1°以下设置为消振区，速度系数ε1设置为0，增大比例系数k1以消除滑模控制的抖振。
进一步的，如上所述的一种两轴四框架机载光电吊舱的伺服控制方法：步骤（2.1）中，将外俯仰切换函数s2值大小分为两个区：I）快速区，II)消振区，并根据该误差大小的变化来调整各个区比例系数k2与速度系数ε2，保证外俯仰框架能够快速滑模面实现滑模控制而无抖振现象到达指定位置而又无超调；具体做法如下：
（1）将外俯仰切换函数s2的绝对值在0.1°以上设置为快速控制区，增大速度系数ε2，减小比例系数k2，使输出的控制变量较大，从而提高系统的快速性；
（2）将外俯仰切换函数s2的绝对值在0.1°以下设置为消振区，速度系数ε2设置为0，增大比例系数k2以消除滑模控制的抖振。
如上所述的一种两轴四框架机载光电吊舱的伺服控制方法所使用的伺服控制系统，其中：伺服控制系统由DSP伺服控制器、外方位驱动器、外方位电机、外方位框架、外方位码盘、外俯仰驱动器、外俯仰电机、外俯仰框架、外俯仰码盘、内方位驱动器、内方位电机、内方位框架、内方位码盘、内俯仰驱动器、内俯仰电机、内俯仰框架、内俯仰码盘与双轴陀螺组成；该控制系统以DSP伺服控制器为控制核心控制内框架系统与外框架系统，控制系统配套软件是CCS2000，控制程序的采样与执行周期为1ms；
（1）在内框架控制系统中，DSP控制器通过通讯接口单元接收外部控制指令，通过DSP伺服控制器的陀螺读数单元读取安装在内俯仰框架上的双轴陀螺测得光电载荷相对内方位轴的惯性空间速度gyrospeed_nfw以及相对于内俯仰轴的惯性空间速度gyrospeed_nfy，通过码盘读数单元读取安装在内方位框架上的内方位码盘测量的内方位角度值Pos_nfw以及安装在内俯仰框架上的内俯仰码盘测量的内俯仰角度值Pos_nfy；
在DSP伺服控制器内执行设定的控制算法后获得内方位驱动器的控制值Ut_nfw，并通过DA接口单元将该控制值Ut_nfw转变为电压模拟量输给内方位驱动器，内方位驱动器将该电压控制信号进行功率放大后驱动方位电机转动，从而带动方位框架运动；
在DSP伺服控制器内执行设定的控制算法后获得内俯仰驱动器的控制值Ut_nfy，并通过DA接口单元将该控制值Ut_nfw转变为电压模拟量输送给内俯仰驱动器，内俯仰驱动器将该电压控制信号进行功率放大后驱动内俯仰电机转动，从而带动内俯仰框架运动；
（2）在外框架控制系统中，通过码盘读数单元读取安装在外方位框架上的外方位码盘测量的外方位角度值Pos_wfw以及安装在外俯仰框架上的外俯仰码盘测量的外俯仰角度值Pos_wfy；
将外方位角度值Pos_wfw作为外方位框架的控制指令值代入设定的控制算法中，并在DSP伺服控制器内执行该控制算法后获得外方位驱动器的控制值Ut_wfw,并通过DA接口单元将该控制值Ut_nfw转变为电压模拟量输给外方位驱动器，外方位驱动器将该电压控制信号进行功率放大后驱动方位电机转动，从而带动外方位框架运动；
将外俯仰角度值Pos_wfy作为外俯仰框架的控制指令值代入设定的控制算法中，并在DSP伺服控制器内执行该控制算法后获得外俯仰驱动器的控制值Ut_wfy,并通过DA接口单元将该控制值Ut_wfy转变为电压模拟量输给外俯仰驱动器，外俯仰驱动器将该电压控制信号进行功率放大后驱动外俯仰电机转动，从而带动外俯仰框架运动。
采用了本发明技术方案的双轴四框架光电吊舱，经过试验验证，其稳定精度≤0.1mrad（1σ）；载机摆动0.5Hz，幅度3°情况下不大于1%（去耦系数-30db）；动态跟踪精度≤0.2mrad（1σ），对应目标角加速度不大于1°/s2，跟踪器输出角偏差延迟不大于20ms，分辨率不低于0.05mrad的情况下≤0.2mrad（1σ）。可知本发明作为可以应用于两轴四框架光电吊舱的关键伺服控制技术，具有较好的应用前景，能产生较大经济效益和军事效益。
附图说明
图1是双轴四框架光电吊舱结构简图；
图2是内外框架联动平台稳定控制回路原理框图；
图3是内外框架联动光电跟踪控制回路原理框图；
图4是转台伺服系统总体结构图。
图中：1-载机，2-隔振系统，3-吊舱基座，4-外方位框架，5-内方位框架，6-俯仰轴，7-外俯仰框架，8-内俯仰框架，9-方位轴，10-光电载荷，11-DSP伺服控制器，12-通信接口单位，13-码盘读书单元，14-DA接口单元，15-陀螺读数单元，16-外方位驱动器，17-外俯仰驱动器，18-内方位驱动器，19-内俯仰驱动器，20-外方位电机，21-外方位框架，22-码盘，23-外俯仰电机，24-外俯仰框架，25-内方位电机，26-内方位框架，27-内俯仰电机，28-内俯仰框架，29-双轴陀螺。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明技术方案进行进一步详细说明。
一种两轴四框架机载光电吊舱的伺服控制方法，光电吊舱由方位轴与俯仰轴两个轴系组成，方位轴包括内方位框架与外方位框架，俯仰轴包括内俯仰框架与外俯仰框架；该光电吊舱在载机机身振动以及外部风力干扰状况下通过如图2、3所示的下述方法实现高精度高稳定光电跟踪控制：
