CN110209186A - 带漂移补偿的陀螺稳定控制系统 - Google Patents
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Abstract
带漂移补偿的陀螺稳定控制系统，其包括机械模块、姿态信息采集模块、驱动模块、姿态信息检测模块、信号处理模块和补偿模块，其特征在于，所述机械模块为四轴稳定跟踪平台，通过姿态信息采集模块采集上的GPS船舶姿态测量系统在测量船舶的航向和姿态的同时，也可以进行测速和定位它能够及时、准确为信息处理系统采集到的船舶各个时刻的高精度的姿态信息，而电子水平仪可以测量到船舶的甲板面与水平面的初始偏差角，并将采集的信号传递给信号处理模块，通过信号处理模块对采集的姿态信息及姿态反馈回路各种信息进行相应算法处理，并送出控制量给驱动模块，并把信号输送给信号处理模块与其内的补偿值进行比对，达到补偿值时，停止调节。
Description
技术领域
本发明涉及控制系统，具体为带漂移补偿的陀螺稳定控制系统。
背景技术
陀螺稳定控制技术主要是利用了陀螺的相对于惯性窄问运动的敏感特性，测量陀螺敏感轴相对于惯性空间的转动角速度，通过自动控制系统驱动主体向相反的方向做等量的转动，从而使主体的视轴在惯性空间内保持指向性的稳定。
现有的陀螺稳定控制技术没有很好的补偿技术，容易使得运动平台在使用时，无法对漂移进行补偿，无法保证运动平台使用的稳定性。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供带漂移补偿的陀螺稳定控制系统，有效的解决了现有的陀螺稳定控制技术没有很好的补偿技术，容易使得运动平台在使用时，无法对漂移进行补偿，无法保证运动平台使用的稳定性的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：本发明包括机械模块、姿态信息采集模块、驱动模块、姿态信息检测模块、信号处理模块和补偿模块，其特征在于，所述机械模块为四轴稳定跟踪平台；
所述信号处理模块主要由DPS和PMAC组成，是整个伺服控制系统的核心，其能够完成对采集的姿态信息及姿态反馈回路各种信息进行相应算法处理，并送出控制量，通过执行电机精确控制平台的转动，保证运动控制系统在任意角度的定位和连续跟踪的精度，还可与上位计算机交换数据；接受计算机的控制指令，返回稳定跟踪平台的控制信息；
所述姿态信息采集模块主要由GPS姿态测量系统和电子水平仪组成，GPS船舶姿态测量系统在测量船舶的航向和姿态的同时，也可以进行测速和定位它能够及时、准确为信息处理系统采集到的船舶各个时刻的高精度的姿态信息，而电子水平仪可以测量到船舶的甲板面与水平面的初始偏差角；
所述驱动模块主要由执行电机和驱动器组成，其构成速度环，可以保证电机的转速的平稳和快速的响应，信息处理系统将采集到的数据进行算法处理，以脉冲的形式控制驱动系统，使电机实现相应的运动；
所述补偿模块是利用陀螺测速信号直接构成速度闭环，同时利用光电测角码盘实时测量运动平台的轴角位置，并与运动平台轴角初始位置相比较，用比较的结果作为依据，测算出一组非线性的修正因子，对陀螺测速信号的积分值即位置反馈量进行修正后，再构成位置闭环，从而进行漂移补偿；
所述姿态信息检测模块包括位置传感器，完成对姿态信息的检测，反馈运动平台的运动是否按控制量转动到相应的位置。
根据上述技术方案：所述控制元器件包括GPS姿态测量系统、DSP数字控制器、PMAC、光电编码器、测速机、电子水平仪、驱动电机及驱动器、陀螺测速仪和光电测角码盘等。
根据上述技术方案：所述DSP数字控制器采用32位的DSP芯片TMS320F2812作为稳定跟踪平台的数字控制器，负责采集和计算输出控制量的任务。
