CN110673657A - 一种稳定平台角度自动补偿解算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种稳定平台角度自动补偿解算方法，该方法通过嵌入式计算机中的软件对惯性稳定平台的转动角度进行采样、检测、位置判断，自动生成新的角度零位，自动存储新的角度零位等多种处理。该处理方法在惯性稳定平台上电时自动运行，全程自动处理，无需人工干预，降低了系统维护难度。采用本发明自动补偿解算稳定平台的角度零位，解决了光电稳定平台和计算机板存储角度零位不一致的冲突，解决了计算机板和光电稳定平台的互换性问题。

Description

一种稳定平台角度自动补偿解算方法

技术领域

本发明属于电子控制领域，主要涉及一种稳定平台角度补偿解算方法，尤其涉及一种稳定平台角度自动补偿解算方法。

背景技术

目前广泛使用的惯性稳定平台，将陀螺、旋转变压器等传感器安装在两自由度万向架上，稳定平台在运行时以角度零位为中心进行转动，所以需要确定稳定平台每个运动框架的角度零位，这样稳定平台才能按照一定规律进行转动，不会发生失控。无论是两轴两框架还是两轴四框架稳定平台，角度传感器输出的角度都需要经过角度解算处理计算出每个转动框架的角度零位，确保计算出的角度零位处于稳定平台内、外环框架的机械中心位置，这样稳定平台才能以角度零位为中心正常运行。目前内、外环转动框架设置角度零位时，需要先将稳定平台的前后盖打开，然后把内俯仰、内方位、外俯仰和外方位四个框架推到机械限位位置，在机械限位位置运行程序执行设置零位的相应操作，将得到的电零位信息存储到稳定平台的嵌入式计算机板中。

稳瞄系统的电零位信息存储着光电转塔转动框架的角度范围和零位位置等信息。光电转塔转动框架的角度由旋转变压器产生，由于每个光电转塔的旋转变压器安装位置不一致，在使用前需要将光电转塔内、外环框架的电零位等角度信息储存在光电转塔的嵌入式计算机板中，光电转塔上电时，嵌入式计算机板自动读取储存的内、外环框架电零位信息，对框架的角度进行校正，使框架的电零位与机械零位保持一致，控制转塔按一定规律转动。当光电稳瞄系统更换了光电转塔的转动框架、控制电子箱或者控制电子箱中的计算机板时，计算机板中的电零位信息与光电转塔转动框架的机械零位不一致，在这种情况下，光电转塔会产生失控。所以当光电稳瞄系统更换了光电转塔、控制电子箱或者控制电子箱的计算机板后，系统需要重新设置电零位角度进行角度校正，把新的电零位信息存储到嵌入式计算机中，这样稳瞄系统才能正常工作。

传统设置电零位的方法需要拆掉光电转塔的前后盖，将光电转塔内、外环推到机械限位位置，操作时间较长，而且在外场环境下操作时会导致风沙等异物进入光电系统内部；而且拷贝嵌入式计算机板的电零位数据需要调试电缆、电脑，需要维护人员具备一定的嵌入式操作系统技能；在一些外贸项目中，外方人员对产品原理和操作流程不熟悉，则无法执行设置电零位的操作。

发明内容

为实现惯性稳定平台计算机板的可靠快速互换，本发明提出一种稳定平台角度自动补偿解算方法。该方法在不对原产品进行结构、电气改进的约束下，利用现有的角度和速度传感器，在静止和振动两种环境下，实现对产品机械限位位置的判断并采集角度数据；在系统上电时自动检测并标定产品的内、外环框架角度零位，实现了稳定平台计算机板的可靠快速互换。

本发明的技术方案为：

所述一种稳定平台角度自动补偿解算方法，其特征在于：所述稳定平台为两轴四框架稳定平台，方法包括以下步骤：

步骤1：稳定平台上电，分别转动内方位和内俯仰框架至正负机械限位位置，检查内方位和内俯仰框架的角度零位是否正确，如果正确，则方法结束，如果不正确，则进入步骤2；

步骤2：根据步骤1中转动内方位和内俯仰框架至正负机械限位位置所得到的对应旋变角度数据，重新设置内方位和内俯仰框架角度零位；分别转动外方位和外俯仰框架至正负机械限位位置并得到对应的旋变角度，依据得到的所述旋变角度重新设置外方位和外俯仰框架角度零位；