（1）内框架执行所设计的内框架位置环跟踪控制算法获得内框架速度环控制量，将速度环控制量代入陀螺速度环稳定回路获得相应的DA口电压控制量，通过驱动器将DA口电压控制量功率放大后驱动内框架电机带动内框架作出跟踪控制运动；具体包括以下步骤：
（1.1）获取脱靶量数据，进行脱靶量数据处理，并计算分段PID控制量；
（1.1.1）获取脱靶量数据，进行脱靶量数据处理；
通过DSP处理器的通讯接口单元每20ms读取一次内方位的脱靶数据Δθ_nfw，当前1ms内方位目标给定位置Posr_nfw如下式所示：Posr_nfw＝Pos_nfw+Δθ_nfw/20；其中，Posr_nfw为每1ms当前内方位目标给定位置，Pos_nfw为当前1ms内方位码盘当前测量的值；
通过DSP处理器的通讯接口单元每20ms读取一次内俯仰的脱靶数据Δθ_nfy，当前1ms内俯仰目标给定位置Posr_nfy如下式所示：
Posr_nfy=Pos_nfy+△θ_nfy/20；其中，Posr_nfy为每1ms当前内俯仰目标给定位置，Pos_nfy为当前俯仰码盘当前测量的值；
（1.1.2）将经过上一步骤处理后的脱靶量代入到分段PID控制计算得到分段PID控制量；
根据上一步骤中获得的当前1ms方位目标位置值Posr_nfw与当前1ms内方位码盘当前测量的值Pos_ní，计算当前1ms的内方位等效目标偏差值Err_nfw=Posr_nfw-Pos_nfw，内方位误差的积分ErrI_nfw=ΣErr_nfw，内方位误差的微分ErrD_nfw=（当前1ms的Err_nfw-上1ms的Err_nfw）×1000，将上述参数代入分段PID控制中获得内方位分段变参数PID控制量PIDspeedOut_nfw；内方位分段变参数PID控制量PIDspeedOut_nfw的公式如下式所示：
PIDspeedOut_nfw=nfwKp×Err_nfw+nfwKi×ErrI_nfw+nfwKd×ErrD_nfw，其中：nfwKp为内方位比例系数，nfwKi为内方位积分系数，nfwKd为内方位微分系数；
根据上一步骤中获得的当前1ms俯仰目标位置值Posr_nfy与当前1ms内俯仰码盘当前测量的值Pos_n，计算当前1ms的内俯仰等效目标偏差值Err_nfy=Posr_nfy-Pos_nfy，内俯仰误差的积分ErrI_nfy=ΣErr_nfy，内俯仰误差的微分ErrD_nfy=（当前1ms的Err_nfy-上1ms的Err_nfy）×1000，将上述参数代入分段PID控制中获得内俯仰分段变参数PID控制量PIDspeedOut_nfy；内俯仰分段变参数PID控制量PIDspeedOut_nfy的公式如下式所示：
PIDspeedOut_nfw=nfyKp×Err_nfy+nfyKi×ErrI_nfy+nfyKd×ErrD_nfy，其中：nfyKp为内俯仰比例系数，nfyKi为内俯仰积分系数，nfyKd为内俯仰微分系数；
（1.2）获得加速度滞后补偿控制量，并与上述步骤(1.1)中分段PID控制量控制量相加获得位置环总控制量；
（1.2.1）获取陀螺速度滞后补偿控制量
通过DSP伺服控制器的陀螺读数单元获得经过滤波处理过的光电载荷相对内方位轴的惯性空间速度gyrospeed_nfw，与内方位滞后补偿系数nfwK1相乘得内方位跟踪速度滞后补偿控制量gyrospeedOut_nfw=gyrospeed_nfw×nfwK1；
通过DSP伺服控制器的陀螺读数单元获得经过滤波处理过的光电载荷相对内俯仰轴的惯性空间速度gyrospeed_nfy，与内俯仰滞后补偿系数nfyK1相乘得内俯仰跟踪速度滞后补偿控制量gyrospeedOut_nfy=gyrospeed_nfy×nfyK1；
（1.2.2）获取陀螺加速度滞后补偿控制量
将步骤（1.2.1）中测量的内方位惯性空间速度值gyrospeed_nfw微分后获得内方位惯性空间加速度值gyroAccspeed_nfw，与内方位滞后补偿系数nfwK2相乘得内方位速度滞后补偿控制量gyroAccSpeedOut_nfw=gyroAccSpeed_nfw×nfwK2；
将步骤（1.2.1）中测量的内俯仰惯性空间速度值gyrospeed_nfy微分后获得内俯仰惯性空间加速度值gyroAccspeed_nfy，与内俯仰滞后补偿系数nfyK2相乘得内俯仰速度滞后补偿控制量gyroAccSpeedOut_nfy=gyroAccSpeed_nfy×nfyK2；
（1.2.3）获取总的速度给定控制量；
将步骤（1.1.2）中内方位分段PID控制量PIDspeedOut_nfw、步骤（1.2.1）中内方位陀螺速度滞后补偿控制量gyrospeedOut_nfw、步骤（1.2.2）中内方位陀螺加速度滞后补偿控制量gyroAccSpeedOut_nfw相加作为内方位速度给定控制量SpeedOut_nfw=PIDspeedOut_nfw+gyrospeedOut_nfw+gyroAccSpeedOut_nfw；
将步骤（1.1.2）中内俯仰分段PID控制量PIDspeedOut_nfy、步骤（1.2.1）中内俯仰陀螺速度滞后补偿控制量gyrospeedOut_nfy、步骤（1.2.2）中内俯仰陀螺加速度滞后补偿控制量gyroAccSpeedOut_nfy相加作为内俯仰速度给定控制量SpeedOut_nfy=PIDspeedOut_nfy+gyrospeedOut_nfy+gyroAccSpeedOut_nfy；
（1.3）将步骤(1.2)中位置环总控制量代入陀螺速度环稳定回路获得相应的DA口电压控制量；
（1.3.1）获取陀螺速度偏差值
DSP控制器每1ms将读取的内方位速度给定控制量speedOut_nfw，减去光电载荷相对内方位轴的惯性空间速度gyrospeed_nfw，获得内方位陀螺速度偏差值SpeedErr_nfw=SpeedOut_nfw-gyrospeed_nfw；
DSP控制器每1ms将读取的内俯仰速度给定控制量speedOut_nfy，减去光电载荷相对内俯仰轴的惯性空间速度gyrospeed_nfy获得内俯仰陀螺速度偏差值SpeedErr_nfy=SpeedOut_nfy-gyrospeed_nfy；
（1.3.2）获取控制电机运动所需要的DA口电压控制量；
根据步骤（1.3.1）中得到的内方位陀螺速度偏差值SpeedErr_nfw计算DA口内方位电压控制量Ut_nfw=SpeedErr_nfw×nfwspeedKp+speedErrI_nfw×nfwspeedKi，其中：内方位陀螺速度偏差值的积分speedErrI_nfw=ΣspeedErr_nfw，nfwspeedKi为内方位速度比例系数，nfwspeedKi为内方位速度积分系数；
根据步骤（1.3.1）中得到的内俯仰陀螺速度偏差值SpeedErr_nfy计算DA口内俯仰电压控制量，Ut_nfy=SpeedErr_nfy×nfyspeedKp+speedErrI_nfy×nfyspeedKi，其中：内俯仰陀螺速度偏差值的积分speedErrI_nfy=ΣspeedErr_nfy，nfyspeedKi为内俯仰速度比例系数，nfyspeedKi为内俯仰速度积分系数；
（1.4）内框架驱动器将步骤(1.3)中的DA口电压控制量功率放大后驱动内框架电机带动内框架作出相应的平台稳定与跟踪控制运动；
内方位驱动器将DA口电压控制量Ut_nfw进行功率放大后，驱动内方位力矩电机带动光电吊舱内方位框架运动；
内俯仰驱动器将DA口电压控制量Ut_nfy进行功率放大后，驱动内俯仰力矩电机带动光电吊舱内俯仰框架运动；
（2）外框架以内框架码盘值作为控制指令，执行外框架位置环控制算法获得速度环控制量，将速度环控制量代入外框架速度环；
（2.1）将步骤(1.1)中读取的内框架码盘数据代入到分段滑模控制中获得外框架位置环控制量；
取外方位框架的数学模型为得到本吊舱外方位滑模控制的位置环控制量输出函数如下：
其中，外方位框架目标值r＝内方位码盘值Pos_nfw+外方位码盘值Pos_wfw，滑模控制切换函数取s1＝0.3×Pos_nfw+(当前1ms的Pos_nfw-上1ms的Pos_nfw)×1000，滑模控制趋近律取k1为比例系数，ε1为速度系数；
外俯仰框架的数学模型为得到本吊舱外俯仰滑模控制的位置环控制量输出函数如下：
其中，外俯仰目标值r＝内俯仰码盘值Pos_nfy+外俯仰码盘值Pos_wfy，滑模控制切换函数取s2＝0.3×Pos_nfy+(当前1ms的Pos_nfy-上1ms的Pos_nfy)×1000，滑模控制趋近律取k2为比例系数，ε2为速度系数；
（2.2）将上述步骤(2.1)获得的外框架位置环控制量代入到外框架码盘速度环回路获得相应的DA口电压控制量；
（2.2.1）获得外框架码盘速度值
将外方位码盘值微分后获得外方位码盘速度Speed_wfw，公式如下：
Speed_wfw=(当前1ms外方位码盘值Pos_wfw-上1ms外方位码盘值Err_nfw)×1000；
将外俯仰位置值微分后获得外俯仰码盘速度Speed_wfw，公式如下：
Speed_wfw=(当前1ms外俯仰码盘值Pos_wfw-上1ms外俯仰码盘值Err_nfw)×1000；
（2.2.2）获取码盘速度偏差值
DSP控制器每1ms将读取的外方位速度给定控制量speedOut_wfw减去外方位码盘速度Speed_wfw，得到外方位码盘速度偏差值：
SpeedErr_wfw=SpeedOut_wfw-speed_wfw；
DSP控制器1每1ms将读取的外俯仰速度给定控制量speedOut_wfw减去外俯仰码盘速度Speed_wfw，得到外俯仰码盘速度偏差值SpeedErr_nfw：
SpeedErr_wfy=SpeedOut_wfy-speed_wfy；
（2.2.3）获取控制电机运动所需要的DA口电压控制量；
根据步骤（2.2.2）中得到的外方位码盘速度偏差值SpeedErr_nfw计算出DA口外方位电压控制量Ut_wfw，公式如下所示：
Ut_wfw=SpeedErr_wfw×wfwspeedKp+speedErrI_wfw×wfwspeedKi，其中：外方位码盘速度偏差值的积分speedErrI_wfw=ΣspeedErr_wfw，wfwspeedKi为外方位速度比例系数，wfwspeedKi为外方位速度积分系数；
根据步骤（2.2.2）中得到的外俯仰码盘速度偏差值SpeedErr_nfw计算出DA口外俯仰电压控制量Ut_wfw，公式如下所示：
Ut_wfy=SpeedErr_wfy×wfyspeedKp+speedErrI_wfy×wfyspeedKi，其中：外俯仰码盘速度偏差值的积分speedErrI_wfy=ΣspeedErr_wfy，wfyspeedKi为外俯仰速度比例系数，wfyspeedKi为外俯仰速度积分系数；
（2.3）外框架驱动器将步骤(2.2)中DA口电压控制量功率放大驱动外框架电机带动外框架跟随内框架作出相应的运动；
外方位驱动器将DA口电压控制量Ut_wfw进行功率放大后，驱动外方位力矩电机带动光电吊舱外方位框架运动；外俯仰驱动器将DA口电压控制量Ut_wfy进行功率放大后，驱动外俯仰力矩电机带动光电吊舱外俯仰框架11运动。
进一步的，如上所述的一种两轴四框架机载光电吊舱的伺服控制方法：步骤（1.1.2）中，将内方位等效目标偏差值大小分为三个区：I）快速区，II)减速区，III)精密控制区，并根据该误差大小的变化来调整各个区的内方位比例系数nfwKp、内方位积分系数nfwKi、内方位微分系数nfwKd，保证内方位快速到达指定位置而又无超调，具体做法如下：
（1）将误差绝对值在25°以上设置为快速控制区，增大比例系数nfwKp，设置其它参数为零，使输出的控制变量增大，从而提高系统的快速性，同时避免积分饱和现象；
（2）当误差绝对值在4°到0.4°为减速控制区，减小比例系数nfwKp，以减小系统超调；增加微分系数nfwKd，从而缩短调节时间，使系统平缓过度；
（3）当误差绝对值0.4°以下为精密控制区，增大比例nfwKp和积分系数nfwKi，从而减小系统静差，降低微分作用，保证系统快速响应性能和稳态精度，提高稳定性，使系统快速向消除误差的方向运动。
进一步的，如上所述的一种两轴四框架机载光电吊舱的伺服控制方法：步骤（1.1.2）中，将内俯仰等效目标偏差值大小分为三个区：I）快速区，II)减速区，III)精密控制区，并根据该误差大小的变化来调整各个区的内俯仰比例系数nfyKp、内俯仰积分系数nfyKi、内俯仰微分系数nfyKd，以保证内俯仰快速到达指定位置而又无超调，具体做法如下：
（1）将误差绝对值在25°以上设置为快速控制区，增大比例系数nfyKp，设置其它参数为零，使输出的控制变量增大，从而提高系统的快速性，同时避免积分饱和现象；
（2）当误差绝对值在4°到0.4°为减速控制区，减小比例系数nfyKp，以减小系统超调；增加微分系数nfyKd，从而缩短调节时间，使系统平缓过度；
（3）当误差绝对值0.4°以下为精密控制区，增大比例nfyKp和积分系数nfyKi，从而减小系统静差，降低微分作用，提高稳定性，保证系统快速响应性能和稳态精度，使系统尽快向消除误差的方向运动。
进一步的，如上所述的一种两轴四框架机载光电吊舱的伺服控制方法：步骤（2.1）中，将外方位切换函数s1值大小分为两个区：I）快速区，II)消振区，并根据该误差大小的变化来调整各个区比例系数k1与速度系数ε1，保证外方位框架能够快速滑模面实现滑模控制而无抖振现象到达指定位置而又无超调；具体做法如下：
（1）将外方位切换函数s1的绝对值在0.1°以上设置为快速控制区，增大速度系数ε1，减小比例系数k1，使输出的控制变量较大，提高系统的快速性；
（2）将外方位切换函数s1的绝对值在0.1°以下设置为消振区，速度系数ε1设置为0，增大比例系数k1以消除滑模控制的抖振。
进一步的，如上所述的一种两轴四框架机载光电吊舱的伺服控制方法：步骤（2.1）中，将外俯仰切换函数s2值大小分为两个区：I）快速区，II)消振区，并根据该误差大小的变化来调整各个区比例系数k2与速度系数ε2，保证外俯仰框架能够快速滑模面实现滑模控制而无抖振现象到达指定位置而又无超调；具体做法如下：
（1）将外俯仰切换函数s2的绝对值在0.1°以上设置为快速控制区，增大速度系数ε2，减小比例系数k2，使输出的控制变量较大，从而提高系统的快速性；
（2）将外俯仰切换函数s2的绝对值在0.1°以下设置为消振区，速度系数ε2设置为0，增大比例系数k2以消除滑模控制的抖振。
如上所述的一种两轴四框架机载光电吊舱的伺服控制方法所使用的伺服控制系统，其结构如图4所示，其中：伺服控制系统由DSP伺服控制器、外方位驱动器、外方位电机、外方位框架、外方位码盘、外俯仰驱动器、外俯仰电机、外俯仰框架、外俯仰码盘、内方位驱动器、内方位电机、内方位框架、内方位码盘、内俯仰驱动器、内俯仰电机、内俯仰框架、内俯仰码盘与双轴陀螺组成；该控制系统以DSP伺服控制器为控制核心控制内框架系统与外框架系统，控制系统配套软件是CCS2000，控制程序的采样与执行周期为1ms；
（1）在内框架控制系统中，DSP控制器通过通讯接口单元接收外部控制指令，通过DSP伺服控制器的陀螺读数单元读取安装在内俯仰框架上的双轴陀螺测得光电载荷相对内方位轴的惯性空间速度gyrospeed_nfw以及相对于内俯仰轴的惯性空间速度gyrospeed_nfy，通过码盘读数单元读取安装在内方位框架上的内方位码盘测量的内方位角度值Pos_nfw以及安装在内俯仰框架上的内俯仰码盘测量的内俯仰角度值Pos_nfy；
在DSP伺服控制器内执行设定的控制算法后获得内方位驱动器的控制值Ut_nfw，并通过DA接口单元将该控制值Ut_nfw转变为电压模拟量输给内方位驱动器，内方位驱动器将该电压控制信号进行功率放大后驱动方位电机转动，从而带动方位框架运动；
在DSP伺服控制器内执行设定的控制算法后获得内俯仰驱动器的控制值Ut_nfy，并通过DA接口单元将该控制值Ut_nfw转变为电压模拟量输送给内俯仰驱动器，内俯仰驱动器将该电压控制信号进行功率放大后驱动内俯仰电机转动，从而带动内俯仰框架运动；
（2）在外框架控制系统中，通过码盘读数单元读取安装在外方位框架上的外方位码盘测量的外方位角度值Pos_wfw以及安装在外俯仰框架上的外俯仰码盘测量的外俯仰角度值Pos_wfy；
将外方位角度值Pos_wfw作为外方位框架的控制指令值代入设定的控制算法中，并在DSP伺服控制器内执行该控制算法后获得外方位驱动器的控制值Ut_wfw,并通过DA接口单元将该控制值Ut_nfw转变为电压模拟量输给外方位驱动器，外方位驱动器将该电压控制信号进行功率放大后驱动方位电机转动，从而带动外方位框架运动；
将外俯仰角度值Pos_wfy作为外俯仰框架的控制指令值代入设定的控制算法中，并在DSP伺服控制器内执行该控制算法后获得外俯仰驱动器的控制值Ut_wfy,并通过DA接口单元将该控制值Ut_wfy转变为电压模拟量输给外俯仰驱动器，外俯仰驱动器将该电压控制信号进行功率放大后驱动外俯仰电机转动，从而带动外俯仰框架运动。
Claims (6)
1.一种两轴四框架机载光电吊舱的伺服控制方法，光电吊舱由方位轴与俯仰轴两个轴系组成，方位轴包括内方位框架与外方位框架，俯仰轴包括内俯仰框架与外俯仰框架；其特征在于，该光电吊舱在载机机身振动以及外部风力干扰状况下通过下述方法实现高精度高稳定光电跟踪控制，具体包括以下步骤：
(1)内框架执行所设计的内框架位置环跟踪控制算法获得内框架速度环控制量，将速度环控制量代入陀螺速度环稳定回路获得相应的DA口电压控制量，通过驱动器将DA口电压控制量功率放大后驱动内框架电机带动内框架作出跟踪控制运动；具体包括以下步骤：
(1.1)获取脱靶量数据，进行脱靶量数据处理，并计算分段PID控制量；
(1.1.1)获取脱靶量数据，进行脱靶量数据处理；
通过DSP伺服控制器的通讯接口单元每20ms读取一次内方位的脱靶数据Δθ_nfw，当前1ms内方位目标给定位置Posr_nfw如下式所示：Posr_nfw＝Pos_nfw+Δθ_nfw/20；其中，Posr_nfw为当前1ms内方位目标给定位置，Pos_nfw为当前1ms内方位码盘当前测量的值；
通过DSP伺服控制器的通讯接口单元每20ms读取一次内俯仰的脱靶数据Δθ_nfy，当前1ms内俯仰目标给定位置Posr_nfy如下式所示：Posr_nfy＝Pos_nfy+Δθ_nfy/20；其中，Posr_nfy为当前1ms内俯仰目标给定位置，Pos_nfy为当前1ms内俯仰码盘当前测量的值；
(1.1.2)将经过上一步骤处理后的脱靶量代入到分段PID控制计算得到分段PID控制量；
根据上一步骤中获得的当前1ms内方位目标位置值Posr_nfw与当前1ms内方位码盘当前测量的值Pos_nfw，计算当前1ms的内方位等效目标偏差值Err_nfw＝Posr_nfw-Pos_nfw，内方位误差的积分ErrI_nfw＝∑Err_nfw，内方位误差的微分ErrD_nfw＝(当前1ms的Err_nfw-上1ms的Err_nfw)×1000，将上述参数代入分段PID控制中获得内方位分段变参数PID控制量PIDspeedOut_nfw；内方位分段变参数PID控制量PIDspeedOut_nfw的公式如下式所示：
PIDspeedOut_nfw＝nfwKp×Err_nfw+nfwKi×ErrI_nfw+nfwKd×ErrD_nfw，其中：nfwKp为内方位比例系数，nfwKi为内方位积分系数，nfwKd为内方位微分系数；
根据上一步骤中获得的当前1ms内俯仰目标位置值Posr_nfy与当前1ms内俯仰码盘当前测量的值Pos_nfy，计算当前1ms的内俯仰等效目标偏差值Err_nfy＝Posr_nfy-Pos_nfy，内俯仰误差的积分ErrI_nfy＝∑Err_nfy，内俯仰误差的微分ErrD_nfy＝(当前1ms的Err_nfy-上1ms的Err_nfy)×1000，将上述参数代入分段PID控制中获得内俯仰分段变参数PID控制量PIDspeedOut_nfy；内俯仰分段变参数PID控制量PIDspeedOut_nfy的公式如下式所示：
PIDspeedOut_nfw＝nfyKp×Err_nfy+nfyKi×ErrI_nfy+nfyKd×ErrD_nfy，其中：nfyKp为内俯仰比例系数，nfyKi为内俯仰积分系数，nfyKd为内俯仰微分系数；
(1.2)获得加速度滞后补偿控制量，并与上述步骤(1.1)中分段PID控制量控制量相加获得位置环总控制量；
(1.2.1)获取陀螺速度滞后补偿控制量
通过DSP伺服控制器的陀螺读数单元获得经过滤波处理过的光电载荷相对内方位轴的惯性空间速度gyrospeed_nfw，与内方位滞后补偿系数nfwK1相乘得内方位跟踪速度滞后补偿控制量gyrospeedOut_nfw＝gyrospeed_nfw×nfwK1；
通过DSP伺服控制器的陀螺读数单元获得经过滤波处理过的光电载荷相对内俯仰轴的惯性空间速度gyrospeed_nfy，与内俯仰滞后补偿系数nfyK1相乘得内俯仰跟踪速度滞后补偿控制量gyrospeedOut_nfy＝gyrospeed_nfy×nfyK1；
(1.2.2)获取陀螺加速度滞后补偿控制量
将步骤(1.2.1)中测量的光电载荷相对内方位轴的惯性空间速度gyrospeed_nfw微分后获得内方位惯性空间加速度值gyroAccspeed_nfw，与内方位滞后补偿系数nfwK2相乘得内方位陀螺加速度滞后补偿控制量gyroAccSpeedOut_nfw＝gyroAccSpeed_nfw×nfwK2；
将步骤(1.2.1)中测量的光电载荷相对内俯仰轴的惯性空间速度 gyrospeed_nfy微分后获得内俯仰惯性空间加速度值gyroAccspeed_nfy，与内俯仰滞后补偿系数nfyK2相乘得内俯仰陀螺加速度滞后补偿控制量gyroAccSpeedOut_nfy＝gyroAccSpeed_nfy×nfyK2；
(1.2.3)获取总的速度给定控制量；
将步骤(1.1.2)中内方位分段变参数PID控制量PIDspeedOut_nfw、步骤(1.2.1)中内方位陀螺速度滞后补偿控制量gyrospeedOut_nfw、步骤(1.2.2)中内方位陀螺加速度滞后补偿控制量gyroAccSpeedOut_nfw相加作为内方位速度给定控制量SpeedOut_nfw＝PIDspeedOut_nfw+gyrospeedOut_nfw+gyroAccSpeedOut_nfw；
将步骤(1.1.2)中内俯仰分段变参数PID控制量PIDspeedOut_nfy、步骤(1.2.1)中内俯仰陀螺速度滞后补偿控制量gyrospeedOut_nfy、步骤(1.2.2)中内俯仰陀螺加速度滞后补偿控制量gyroAccSpeedOut_nfy相加作为内俯仰速度给定控制量SpeedOut_nfy＝PIDspeedOut_nfy+gyrospeedOut_nfy+gyroAccSpeedOut_nfy；
(1.3)将步骤(1.2)中位置环总控制量代入陀螺速度环稳定回路获得相应的DA口电压控制量；
(1.3.1)获取陀螺速度偏差值
DSP伺服控制器每1ms将读取的内方位速度给定控制量speedOut_nfw，减去光电载荷相对内方位轴的惯性空间速度gyrospeed_nfw，获得内方位陀螺速度偏差值SpeedErr_nfw＝SpeedOut_nfw-gyrospeed_nfw；
DSP伺服控制器每1ms将读取的内俯仰速度给定控制量speedOut_nfy，减去光电载荷相对内俯仰轴的惯性空间速度gyrospeed_nfy获得内俯仰陀螺速度偏差值SpeedErr_nfy＝SpeedOut_nfy-gyrospeed_nfy；
(1.3.2)获取控制电机运动所需要的DA口电压控制量；
根据步骤(1.3.1)中得到的内方位陀螺速度偏差值SpeedErr_nfw计算DA口内方位电压控制量Ut_nfw＝SpeedErr_nfw×nfwspeedKp+speedErrI_nfw×nfwspeedKi，其中：内方位陀螺速度偏差值的积分speedErrI_nfw＝∑speedErr_nfw，nfwspeedKi为内方位速度积分系数；
根据步骤(1.3.1)中得到的内俯仰陀螺速度偏差值SpeedErr_nfy计算DA口内俯仰电压控制量，Ut_nfy＝SpeedErr_nfy×nfyspeedKp+speedErrI_nfy×nfyspeedKi，其中：内俯仰陀螺速度偏差值的积分speedErrI_nfy＝ΣspeedErr_nfy，nfyspeedKi为内俯仰速度积分系数；
