CN112683112B - 一种光学平台与雷达的共架转台系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学平台与雷达的共架转台系统，包括偏航轴系结构、俯仰轴系结构、雷达天线转台结构和光路密封保护结构；偏航轴系结构与光路密封保护结构连接，光路密封保护结构与俯仰轴系结构连接，俯仰轴系结构与雷达天线转台结构连接；光路密封保护结构设有动密封摩擦力传递单元装置，用于减少应力传递到航轴系结构和俯仰轴系结构等；本发明应用于激光武器系统中光学平台与雷达的一体化设计与安装，保证雷达和光学平台的安装互无遮挡且能完成高精度目标指示信息交互，为激光武器系统打击目标提供信息支撑；适用于车载激光武器拒止系统，设计了全方位向与俯仰向都无遮挡的雷达安装平台、光学安装平台，可作为激光武器拒止系统的重要组成部分。

Description

一种光学平台与雷达的共架转台系统

技术领域

本发明涉及激光武器拒止系统，更为具体的，涉及一种光学平台与雷达的共架转台系统。

背景技术

在现有车载激光武器拒止系统中，由于光学平台要求跟踪目标精度高、整体振动条件严格，因此大多光学平台与雷达采用分开布置。对于雷达远距离布置方式，存在系统准备时间长、使用不灵活等缺点；对于雷达与光学平台固定车载分开布置方式，存在对目标的探测或跟踪有遮挡，且设备之间易受到干扰等缺点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种光学平台与雷达的共架转台系统，将光学平台与雷达采用集成配置，实现了对目标的探测或跟踪无遮挡，降低了设备之间的干扰，使得激光武器拒止系统准备时间更短，响应快速，使用灵活，提高了光学设备的输出精度等。

本发明的目的是通过以下方案实现的：

一种光学平台与雷达的共架转台系统，包括偏航轴系结构、俯仰轴系结构、雷达天线转台结构和光路密封保护结构；偏航轴系结构与光路密封保护结构连接，光路密封保护结构与俯仰轴系结构连接，俯仰轴系结构与雷达天线转台结构连接；所述光路密封保护结构设有动密封摩擦力传递单元装置，用于减少应力传递到航轴系结构和俯仰轴系结构。

进一步地，所述俯仰轴系结构包括俯仰轴、第二库德镜、俯仰框架、第一俯仰电机、第一俯仰轴承座、第一俯仰轴承、激光发射筒安装界面、第二库德镜支座、测角元件、光学跟踪设备安装界面、第二俯仰轴承、第二俯仰轴承座、第二俯仰电机，俯仰轴包括第一俯仰轴和第二俯仰轴，第一俯仰轴与第二俯仰轴对称，第一俯仰轴承与第一俯仰轴承座连接，第二俯仰轴承与第二俯仰轴承座连接，第一俯仰轴承与第二俯仰轴承对称，第一俯仰轴承与第二俯仰轴承的轴承消隙带来的预紧力均分别封闭在第一俯仰轴承座、第二俯仰轴承座内，不向俯仰框架传递轴向力；第二库德镜与第二库德镜支座连接；俯仰轴的第一俯仰轴端设置有激光发射筒安装界面，俯仰轴的第二俯仰轴端设置有光学跟踪设备安装界面；俯仰轴的中间内部位置设有-5°～80°的转动范围；第一俯仰电机与第一俯仰轴连接，第二俯仰电机与第二俯仰轴连接；测角元件安装在光学跟踪设备安装界面下方。

进一步地，所述偏航轴系结构包括底座、第一库德镜、第一库德镜支座、第一滑环、滑环轴承、偏航电机、基座、支撑元件、偏航轴、波纹管、波纹管轴承和入射激光机械接口；第一库德镜与底座连接，第一库德镜与第一库德镜支座连接，第一滑环与滑环轴承连接，滑环轴承与偏航电机连接，偏航电机安装在基座上，基座与支撑元件连接，支撑元件与偏航轴连接，波纹管与波纹管轴承连接，入射激光机械接口与底座连接。

进一步地，所述光路密封保护结构用于偏航轴底部到俯仰轴挂载光学载荷之间光路的洁净，其包括第一动密封圈、第一静密封圈、第二静密封圈、第二动密封圈和第三静密封圈；正压密封腔区域，俯仰轴与光学载荷之间设置有第一静密封圈和第二静密封圈，俯仰轴与俯仰框架之间设置有第一动密封圈和第二动密封圈。