根据上述技术方案：所述TMS320F2812芯片具有以下特点：
(1)、采用高性能的静态技术，系统运行功耗低，Flash编程电压3.3V；
(2)、主频达到150MHZ，时钟周期为6.67ns；
(3)、Flash编程电压为3.3V，内核供电1.8V：
(4)、支持JTAG边界扫描接口；
(5)、高性能的32位CPU以及哈佛总线结构，具有高速数据处理和快速中断响应能力；
(6)、片上具有128K×16位的存储器，128K×16位的ROM；
(7)、外部存储器扩展接口最多达1MB的寻址空间；
(8)、支持动态改变锁相环的倍频系数；
(9)、128位保护密码，防止系统固件被盗取；
(10)、支持串行外设接口SPI；
(11)、高达56个可配置通用目的I/O引脚；
(12)、先进的仿真调试功能；
(13)、看门狗定时模块；
(14)、-40″C～+85″C或-40℃～+125″C1作温度。
根据上述技术方案：所述补偿模块的计算方法为：设θi为运动平台当前的位置，θ0为运动平台的初始位置，Δθ为当前位置与初始位置的差；T为修正门限；μ为陀螺测速信号的积分值即陀螺测得的位置反馈量：Δμ为修正因子，有以下关系：Δθ＝设θi-θ0，当abs(Δθ)≤T时，不用修正即μ不变；当Δ0≤-T时，位置量应加正修正因子即μ＝μ+Δμ；当Δ0＞T时，位置量应加负修正因子即μ＝μ-Δu，修正效果取决于修正门限和修正因子的选取合适与否，以稳定控制精度作为修正门限的选取依据，以本地区地速的最大值为修正因子的选取依据。
本发明使用时，通过姿态信息采集模块采集上的GPS船舶姿态测量系统在测量船舶的航向和姿态的同时，也可以进行测速和定位它能够及时、准确为信息处理系统采集到的船舶各个时刻的高精度的姿态信息，而电子水平仪可以测量到船舶的甲板面与水平面的初始偏差角，并将采集的信号传递给信号处理模块，通过信号处理模块对采集的姿态信息及姿态反馈回路各种信息进行相应算法处理，通过其中的补偿模块计算出漂移补偿值，并送出控制量给驱动模块，驱动模块使电机实现相应的运动，通过姿态信息检测模块上的位置传感器，完成对姿态信息的检测，反馈运动平台的运动是否按控制量转动到相应的位置，并把信号输送给信号处理模块与其内的补偿值进行比对，达到补偿值时，停止调节。
本发明结构新颖，构思巧妙，使用方便，可以对运动平台漂移时进行补偿，防止运动平台使用时的晃动，稳定性更高。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明系统框图；
具体实施方式
下面结合附图1对本发明的具体实施方式做进一步详细说明。
实施例一，由图1给出，本发明提供带漂移补偿的陀螺稳定控制系统，包括机械模块、姿态信息采集模块、驱动模块、姿态信息检测模块、信号处理模块和补偿模块，其特征在于，所述机械模块为四轴稳定跟踪平台；
所述信号处理模块主要由DPS和PMAC组成，是整个伺服控制系统的核心，其能够完成对采集的姿态信息及姿态反馈回路各种信息进行相应算法处理，并送出控制量，通过执行电机精确控制平台的转动，保证运动控制系统在任意角度的定位和连续跟踪的精度，还可与上位计算机交换数据；接受计算机的控制指令，返回稳定跟踪平台的控制信息；
所述姿态信息采集模块主要由GPS姿态测量系统和电子水平仪组成，GPS船舶姿态测量系统在测量船舶的航向和姿态的同时，也可以进行测速和定位它能够及时、准确为信息处理系统采集到的船舶各个时刻的高精度的姿态信息，而电子水平仪可以测量到船舶的甲板面与水平面的初始偏差角；