(1.4)内框架驱动器将步骤(1.3)中的DA口电压控制量功率放大后驱动内框架电机带动内框架作出相应的平台稳定与跟踪控制运动；
内方位驱动器将DA口内方位电压控制量Ut_nfw进行功率放大后，驱动内方位力矩电机带动光电吊舱内方位框架运动；
内俯仰驱动器将DA口内俯仰电压控制量Ut_nfy进行功率放大后，驱动内俯仰力矩电机带动光电吊舱内俯仰框架运动；
(2)外框架以内框架码盘值作为控制指令，执行外框架位置环控制算法获得速度环控制量，将速度环控制量代入外框架速度环；
(2.1)将步骤(1.1)中读取的内框架码盘数据代入到分段滑模控制中获得外框架位置环控制量；
取外方位框架的数学模型为得到本吊舱外方位滑模控制的位置环控制量输出函数如下：
其中，滑模控制切换函数取s1＝0.3×Pos_nfw+(当前1ms的Pos_nfw-上1ms的Pos_nfw)×1000，滑模控制趋近律取 k1为比例系数，ε1为速度系数；
外俯仰框架的数学模型为得到本吊舱外俯仰滑模控制的位置环控制量输出函数如下：
其中，滑模控制切换函数取 s2＝0.3×Pos_nfy+(当前1ms的Pos_nfy-上1ms的Pos_nfy)×1000，滑模控制趋近律取 k2为比例系数，ε2为速度系数；
(2.2)将上述步骤(2.1)获得的外框架位置环控制量代入到外框架码盘速度环回路获得相应的DA口电压控制量；
(2.2.1)获得外框架码盘速度值
将外方位码盘值微分后获得外方位码盘速度Speed_wfw，公式如下：
Speed_wfw＝(当前1ms外方位码盘值Pos_wfw-上1ms的外方位码盘值Err_wfw)×1000；
将外俯仰位置值微分后获得外俯仰码盘速度Speed_wfy，公式如下：
Speed_wfy＝(当前1ms外俯仰码盘值Pos_wfy-上1ms的外俯仰码盘值Err_wfy)×1000；
(2.2.2)获取码盘速度偏差值
DSP伺服控制器每1ms将读取的外方位速度给定控制量speedOut_wfw减去外方位码盘速度Speed_wfw，得到外方位码盘速度偏差值SpeedErr_wfw：
SpeedErr_wfw＝SpeedOut_wfw-speed_wfw；
DSP伺服控制器每1ms将读取的外俯仰速度给定控制量speedOut_wfy减去外俯仰码盘速度Speed_wfy，得到外俯仰码盘速度偏差值SpeedErr_wfy：
SpeedErr_wfy＝SpeedOut_wfy-speed_wfy；
(2.2.3)获取控制电机运动所需要的DA口电压控制量；
根据步骤(2.2.2)中得到的外方位码盘速度偏差值SpeedErr_wfw计算出DA口外方位电压控制量Ut_wfw，公式如下所示：
Ut_wfw＝SpeedErr_wfw×wfwspeedKp+speedErrI_wfw×wfwspeedKi，其中：外方位码盘速度偏差值的积分speedErrI_wfw＝∑speedErr_wfw，wfwspeedKi为外方位速度积分系数；
根据步骤(2.2.2)中得到的外俯仰码盘速度偏差值SpeedErr_wfy计算出DA口外俯仰电压控制量Ut_wfy，公式如下所示：
Ut_wfy＝SpeedErr_wfy×wfyspeedKp+speedErrI_wfy×wfyspeedKi，其中：外俯仰码盘速度偏差值的积分speedErrI_wfy＝∑speedErr_wfy，wfyspeedKi为外俯仰速度积分系数；
(2.3)外框架驱动器将步骤(2.2)中DA口电压控制量功率放大驱动外框架电机带动外框架跟随内框架作出相应的运动；
外方位驱动器将DA口外方位电压控制量Ut_wfw进行功率放大后，驱动外方位力矩电机带动光电吊舱外方位框架运动；外俯仰驱动器将DA口外俯仰电压控制量Ut_wfy进行功率放大后，驱动外俯仰力矩电机带动光电吊舱外俯仰框架运动。
2.如权利要求1所述的一种两轴四框架机载光电吊舱的伺服控制方法，其特征在于：步骤(1.1.2)中，将内方位等效目标偏差值大小分为三个区：I)快速区，II)减速区，III)精密控制区，并根据该误差大小的变化来调整各个区的内方位比例系数nfwKp、内方位积分系数nfwKi、内方位微分系数nfwKd，保证内方位快速到达指定位置而又无超调，具体做法如下：
(1)将误差绝对值在25°以上设置为快速控制区，增大比例系数nfwKp，设置其它参数为零，使输出的控制变量增大，从而提高系统的快速性，同时避免积分饱和现象；
(2)当误差绝对值在4°到0.4°为减速控制区，减小比例系数nfwKp，以减小系统超调；增加微分系数nfwKd，从而缩短调节时间，使系统平缓过度；
(3)当误差绝对值0.4°以下为精密控制区，增大比例系数nfwKp和积分系数nfwKi，从而减小系统静差，降低微分作用，保证系统快速响应性能和稳态精度，提高稳定性，使系统快速向消除误差的方向运动。
3.如权利要求1所述的一种两轴四框架机载光电吊舱的伺服控制方法，其特征在于：步骤(1.1.2)中，将内俯仰等效目标偏差值大小分为三个区：I)快速区，II)减速区，III)精密控制区，并根据该误差大小的变化来调整各个区的内俯仰比例系数nfyKp、内俯仰积分系数nfyKi、内俯仰微分系数nfyKd，以保证内 俯仰快速到达指定位置而又无超调，具体做法如下：
(1)将误差绝对值在25°以上设置为快速控制区，增大比例系数nfyKp，设置其它参数为零，使输出的控制变量增大，从而提高系统的快速性，同时避免积分饱和现象；
(2)当误差绝对值在4°到0.4°为减速控制区，减小比例系数nfyKp，以减小系统超调；增加微分系数nfyKd，从而缩短调节时间，使系统平缓过度；
(3)当误差绝对值0.4°以下为精密控制区，当增大比例系数nfyKp和积分系数nfyKi，从而减小系统静差，降低微分作用，提高稳定性，保证系统快速响应性能和稳态精度，使系统快速向消除误差的方向运动。
4.如权利要求1所述的一种两轴四框架机载光电吊舱的伺服控制方法，其特征在于：步骤(2.1)中，将外方位切换函数s1值大小分为两个区：I)快速区，II)消振区，并根据该误差大小的变化来调整各个区比例系数k1与速度系数ε1，保证外方位框架能够快速滑模面实现滑模控制而无抖振现象到达指定位置而又无超调；具体做法如下：
(1)将外方位切换函数s1的绝对值在0.1°以上设置为快速控制区，增大速度系数ε1，减小比例系数k1，使输出的控制变量较大，提高系统的快速性；
(2)将外方位切换函数s1的绝对值在0.1°以下设置为消振区，速度系数ε1设置为0，增大比例系数k1以消除滑模控制的抖振。
5.如权利要求1所述的一种两轴四框架机载光电吊舱的伺服控制方法，其特征在于：步骤(2.1)中，将外俯仰切换函数s2值大小分为两个区：I)快速区，II)消振区，并根据该误差大小的变化来调整各个区比例系数k2与速度系数ε2，保证外俯仰框架能够快速滑模面实现滑模控制而无抖振现象到达指定位置而又无超调；具体做法如下：
(1)将外俯仰切换函数s2的绝对值在0.1°以上设置为快速控制区，增大速度系数ε2，减小比例系数k2，使输出的控制变量较大，从而提高系统的快速 性；
(2)将外俯仰切换函数s2的绝对值在0.1°以下设置为消振区，速度系数ε2设置为0，增大比例系数k2以消除滑模控制的抖振。
6.如权利要求1所述的一种两轴四框架机载光电吊舱的伺服控制方法所使用的伺服控制系统，其特征在于：伺服控制系统由DSP伺服控制器、外方位驱动器、外方位电机、外方位框架、外方位码盘、外俯仰驱动器、外俯仰电机、外俯仰框架、外俯仰码盘、内方位驱动器、内方位电机、内方位框架、内方位码盘、内俯仰驱动器、内俯仰电机、内俯仰框架、内俯仰码盘与双轴陀螺组成；该控制系统以DSP伺服控制器为控制核心控制内框架系统与外框架系统，控制系统配套软件是CCS2000，控制程序的采样与执行周期为1ms；
(1)在内框架控制系统中，DSP伺服控制器通过通讯接口单元接收外部控制指令，通过DSP伺服控制器的陀螺读数单元读取安装在内俯仰框架上的双轴陀螺测得光电载荷相对内方位轴的惯性空间速度gyrospeed_nfw以及相对于内俯仰轴的惯性空间速度gyrospeed_nfy，通过码盘读数单元读取安装在内方位框架上的内方位码盘测量的内方位码盘值Pos_nfw以及安装在内俯仰框架上的内俯仰码盘测量的内俯仰码盘值Pos_nfy；
在DSP伺服控制器内执行设定的控制算法后获得DA口内方位电压控制量Ut_nfw，并通过DA接口单元将该控制值Ut_nfw转变为电压模拟量输给内方位驱动器，内方位驱动器将该电压控制信号进行功率放大后驱动方位电机转动，从而带动方位框架运动；
在DSP伺服控制器内执行设定的控制算法后获得DA口内俯仰电压控制量Ut_nfy，并通过DA接口单元将该控制值Ut_nfy转变为电压模拟量输送给内俯仰驱动器，内俯仰驱动器将该电压控制信号进行功率放大后驱动内俯仰电机转动，从而带动内俯仰框架运动；
(2)在外框架控制系统中，通过码盘读数单元读取安装在外方位框架上的外方位码盘测量的外方位码盘值Pos_wfw以及安装在外俯仰框架上的外俯仰 码盘测量的外俯仰码盘值Pos_wfy；
将外方位码盘值Pos_wfw作为外方位框架的控制指令值代入设定的控制算法中，并在DSP伺服控制器内执行该控制算法后获得DA口外方位电压控制量Ut_wfw,并通过DA接口单元将该控制值Ut_wfw转变为电压模拟量输给外方位驱动器，外方位驱动器将该电压控制信号进行功率放大后驱动方位电机转动，从而带动外方位框架运动；
将外俯仰码盘值Pos_wfy作为外俯仰框架的控制指令值代入设定的控制算法中，并在DSP伺服控制器内执行该控制算法后获得DA口外俯仰电压控制量Ut_wfy,并通过DA接口单元将该控制值Ut_wfy转变为电压模拟量输给外俯仰驱动器，外俯仰驱动器将该电压控制信号进行功率放大后驱动外俯仰电机转动，从而带动外俯仰框架运动。
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