步骤3：自动存储内方位、内俯仰、外方位和外俯仰四个框架的角度零位信息。

进一步的优选方案，所述一种稳定平台角度自动补偿解算方法，其特征在于：步骤1中检查内方位或内俯仰框架中某一内环框架的角度零位是否正确的过程为：

稳定平台上电时，给内环框架一个恒定的转动指令，使内环框架持续转动，将内环旋变的数据不断记录在长度为N的数组中，判断长度为N数组中元素最大值与最小值之差Δx，当Δx≤4000时，判断内环框架到达机械限位，读取此时内环框架的旋变角度；而后使内环框架按向相反方向转动，转动过程中持续记录旋变数据，也将数据记录在长度为N的数组中，判断数组元素的最大最小值之差Δx，当Δx≤4000时，判断内环框架到达另一侧机械限位，记录此时内环框架的旋变数据；

将内环框架在正负机械限位处的旋变数据相加，如果相加之和小于设定角度检测阈值W，则认为内环框架的电零位正确。

进一步的优选方案，所述一种稳定平台角度自动补偿解算方法，其特征在于：在判断长度为N的数组中的元素最大值与最小值之差Δx时，若Δx大于时，则用2^k-Δx作为最大值与最小值之差进行判断，k为旋变数据总线的位数。

进一步的优选方案，所述一种稳定平台角度自动补偿解算方法，其特征在于：角度检测阈值W取0.5°。

进一步的优选方案，所述一种稳定平台角度自动补偿解算方法，其特征在于：步骤2中，转动外方位或外俯仰框架中某一外环框架至正负机械限位位置得到对应旋变角度，并依据得到的旋变角度重新设置外方位和外俯仰框架角度零位的过程为：

给外环框架一个恒定的转动指令，使外环框架持续转动，在此过程中持续读取外环框架测速机的信号，当外环框架测速机信号电压值小于设定阈值Z时，说明外环框架到达限位位置，读取此时外环框架旋转变压器数值；然后给外环框架一个相反的转动指令，使外环框架向反方向转动，当外环框架测速机信号电压值小于设定阈值Z时，说明外环框架到达另一侧限位位置，读取此时外环框架旋转变压器数值；然后根据两次外环框架旋转变压器数值，控制外环框架再向相反方向转动到外环框架两个机械限位的中间位置，重新产生外环框架的电零位角度。

进一步的优选方案，所述一种稳定平台角度自动补偿解算方法，其特征在于：Z＝0.05V。

有益效果

本发明的有益效果体现在以下几个方面：

(一)与现有技术相比，本发明可以实现光电稳定平台计算机板的边界快速互换；

(二)本发明自动检测并计算惯性稳定平台的内、外环框架角度零位，不需要打开产品前后盖操作，防止风沙等异物进入光电装置，降低了产品的故障率；

(三)本发明不仅在静态下可自动检测系统电零位，在振动环境下也可以自动检查系统电零位；

(四)本发明通过软件实现角度自动检测补偿，不需要对光电系统进行硬件改动，提高了可靠性，节约成本；

(五)产品维护人员不需要到现场，降低了售后难度，节约售后成本。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明的总流程图。

图2内环判断限位流程图。

图3静止状态内环到达限位旋转变压器采样值。

图4振动环境内环到达限位的旋转变压器采样值。

图5振动环境下内环到达限位旋转变压器采样值放大图。

图6外环判断限位流程图。

具体实施方式

下面结合附图及优选实施例对本发明做进一步的详述。

本优选实施例完成光电稳瞄系统电零位角度自动检测补偿的工作，对两轴四框架稳定平台，如图1所示，主要按如下步骤进行。

检查内方位和内俯仰框架的电零位角度正确性：

在光电转塔稳定平台上电时进行内环电零位角度正确性的检查；由于飞机在飞行时光电转塔稳定平台也可能重新上电，飞行时光电转塔处于振动环境，要求在振动环境下也能够正确检查电零位信息。

光电转塔上电时检查内方位和内俯仰两个转动框架的电零位与机械零位的一致性，判断光电转塔的电零位是否正确：

如图2所示，光电转塔上电时检查内方位和内俯仰两个转动框架的电零位与机械零位的一致性，判断光电转塔的电零位是否正确。光电转塔的嵌入式计算机上电时给内方位框架一个恒定的转动指令，使内方位框架持续转动，将内方位旋变的数据不断记录在长度为N的数组中(80≤N≤120)，N通过试验结果得出，判断长度为N数组中元素最大值与最小值之差Δx，通过实验得出，当Δx≤4000时，内方位转动框架到达机械限位。内方位框架转动到机械限位位置后，嵌入式计算机通过旋变角度解算芯片读取此时内方位框架的旋变角度，之后使内方位框架按一定速度向相反方向转动，转动过程中持续记录旋变数据，并将数据记录在长度为N的数组中，判断数组元素的最大最小值之差，当Δx≤4000时，内方位转动框架到达另一侧机械限位。当到达另一侧限位位置后，记录这一位置的旋变数据。之后嵌入式计算机控制内方位框架转动到正、负机械限位之间，内方位电零位角度检查结束。内俯仰框架的零位角度检查过程与内方位框架相同。

内环运动框架转动检查电零位角度时，限位位置的旋转变压器数据存储在长度为N的数组中，N个数组元素的最大值与最小值之差为Δx。当内方位和内俯仰框架在典型振动环境转动时，尽管内环会来回摆动，但整体趋势仍在继续向前转动，通过实验得知，在振动环境下内环转动到限位位置时，Δx仍然≤4000，所以在静止和振动两种状态下，都可以采用判断Δx数值范围判断内环框架是否到达限位。

图3为内环框架在静止状态下，到达限位时旋转变压器的采样值曲线。由图3可以看出，当内环在静止状态下到达限位处于堵转状态时，旋转变压器采样值维持一个定值，数组N的最大最小值之差Δx接近于零，小于4000的判定值，可以据此判断内环是否到达限位。

图4为振动环境下内环框架转动时的旋转变压器采样值，由图4可以看出，在振动环境下，内环框架转动时，N个数组元素的最大值与最小值之差Δx大于4000。图5为振动环境下内环到达限位时，旋转变压器采样值变化范围的放大曲线。由图5可以看出，内环在振动环境下到达限位时，内环旋转变压器的N个数组元素采样值处于一定的范围内，最大最小值之差在1000左右，小于Δx等于4000的设定值。

通过嵌入式计算机开发软件Tornado将旋转变压器采样值存储到嵌入式计算机中，本发明实施例采用16位数据总线的系统，2¹⁶＝65536，对应数组中旋转变压器采样数据的最大值是65536，最小值是0。对k位数据总线，对应数组中旋转变压器采样数据的最大值是2^k，最小值是0。观察数据，内环电机按给定速度进行转动时，数组N个采样数据的最大值和最小值之差为Δx，在静止或振动状态下，如果Δx小于等于4000，则认为内环已经到达限位，这时采集的内方位或内俯仰旋转变压器数据就是机械限位位置的旋变数据。采用旋转变压器数据的变化量判断内环限位流程如图2所示：

内环旋转变压器精极是m对极，每一个精极角度范围是

内环旋转变压器精极角度存在跨越到下一个精极区间的情况。对k位数据总线的系统，每一个精极区间的采样值范围是0～2^k，在用Δx判断限位位置时，当Δx大于

时，用2^k-Δx作为最大最小值之差。

在内方位和内俯仰框架到达机械限位位置后，在限位位置记录内方位和俯仰框架的旋转变压器数据，对内俯仰和内方位框架角度零位进行检查，采用内环框架正、负限位角度相加的方式进行角度零位检查。设定角度检测阈值为W≤0.5°，W的范围通过实验得出。如果内环框架正、负限位位置的角度值相加小于W，则认为内环框架的电零位角度正确；反之如果内环框架在正、负限位位置的角度相加值超过W，则认为电零位角度不正确，执行重新做电零位角度的操作。由于在飞机飞行过程中稳瞄系统也可能重新上电，飞行时也要求可以正确检查电零位角度。经过试验验证，在振动过程中，内环框架的正、负限位位置角度相加小于W，即在振动环境下可以正确的检查电零位角度。

如果检查内环框架角度正确，系统正常运行；如果检查内环框架角度不正确，需要给系统重新设置电零位角度。

由于光电转塔自动设置完电零位角度后，以后每次上电只有内环框架自动检查电零位角度，所以外环只在刚刚更换嵌入式计算机板后，在地面静止环境下自动设置电零位。外环转动框架由于有电机减速箱和齿轮减速机构，力矩非常大，只能处于非常短暂的堵转状态，采用实时检测的测速机信号判断外环的机械限位位置。当外环测速机数据小于等于0.05伏时，0.05伏的范围通过实验得出，认为外环到达限位位置。判断外环到达限位的流程图如图6所示。

通过嵌入式计算机的Tornado软件给外方位框架一个固定的指令，使外方位框架持续转动，在此过程中持续读取外方位测速机的信号，当外方位测速机信号≤0.05伏时，说明方位框架停止转动到达限位位置。当外方位框架转动到限位位置后，嵌入式计算机通过角度解算芯片读取外方位框架在限位位置的旋转变压器原始数值，并进行记录。然后给外方位框架一个相反的指令，外方位框架向反方向转动，当外方位测速机信号≤0.05伏时，这时外方位框架到达限位，记录下这个位置的旋变数值。然后使外方位框架再向相反方向转动，运转到外方位两个机械限位的中间位置，外方位停止转动。外俯仰框架也按照此流程到达两个限位位置，并记录下限位位置的旋变数值。

嵌入式计算机根据内方位、内俯仰、外方位和外俯仰四个框架在机械限位位置采集的旋变数据，自动运行计算角度零位的函数，生成粗精组合型旋变角度的电零位数据。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种稳定平台角度自动补偿解算方法，其特征在于：所述稳定平台为两轴四框架稳定平台，方法包括以下步骤：

步骤1：稳定平台上电，分别转动内方位和内俯仰框架至正负机械限位位置，检查内方位和内俯仰框架的角度零位是否正确，如果正确，则方法结束，如果不正确，则进入步骤2；

步骤2：根据步骤1中转动内方位和内俯仰框架至正负机械限位位置所得到的对应旋变角度数据，重新设置内方位和内俯仰框架角度零位；分别转动外方位和外俯仰框架至正负机械限位位置并得到对应的旋变角度，依据得到的所述旋变角度重新设置外方位和外俯仰框架角度零位；

步骤3：自动存储内方位、内俯仰、外方位和外俯仰四个框架的角度零位信息。

2.根据权利要求1所述一种稳定平台角度自动补偿解算方法，其特征在于：步骤1中检查内方位或内俯仰框架中某一内环框架的角度零位是否正确的过程为：

稳定平台上电时，给内环框架一个恒定的转动指令，使内环框架持续转动，将内环旋变的数据不断记录在长度为N的数组中，判断长度为N数组中元素最大值与最小值之差Δx，当Δx≤4000时，判断内环框架到达机械限位，读取此时内环框架的旋变角度；而后使内环框架按向相反方向转动，转动过程中持续记录旋变数据，也将数据记录在长度为N的数组中，判断数组元素的最大最小值之差Δx，当Δx≤4000时，判断内环框架到达另一侧机械限位，记录此时内环框架的旋变数据；

将内环框架在正负机械限位处的旋变数据相加，如果相加之和小于设定角度检测阈值W，则认为内环框架的电零位正确。

3.根据权利要求2所述一种稳定平台角度自动补偿解算方法，其特征在于：角度检测阈值W取0.5°。

4.根据权利要求2所述一种稳定平台角度自动补偿解算方法，其特征在于：在判断长度为N的数组中的元素最大值与最小值之差Δx时，若Δx大于

时，则用2^k-Δx作为最大值与最小值之差进行判断，k为旋变数据总线的位数。

5.根据权利要求1所述一种稳定平台角度自动补偿解算方法，其特征在于：步骤2中，转动外方位或外俯仰框架中某一外环框架至正负机械限位位置得到对应旋变角度，并依据得到的旋变角度重新设置外方位和外俯仰框架角度零位的过程为：

给外环框架一个恒定的转动指令，使外环框架持续转动，在此过程中持续读取外环框架测速机的信号，当外环框架测速机信号电压值小于设定阈值Z时，说明外环框架到达限位位置，读取此时外环框架旋转变压器数值；然后给外环框架一个相反的转动指令，使外环框架向反方向转动，当外环框架测速机信号电压值小于设定阈值Z时，说明外环框架到达另一侧限位位置，读取此时外环框架旋转变压器数值；然后根据两次外环框架旋转变压器数值，控制外环框架再向相反方向转动到外环框架两个机械限位的中间位置，重新产生外环框架的电零位角度。

6.根据权利要求5所述一种稳定平台角度自动补偿解算方法，其特征在于：Z＝0.05V。

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