所述驱动模块主要由执行电机和驱动器组成，其构成速度环，可以保证电机的转速的平稳和快速的响应，信息处理系统将采集到的数据进行算法处理，以脉冲的形式控制驱动系统，使电机实现相应的运动；
所述补偿模块是利用陀螺测速信号直接构成速度闭环，同时利用光电测角码盘实时测量运动平台的轴角位置，并与运动平台轴角初始位置相比较，用比较的结果作为依据，测算出一组非线性的修正因子，对陀螺测速信号的积分值即位置反馈量进行修正后，再构成位置闭环，从而进行漂移补偿；
所述姿态信息检测模块包括位置传感器，完成对姿态信息的检测，反馈运动平台的运动是否按控制量转动到相应的位置。
根据上述技术方案：所述控制元器件包括GPS姿态测量系统、DSP数字控制器、PMAC、光电编码器、测速机、电子水平仪、驱动电机及驱动器、陀螺测速仪和光电测角码盘等。
根据上述技术方案：所述DSP数字控制器采用32位的DSP芯片TMS320F2812作为稳定跟踪平台的数字控制器，负责采集和计算输出控制量的任务。
根据上述技术方案：所述TMS320F2812芯片具有以下特点：
(1)、采用高性能的静态技术，系统运行功耗低，Flash编程电压3.3V；
(2)、主频达到150MHZ，时钟周期为6.67ns；
(3)、Flash编程电压为3.3V，内核供电1.8V：
(4)、支持JTAG边界扫描接口；
(5)、高性能的32位CPU以及哈佛总线结构，具有高速数据处理和快速中断响应能力；
(6)、片上具有128K×16位的存储器，128K×16位的ROM；
(7)、外部存储器扩展接口最多达1MB的寻址空间；
(8)、支持动态改变锁相环的倍频系数；
(9)、128位保护密码，防止系统固件被盗取；
(10)、支持串行外设接口SPI；
(11)、高达56个可配置通用目的I/O引脚；
(12)、先进的仿真调试功能；
(13)、看门狗定时模块；
(14)、-40″C～+85″C或-40℃～+125″C1作温度。
根据上述技术方案：所述补偿模块的计算方法为：设θi为运动平台当前的位置，θ0为运动平台的初始位置，Δθ为当前位置与初始位置的差；T为修正门限；μ为陀螺测速信号的积分值即陀螺测得的位置反馈量：Δμ为修正因子，有以下关系：Δ6＝设θi-θ0，当abs(Δθ)≤T时，不用修正即μ不变；当Δ0≤-T时，位置量应加正修正因子即μ＝μ+Δμ；当Δ0＞T时，位置量应加负修正因子即μ＝μ-Δu，修正效果取决于修正门限和修正因子的选取合适与否，以稳定控制精度作为修正门限的选取依据，以本地区地速的最大值为修正因子的选取依据。
本发明使用时，通过姿态信息采集模块采集上的GPS船舶姿态测量系统在测量船舶的航向和姿态的同时，也可以进行测速和定位它能够及时、准确为信息处理系统采集到的船舶各个时刻的高精度的姿态信息，而电子水平仪可以测量到船舶的甲板面与水平面的初始偏差角，并将采集的信号传递给信号处理模块，通过信号处理模块对采集的姿态信息及姿态反馈回路各种信息进行相应算法处理，通过其中的补偿模块计算出漂移补偿值，并送出控制量给驱动模块，驱动模块使电机实现相应的运动，通过姿态信息检测模块上的位置传感器，完成对姿态信息的检测，反馈运动平台的运动是否按控制量转动到相应的位置，并把信号输送给信号处理模块与其内的补偿值进行比对，达到补偿值时，停止调节。
本发明结构新颖，构思巧妙，使用方便，可以对运动平台漂移时进行补偿，防止运动平台使用时的晃动，稳定性更高。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.带漂移补偿的陀螺稳定控制系统，包括机械模块、姿态信息采集模块、驱动模块、姿态信息检测模块、信号处理模块和补偿模块，其特征在于，所述机械模块为四轴稳定跟踪平台；