进一步地，所述雷达天线转台结构包括雷达天线安装面、主轴、轴承、轴承座、第二滑环、码盘和电机；雷达天线安装面与主轴连接，主轴与轴承连接，轴承与轴承座连接，第二滑环与电机连接，电机与码盘连接，电机的外壳作为雷达天线转台结构的底座。

进一步地，所述动密封摩擦力传递单元装置包括波纹管、以及连接在波纹管上的上法兰、下法兰，以及消旋轴、铝合金筒和密封圈，波纹管通过下法兰和密封圈后安装在铝合金筒内，实现波纹管下端与铝合金筒的密封连接，且通过铝合金筒的下法兰和密封圈与铝合金筒外圈的端面密封连接；波纹管的上法兰与消旋轴密封相连，消旋轴与波纹管之间设有动密封圈。

进一步地，所述俯仰框架包括气密部分和驱动与支撑部分，在气密部分设置有多条内部加强筋，驱动与支撑部分用于驱动与支撑俯仰轴。

进一步地，所述俯仰轴系结构包括第一密封圈和第二密封圈，第一密封圈和第二密封圈对称设置。

进一步地，所述俯仰轴系结构包括电池抱闸装置，所述电池抱闸装置分别与第一俯仰电机、第二俯仰电机的电机驱动器电性连接，用于在断电后能够自动锁定。

进一步地，所述支撑元件包括YRT轴承。

本发明的有益效果是：

(1)本发明将光学平台与雷达采用集成配置，实现了对目标的探测或跟踪无遮挡，降低了设备之间的干扰，使得激光武器拒止系统准备时间更短，响应快速，使用灵活，提高了光学设备的输出精度。

(2)本发明利用动密封摩擦力传递单元装置等，将动密封的摩擦力传递到柔性波纹管，波纹管有效可减少应力传递到光学安装平台，从而提高光学设备的输出精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明共架转台系统的实务模型示意图；

图2为本发明转台主体的三维实体模型示意图；

图3为本发明俯仰轴系的结构示意图；

图4为本发明偏航轴系的结构示意图；

图5为本发明光路密封保护结构示意图；

图6为本发明雷达单轴转台结构示意图；

图7为本发明控制单元硬件组成框图；

图8为本发明控制单元的功能模块框图；

图9为本发明控制单元的控制策略示意图；

图10为本发明控制单元的单轴电机驱动控制框图；

图11为本发明实施例中俯仰轴跟踪30°/s速度和5°/s2加速度指令时的误差效果示意图；

图12为本发明实施例中方位轴跟踪30°/s速度和5°/s2加速度指令时的误差效果示意图；

图13为本发明实施例中方位轴跟踪180°/s和100°/s2加速度指令时的误差；

图14为本发明实施例中方法的步骤示意图；

图中，001-转台主体，002-控制箱，4-偏航轴系结构，30-第二库德镜，31-俯仰框架，32-第一密封圈，33-第一俯仰电机，34-第一俯仰轴承座，35-第一俯仰轴承，36-第一俯仰轴，37-激光发射筒安装界面，38-第二库德镜支座，39-钢栅尺，307-光学跟踪设备安装界面，306-第二俯仰轴，305-第二俯仰轴承，304-第二俯仰轴承座，303-第二俯仰电机，302-第二密封圈；3006-俯仰轴；41-波纹管轴承，42-波纹管，43-入射激光机械接口，44-底座，45-第一库德镜，46-第一库德镜支座，47-第一滑环，48-滑环轴承，49-偏航电机，401-基座，402-YRT轴承，403-偏航轴；50-正压密封腔区域，51-第一动密封圈，52-第一静密封圈，53-第二静密封圈，54-第二动密封圈，55-第三静密封圈；61-雷达天线安装面，62-主轴，63-轴承，64-轴承座，65-第二滑环，66-码盘，67-电机，6-雷达天线转台结构。

具体实施方式

本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。

如图1～13所示，一种光学平台与雷达的共架转台系统，包括偏航轴系结构4、俯仰轴系结构、雷达天线转台结构6和光路密封保护结构；偏航轴系结构4与光路密封保护结构连接，光路密封保护结构与俯仰轴系结构连接，俯仰轴系结构与雷达天线转台结构6连接；所述光路密封保护结构设有动密封摩擦力传递单元装置，用于减少应力传递到航轴系结构4和俯仰轴系结构。

进一步地，所述俯仰轴系结构包括俯仰轴3006、第二库德镜30、俯仰框架31、第一俯仰电机33、第一俯仰轴承座34、第一俯仰轴承35、激光发射筒安装界面37、第二库德镜支座38、测角元件、光学跟踪设备安装界面307、第二俯仰轴承305、第二俯仰轴承座304、第二俯仰电机303，俯仰轴3006包括第一俯仰轴36和第二俯仰轴306，第一俯仰轴36与第二俯仰轴306对称，第一俯仰轴承35与第一俯仰轴承座34连接，第二俯仰轴承305与第二俯仰轴承座304连接，第一俯仰轴承35与第二俯仰轴承305对称，第一俯仰轴承35与第二俯仰轴承305的轴承消隙带来的预紧力均分别封闭在第一俯仰轴承座34、第二俯仰轴承座304内，不向俯仰框架31传递轴向力；第二库德镜30与第二库德镜支座38连接；俯仰轴3006的第一俯仰轴36端设置有激光发射筒安装界面37，俯仰轴3006的第二俯仰轴306端设置有光学跟踪设备安装界面307；俯仰轴3006的中间内部位置设有-5°～80°的转动范围；第一俯仰电机33与第一俯仰轴36连接，第二俯仰电机303与第二俯仰轴306连接；测角元件安装在光学跟踪设备安装界面307下方。

进一步地，所述偏航轴系结构4包括底座44、第一库德镜45、第一库德镜支座46、第一滑环47、滑环轴承48、偏航电机49、基座401、支撑元件、偏航轴403、波纹管42、波纹管轴承41和入射激光机械接口43；第一库德镜45与底座44连接，第一库德镜45与第一库德镜支座46连接，第一滑环47与滑环轴承48连接，滑环轴承48与偏航电机49连接，偏航电机49安装在基座401上，基座401与支撑元件连接，支撑元件与偏航轴403连接，波纹管42与波纹管轴承41连接，入射激光机械接口43与底座44连接。

进一步地，所述光路密封保护结构用于偏航轴403底部到俯仰轴3006挂载光学载荷之间光路的洁净，其包括第一动密封圈51、第一静密封圈52、第二静密封圈53、第二动密封圈54和第三静密封圈55；正压密封腔区域50，俯仰轴3006与光学载荷之间设置有第一静密封圈52和第二静密封圈53，俯仰轴3006与俯仰框架31之间设置有第一动密封圈51和第二动密封圈54。

进一步地，所述雷达天线转台结构6包括雷达天线安装面61、主轴62、轴承63、轴承座64、第二滑环65、码盘66和电机67；雷达天线安装面61与主轴62连接，主轴62与轴承63连接，轴承63与轴承座64连接，第二滑环65与电机67连接，电机67与码盘66连接，电机67的外壳作为雷达天线转台结构6的底座。

进一步地，所述动密封摩擦力传递单元装置包括波纹管、以及连接在波纹管上的上法兰、下法兰，以及消旋轴、铝合金筒和密封圈，波纹管通过下法兰和密封圈后安装在铝合金筒内，实现波纹管下端与铝合金筒的密封连接，且通过铝合金筒的下法兰和密封圈与铝合金筒外圈的端面密封连接；波纹管的上法兰与消旋轴密封相连，消旋轴与波纹管之间设有动密封圈。

进一步地，所述俯仰框架31包括气密部分和驱动与支撑部分，在气密部分设置有多条内部加强筋，驱动与支撑部分用于驱动与支撑俯仰轴3006。

进一步地，所述俯仰轴系结构包括第一密封圈32和第二密封圈302，第一密封圈32和第二密封圈302对称设置。

进一步地，所述俯仰轴系结构包括电池抱闸装置，所述电池抱闸装置分别与第一俯仰电机33、第二俯仰电机303的电机驱动器电性连接，用于在断电后能够自动锁定。

进一步地，所述支撑元件包括YRT轴承402。

在本发明的其他实施例中，偏航电机49可采用交流无刷力矩电机，第一滑环47采用双层导电滑环结构，测角元件可以采用钢栅尺39等。

在本发明的其他实施例中，共架转台系统由机械转台主体及控制单元组成，其模型图如图1所示。其中机械转台主体包含俯仰轴系结构、偏航轴系结构4、光路密封保护结构、雷达天线转台结构6等；控制单元包括控制硬件部分及控制软件。

在实施例中，共架转台系统采用高性能的交流无刷力矩电机作为驱动元件，高精度角位置传感器作为测角元件，采用高性能计算机实现复杂数字控制，从而实现高性能的运动控制。

以俯仰轴3006为例，仿真计算机给出的指令信号，由控制计算机经过伺服校正算法后，经由总线送入俯仰轴驱动控制器，由俯仰框电机驱动控制器放大后驱动台体俯仰轴，测角元件测出俯仰轴的角度位置，再送入驱动器，驱动器在通过总线将其送入控制计算机，实现闭环控制。

考虑几种载荷的运动功能要求和光路的密封需要，转台主体设计成T型结构，偏航轴采用较大中空结构，内置光学传导器件(库德镜)。俯仰轴系的支撑框架直接安装在偏航轴系上端的轴端面上，俯仰轴3006设计成左右对称结构，俯仰轴3006中间部位加工成中空的半轴，以提供光路通道，俯仰轴左右伸出端面分别光学载荷(激光发射筒和光学跟踪与瞄准设备)，左右两侧载荷机械同步转动。

在俯仰框架31上部，安装雷达天线单轴转台，实现雷达的独立位置伺服控制，机械台体三维实体模型如图2所示。

在实施例中，俯仰轴系结构设计方案图如图3所示，采用对称结构设计：俯仰轴系采用左右各两套角接触球轴承支撑，分别背靠背安装，轴承消隙所带来的预紧力均分别封闭在左右各自的轴承座内，不向俯仰框架31传递轴向力，因而不会因此引起俯仰框架31和俯仰轴3006本身的变形。另外，设计时通过调整两端载荷的过渡夹具的重量，尽量保证轴系两端的重力平衡，以获得更高的俯仰轴系的回转精度。

俯仰轴3006提供左右两个负载安装端面，其中左边的安装端面用于安装跟踪测量装置，通过统一的负载安装直接集成于一体后，统一安装在该端面上。俯仰轴3006除用于支撑光学载荷外，在俯仰轴系中间内部位置，还要为光学传输器件提供一个-5°～80°的俯仰轴转动范围和相应的光通路，俯仰轴3006可以采用40Cr或38CrMoAL钢材制造，以满足足够的刚度和强度，并保证良好的热稳定性要求。为实现俯仰轴系的结构对称设计，尽量减小载荷变形，尤其是热变形对指向精度的影响，采用两套电机左右对称驱动。可以采用现有的绝对式钢栅尺，测量尺为整圆结构，无需粘接，测量精度高。俯仰框架31采用优质铸造铝合金，左右对称，分成气密部分和轴系驱动与支撑部分，在气密部分设计有多条内部加强筋，以获得足够的结构刚度。在俯仰轴系回转精度设计上，采用4套P4级精度的角接触球轴承，轴承支撑跨距564mm，通过精密加工和机械装调，可保证±4″的回转精度。

偏航轴系结构4的设计方案图如图4所示，采用YRT轴承作为偏航轴系的支撑元件，YRT轴承是面向转台类大中空轴系的低倾角回转误差、高刚度支撑需求的一种新型轴承，其两个主支撑端面通过精密研磨保证高平面度，再通过增加滚动体数量，特殊设计滚动体滚到进一步实现误差均化效应，从而有效降低倾角回转误差，并提高轴系的抗倾覆刚度。

为保证基座具有高刚度和低重量，基座采用ZL114A优质铸造铝合金。保证偏航轴系倾角回转精度的关键，除了选用高精度的轴承外，更关键在于保证YRT轴承安装基准面的平面度。为此，将YRT轴承的主定位平面设计为外凸形式，在精加工表面的基础上，还可以通过研磨进一步提高该定位基准面的平面度。偏航电机采用交流无刷力矩电机。测角元件采用现有的绝对式钢栅尺，测量尺为整圆结构，无需粘接，测量精度高。为减轻重量，底座44采用箱体式结构，并用ZL114A优质铸造铝合金材料，方位轴采用双层导电滑环结构等

在实施例中，共轴转台系统的设计需要考虑到从偏航轴底部到俯仰轴挂载光学载荷之间光路的洁净，如图5所示，俯仰轴与望远镜负载之间采用O型圈端面静密封。俯仰轴3006与俯仰框架31之间的密封为左右两处径向动密封，两处框架附属件的端面静密封，均采用O型圈密封。俯仰框架31与偏航轴403之间的密封采用O型圈端面静密封。设置了动密封摩擦力传递单元装置，其包括一套本发明实施例自行设计的波纹管，即将波纹与两个法兰连接，波纹管通过自身携带的下法兰和密封圈，可安装在一个薄壁铝合金筒内，实现波纹管下端与该铝合金筒的密封连接，再通过铝合金筒的法兰和密封圈与前述的外圈铝合金筒端面密封连接；在波纹管的上法兰处，与一个本发明实施例中专门设置的波纹管消旋轴进行密封相连，此消旋轴由一套超轻型四点角接触轴承支撑，消旋轴与转台偏航轴之间设有动密封，消旋轴将动密封的摩擦力传递到柔性波纹管，利用波纹管可有效减少应力传递到光学安装平台，从而提高了光学设备的输出精度。

雷达天线转台结构设计，以单轴为例，即雷达天线单轴转台的机械结构方案如图6所示，雷达天线安装面61采用超硬铝合金减重加工。轴系支撑采用一套四点角接触球轴承，以尽量减小轴向高度。驱动元件采用交流无刷力矩电机直接驱动，同时，电机外壳直接作为该单轴转台的底座。测角元件采用现有技术中的绝对式光码盘，导电滑环根据雷达天线需求配置。

如图7～13所示，本发明共架转台系统的控制系统，包括伺服机构和控制单元，伺服机构包括测角单元、驱动电机和转台轴，转台轴的一端与共架转台连接，转台轴的另一端与伺服机构的驱动电机连接，驱动电机与测角单元连接，伺服机构的测角单元与控制单元连接；控制单元包括电机驱动器、转台控制器和计算机，电机驱动器与驱动电机连接，电机驱动器与转台控制器连接，转台控制器与计算机连接；在计算机设置有速度环控制模块、位置环控制模块，由速度环控制模块和位置环控制模块构成外回路控制器，转台控制器包括电流环控制模块，电流环控制模块设置在电机驱动器中；采用电流环控制模块、速度环控制模块和位置环控制模块三环的多回路控制伺服机构，通过给定的指向误差来解算出对应共架转台俯仰和偏航的角度偏差，并将其作为指令送入控制单元中。

速度环控制模块将原始期望指向误差为0以及控制单元输出的目标指向误差负反馈作为外回路控制器的原始输入得到转台的速度指令和位置指令。

转台的速度指令和位置指令输入到转台控制器、驱动电机和台体构成的闭环控制系统，在转台控制器、驱动电和台体之间加入摩擦力矩车体振动干扰值，通过指向误差转换实现转台角位置到空间指向变化角度位置的输出。

获取车体运动目标的运动干扰值，并将其与转台空间指向变化角度位置值进行解耦，然后输出目标指向误差。

控制单元包括人机交互模块、分布式通信总线模块、控制器调测试模块、控制器测试模块、串口通信模块、故障检测模块；

人机交互模块，提供电机驱动器进行上下电、电机使能、故障复位操作，同时能够提供工作模式设定功能；

分布式通信总线模块，实现电机驱动器的实时数据交换，并通过传输采集的测角单元的角位置信息、电机驱动器内部的各类状态信息，同时能够发送驱动电机的力矩指令；

控制器调测试模块，测试频率特性，并能够提供控控制器参数设置；

控制器测试模块，生成阶跃、正弦、方波、三角波、S曲线测试指令，并能够提供数据采集、保存、处理和分析功能；

串口通信模块，包括多路RS422和RS485通信接口，能够与光学载荷设备进行通信，并能够实时读取UTC时统信号；

故障检测模块，通过分布式通信总线模块实时监控伺服机构的电流、速度和位置信息，实时监控运行状态，出现异常时能够发出故障操作指示指令。

上述控制系统包括图像跟踪器和程控电源，程控电源与计算机连接，程控电源与电机驱动器连接，图像跟踪器与计算机连接。

电机驱动器包括Elmo驱动器，分布式通信总线模块包括EtherCAT通信模块。

驱动电机包括PMSM电机，测角单元包括光电码盘，

上述控制系统包括设置有抱闸装置，抱闸装置与电机驱动器连接。

如图14所示，一种基于如上任一控制系统的控制方法，包括步骤：

S1，将原始期望指向误差为0以及控制单元输出的目标指向误差负反馈作为外回路控制器的原始输入得到转台的速度指令和位置指令；

S2，将转台的速度指令和位置指令输入到由转台控制器、驱动电机和台体形成的闭环控制系统，获得转台角度位置的输出值，在转台控制器、电机和台体之间加入摩擦力矩车体振动干扰值，通过指向误差转换实现转台角位置到空间指向变化位置的输出；

S3，获取车体运动目标的运动干扰值，并将其与转台空间指向变化位置进行解耦，完成目标指向误差的输出。将目标指向误差的信号从连续时间信号输出方式转化为对应的频域方式，再负反馈输出到外回路控制器。

在本发明的其他实施例中，控制单元包括嵌入式小型计算机、具有EtherCAT总线接口的驱动器及电磁兼容设备、逻辑控制单元、开关按钮、直流电源以及各类接插件和线缆等，组成框图如图7所示。其中，嵌入式计算机、I/0扩展卡、串口扩展卡、电源板等硬件设备可以选用现有技术；驱动控制电路选用现有的Elmo驱动器，具备EtherCAT总线/，Endat2.2绝对式编码器接口等。

为满足伺服机构测试与性能评估系统功能的要求，可采用LabWindows开发的人机交互界面是系统的主程序，主要用于显示当前系统的状态、参数等信息，并可以用于配置系统的参数和工作模式、调用其它子程序，从而实现伺服控制的调试工作；采用VisualStudio开发的EtherCAT子程序则主要用于实时发送指令并采集系统的数据，以实现闭环控制功能，功能模块划分如图8所示，包括：

人机交互功能模块，该模块提供电机驱动器进行上下电、电机使能、故障复位等操作，同时提供了工作模式设定功能。

EtherCAT通信功能，由于实施例硬件设计中采用了Elmo驱动器，该驱动器采用了目前工业控制领域主流的分布式通信总线EtherCAT，因此可以实现全数字的闭环控制。为了通过计算机实现闭环控制，开发实时的EtherCAT主站程序来实现与三个驱动器的实时数据交换，并通过采集码盘的角位置信息(还包括驱动器内部的各类状态信息)，同时发送电机的力矩指令的方式来实现闭环控制。

控制器调试功能，该模块提供了各种典型的测试信号，系统可以自动测试系统各轴的频率特性，并提供了控制器开闭环控制、控制器参数设置等功能，结合性能测试模块，方便调试人员根据测试结果不断修正控制器参数，直至性能指标满足要求。

控制系统性能测试与分析功能，软件能够自动生成阶跃、正弦、方波、三角波、S曲线等典型的测试指令，并提供了数据采集、保存、处理和分析功能。可以根据国军标(或其他行业标准)或用户规定的算法对控制系统的性能进行测试，并为控制器的修改提供依据以及机构、电机的功能和性能评定提供依据。

工作模式设定功能，软件具备多种引导源下的跟踪功能，并能够在这些引导模式之间切换，可以根据指令自动在粗图像跟踪器引导、摇杆引导、共架雷达目指信息引导、外部雷达目指信息引导四种方式下工作，自动解算两轴指令并进行跟踪。

串口通信功能，软件具有多路RS422和RS485通信功能，可以与光学载荷设备进行通信，并能够实时读取UTC时统信号。

故障检测功能，在伺服控制系统运行过程中，系统会通过EtherCAT总线实时监控伺服机构的电流、速度和位置信息，利用指令和系统的数学模型，根据相应的故障检测算法，实时监控系统的运行状态，出现异常时会自动切断指令或关闭驱动器，避免被测设备可能的损坏。

构建如图9所示的控制系统结构框图。根据给定的指向误差来解算出对应转台俯仰和偏航的角度偏差，并将其作为指令送入转台位置闭环控制系统中，实现快速跟踪，进而消除误差。为了确保空间指向精度满足要求，转台控制系统要有足够的响应速度，同时要能够有效克服轴系的摩擦力矩以及车体运动和振动带来的力矩扰动。根据系统的机械结构、组成以及驱动方式，设计转台单轴的驱动控制框图如图10所示。

每个轴都采用交流永磁同步电机作为执行器，其相应的驱动控制器采用Elmo驱动器，该驱动器都采用Park变换实现电机的矢量控制，采用SPWM正弦波实现电机的驱动。在控制方案上，采用电流环、速度环和位置环三环的多回路控制方式，本实施例汇总电流环在Elmo驱动中实现，速度环和位置环在计算机中实现。采用电流闭环的主要目的是提供更好的电压-力矩控制特性，通过设计电流环的带宽，保证噪声的有效抑制，同时尽可能拓展频带，还可方便外回路的设计创造条件。采用速度回路方法克服摩擦死区等非线性因素的抑制以及车载带来的扰动，有效提高系统的刚度和响应速度。通过位置环来实现空间指向精度和去耦能力，在进行位置环回路设计时，考虑带宽的设计，尽可能拓展频带以减小跟踪斜坡指令时的动态跟踪误差。利用惯组平台提供的速度信号来提高系统的去耦性能，有效抑制车体运动带来的影响。图10中，n_ref为期望角度偏差；n为角度输出反馈误差；θ_γ为角度输出值；ω为角速度误差；ω_ref为角速度期望偏差；Elmo驱动器内部的参数为自身所带。

为了验证共架转台性能指标的可达性以及控制系统的有效性，利用一套双轴自动转台对控制性能进行了测试，将转台与一块钢板通过隔振垫相连接(这与转台与车体的固定方式完全抑制)，然后将钢板放置与四个轮胎之上，用于模拟车体的晃动和颠簸，针对共架转台的典型工况对转台的控制精度进行了测试，测试结果如图11、图12、图13所示。以上测试过程中是在晃动基座的条件下进行的，测试结果表明即使在跟踪180度每秒的指令时，系统的跟踪误差也在0.008度以内(对应0.14mrad)，精度较高，满足共架转台系统的工程应用需求。本发明实施例应用于激光武器系统中光学平台与雷达的一体化设计与安装，可保证雷达和光学平台的安装互无遮挡且能完成高精度目标指示信息交互，为激光武器系统打击目标提供信息支撑；适用于车载激光武器拒止系统，设计了全方位向与俯仰向都无遮挡的雷达安装平台、光学安装平台，可作为激光武器拒止系统的重要组成部分。

Claims (9)

1.一种光学平台与雷达的共架转台系统，其特征在于，包括偏航轴系结构(4)、俯仰轴系结构、雷达天线转台结构(6)和光路密封保护结构；偏航轴系结构(4)与光路密封保护结构连接，光路密封保护结构与俯仰轴系结构连接，俯仰轴系结构与雷达天线转台结构(6)连接；所述光路密封保护结构设有动密封摩擦力传递单元装置，用于减少应力传递到偏 航轴系结构(4)和俯仰轴系结构；所述俯仰轴系结构包括俯仰轴(3006)、第二库德镜(30)、俯仰框架(31)、第一俯仰电机(33)、第一俯仰轴承座(34)、第一俯仰轴承(35)、激光发射筒安装界面(37)、第二库德镜支座(38)、测角元件、光学跟踪设备安装界面(307)、第二俯仰轴承(305)、第二俯仰轴承座(304)、第二俯仰电机(303)，俯仰轴(3006)包括第一俯仰轴(36)和第二俯仰轴(306)，第一俯仰轴(36)与第二俯仰轴(306)对称，第一俯仰轴承(35)与第一俯仰轴承座(34)连接，第二俯仰轴承(305)与第二俯仰轴承座(304)连接，第一俯仰轴承(35)与第二俯仰轴承(305)对称，第一俯仰轴承(35)与第二俯仰轴承(305)的轴承消隙带来的预紧力均分别封闭在第一俯仰轴承座(34)、第二俯仰轴承座(304)内，不向俯仰框架(31)传递轴向力；第二库德镜(30)与第二库德镜支座(38)连接；俯仰轴(3006)的第一俯仰轴(36)端设置有激光发射筒安装界面(37)，俯仰轴(3006)的第二俯仰轴(306)端设置有光学跟踪设备安装界面(307)；俯仰轴(3006)的中间内部位置设有-5°～80°的转动范围；第一俯仰电机(33)与第一俯仰轴(36)连接，第二俯仰电机(303)与第二俯仰轴(306)连接；测角元件安装在光学跟踪设备安装界面(307)下方。

2.根据权利要求1所述的一种光学平台与雷达的共架转台系统，其特征在于，所述偏航轴系结构(4)包括底座(44)、第一库德镜(45)、第一库德镜支座(46)、第一滑环(47)、滑环轴承(48)、偏航电机(49)、基座(401)、支撑元件、偏航轴(403)、波纹管(42)、波纹管轴承(41)和入射激光机械接口(43)；第一库德镜(45)与底座(44)连接，第一库德镜(45)与第一库德镜支座(46)连接，第一滑环(47)与滑环轴承(48)连接，滑环轴承(48)与偏航电机(49)连接，偏航电机(49)安装在基座(401)上，基座(401)与支撑元件连接，支撑元件与偏航轴(403)连接，波纹管(42)与波纹管轴承(41)连接，入射激光机械接口(43)与底座(44)连接。

3.根据权利要求1所述的一种光学平台与雷达的共架转台系统，其特征在于，所述光路密封保护结构用于偏航轴(403)底部到俯仰轴(3006)挂载光学载荷之间光路的洁净，其包括第一动密封圈(51)、第一静密封圈(52)、第二静密封圈(53)、第二动密封圈(54)和第三静密封圈(55)；正压密封腔区域(50)，俯仰轴(3006)与光学载荷之间设置有第一静密封圈(52)和第二静密封圈(53)，俯仰轴(3006)与俯仰框架(31)之间设置有第一动密封圈(51)和第二动密封圈(54)。

4.根据权利要求1所述的一种光学平台与雷达的共架转台系统，其特征在于，所述雷达天线转台结构(6)包括雷达天线安装面(61)、主轴(62)、轴承(63)、轴承座(64)、第二滑环(65)、码盘(66)和电机(67)；雷达天线安装面(61)与主轴(62)连接，主轴(62)与轴承(63)连接，轴承(63)与轴承座(64)连接，第二滑环(65)与电机(67)连接，电机(67)与码盘(66)连接，电机(67)的外壳作为雷达天线转台结构(6)的底座。

5.根据权利要求1～4任一所述的一种光学平台与雷达的共架转台系统，其特征在于，所述动密封摩擦力传递单元装置包括波纹管、以及连接在波纹管上的上法兰、下法兰，以及消旋轴、铝合金筒和密封圈，波纹管通过下法兰和密封圈后安装在铝合金筒内，实现波纹管下端与铝合金筒的密封连接，且通过铝合金筒的下法兰和密封圈与铝合金筒外圈的端面密封连接；波纹管的上法兰与消旋轴密封相连，消旋轴与波纹管之间设有动密封圈。

6.根据权利要求1所述的一种光学平台与雷达的共架转台系统，其特征在于，所述俯仰框架(31)包括气密部分和驱动与支撑部分，在气密部分设置有多条内部加强筋，驱动与支撑部分用于驱动与支撑俯仰轴(3006)。

7.根据权利要求2所述的一种光学平台与雷达的共架转台系统，其特征在于，所述俯仰轴系结构包括第一密封圈(32)和第二密封圈(302)，第一密封圈(32)和第二密封圈(302)对称设置。

8.根据权利要求1所述的一种光学平台与雷达的共架转台系统，其特征在于，所述俯仰轴系结构包括电池抱闸装置，所述电池抱闸装置分别与第一俯仰电机(33)、第二俯仰电机(303)的电机驱动器电性连接，用于在断电后能够自动锁定。

9.根据权利要求2所述的一种光学平台与雷达的共架转台系统，其特征在于，所述支撑元件包括YRT轴承(402)。

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