所述信号处理模块主要由DPS和PMAC组成，是整个伺服控制系统的核心，其能够完成对采集的姿态信息及姿态反馈回路各种信息进行相应算法处理，并送出控制量，通过执行电机精确控制平台的转动，保证运动控制系统在任意角度的定位和连续跟踪的精度，还可与上位计算机交换数据；接受计算机的控制指令，返回稳定跟踪平台的控制信息；
所述姿态信息采集模块主要由GPS姿态测量系统和电子水平仪组成，GPS船舶姿态测量系统在测量船舶的航向和姿态的同时，也可以进行测速和定位它能够及时、准确为信息处理系统采集到的船舶各个时刻的高精度的姿态信息，而电子水平仪可以测量到船舶的甲板面与水平面的初始偏差角；
所述驱动模块主要由执行电机和驱动器组成，其构成速度环，可以保证电机的转速的平稳和快速的响应，信息处理系统将采集到的数据进行算法处理，以脉冲的形式控制驱动系统，使电机实现相应的运动；
所述补偿模块是利用陀螺测速信号直接构成速度闭环，同时利用光电测角码盘实时测量运动平台的轴角位置，并与运动平台轴角初始位置相比较，用比较的结果作为依据，测算出一组非线性的修正因子，对陀螺测速信号的积分值即位置反馈量进行修正后，再构成位置闭环，从而进行漂移补偿；
所述姿态信息检测模块包括位置传感器，完成对姿态信息的检测，反馈运动平台的运动是否按控制量转动到相应的位置。
2.根据权利要求1所述的带漂移补偿的陀螺稳定控制系统，其特征在于，所述控制元器件包括GPS姿态测量系统、DSP数字控制器、PMAC、光电编码器、测速机、电子水平仪、驱动电机及驱动器、陀螺测速仪和光电测角码盘等。
3.根据权利要求2所述的带漂移补偿的陀螺稳定控制系统，其特征在于，所述DSP数字控制器采用32位的DSP芯片TMS320F2812作为稳定跟踪平台的数字控制器，负责采集和计算输出控制量的任务。
4.根据权利要求3所述的带漂移补偿的陀螺稳定控制系统，其特征在于，所述TMS320F2812芯片具有以下特点：
(1)、采用高性能的静态技术，系统运行功耗低，Flash编程电压3.3V；
(2)、主频达到150MHZ，时钟周期为6.67ns；
(3)、Flash编程电压为3.3V，内核供电1.8V：
(4)、支持JTAG边界扫描接口；
(5)、高性能的32位CPU以及哈佛总线结构，具有高速数据处理和快速中断响应能力；
(6)、片上具有128K×16位的存储器，128K×16位的ROM；
(7)、外部存储器扩展接口最多达1MB的寻址空间；
(8)、支持动态改变锁相环的倍频系数；
(9)、128位保护密码，防止系统固件被盗取；
(10)、支持串行外设接口SPI；
(11)、高达56个可配置通用目的I/O引脚；
(12)、先进的仿真调试功能；
(13)、看门狗定时模块；
(14)、-40″C～+85″C或-40℃～+125″C1作温度。
5.根据权利要求1所述的带漂移补偿的陀螺稳定控制系统，其特征在于，所述补偿模块的计算方法为：设θi为运动平台当前的位置，θ0为运动平台的初始位置，Δθ为当前位置与初始位置的差；T为修正门限；μ为陀螺测速信号的积分值即陀螺测得的位置反馈量：Δμ为修正因子，有以下关系：Δθ＝设θi-θ0，当abs(Δθ)≤T时，不用修正即μ不变；当Δ0≤-T时，位置量应加正修正因子即μ＝μ+Δμ；当Δ0＞T时，位置量应加负修正因子即μ＝μ-Δu，修正效果取决于修正门限和修正因子的选取合适与否，以稳定控制精度作为修正门限的选取依据，以本地区地速的最大值为修正因子的选取依据。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190906 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |