直流力矩电机控制的动力陀螺稳定平台
机载SAR天线稳定平台的DSP数字控制器设计 吕继宇 张绚丽 雷宏
机载SAR天线稳定平台的DSP数字控制器设计吕继宇 张绚丽雷宏(北京中国科学院电子学研究所)摘要：机载SAR（airborne Synthetic Aperture Radar，合成孔径雷达）中，用三轴稳定平台隔离载机的姿态变化及机械振动来稳定天线波束指向是关键的运动补偿技术之一。
本文提出用TMS320LF2407 DSP芯片设计机载SAR三轴陀螺稳定平台的数字控制器，介绍了机载SAR 对稳定平台的要求和TMS329LF2407 DSP芯片用于运动控制器设计的优点，给出了控制系统的原理方框图、数学模型和DSP数字控制器结构图。
关键词：机载SAR，稳定平台，TMS320LF2407 DSP，数字控制器中图分类号：TN911.72; TN820 文献标识码：ADesign of Based-DSP Digital Controller for Airborne SARAntenna Stabilized Platform(Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100080)Lv jiyu , Zhang xuanli, Lei hongAbstract: Three-axis stabilized platform, as a key motion compensation technology for airborne Synthetic Aperture Radar (SAR), is used to isolate attitude variations and mechanical vibration from aircraft, resulting in stable antenna pointing. In this paper design of based-TMS320LF2407 DSP digital controller for airborne SAR antenna three-axis stabilized platform is presented. The requirement of airborne SAR to stabilized platform and the advantages of this DSP used to implement motion controller are described. The theoretic block and mathematic model of the control system as well as the structure of DSP digital controller are given.Keywords: Airborne SAR, Stabilized platform, TMS320LF2407 DSP, Digital controller1引言机载SAR是最早的成像雷达方式，因其受限制条件少，容易实现，灵活性强，容易实验新技术，并能得到及时维护的特点至今仍是研究的热点。
3.5 陀螺稳定平台
M s = Kα p = M d
式中 K 为稳定回路的总放大系数， αp 为平台绕稳定轴相对惯性空间 的偏差角。
改写上式可得到平台绕稳定轴的稳态误差角
αp =
Md K
由此可见，为了使平台具有足够高的精度，即稳态误差角很小，稳定 回路应具有足够大的放大系数。
2、空间稳定状态
要是平台绕稳定轴以指令角速度 ω c 相对惯性空间主动跟踪空间某 一变化的基准（如跟踪水平面或子午面） ，则应给陀螺内环轴上的力 其大小与指令角速度 ω c 成比例。该电流使 矩器输入一个指令电流 I c ， 力矩器产生一个沿陀螺内环轴方向的指令力矩 M c ，在 M c 的作用下， 陀螺绕外环轴进动。因为此时平台基座没有运动，所以陀螺绕外环轴 相对平台的角速度就等于陀螺在 M c 作用下绕外环轴相对惯性空间的
2.3 由二自由度积分陀螺组成的单轴系统
平台可随平台稳定轴相对基座转动。平台上装有一个双自由度陀 螺，外环轴与稳定轴平行，在外环轴上装有信号器，内环轴上装有力 矩器。信号器、放大器和稳定电机组成稳定回路。
图 二自由度陀螺单轴平台原理
1、几何稳定状态
当干扰力矩 M d 沿稳定轴作用到平台上时，将引起平台以角速度
M g = M c = Kt I c
式中 K t 为力矩器传递系数。 陀螺进动时产生的陀螺力矩为
p M g = Hωc = Hα
则
p = α
Kt Ic H Kt Ic dt H
α p = α0 + ∫
式中 α 0 为 t=0 时刻平台相对惯性参考系的初始偏角。 由此可见，在指令电流的作用下，平台相对惯性参考系的转角 α p 与指令电流的积分成正比。 故可以利用力矩器的输入电流 I c 来控制平 台的转动，使平台按照所需要的规律相对惯性空间转动。如果令指令 力矩
12.15基于线性自抗扰控制器的力矩电机伺服系统控制12.15 - 副本
基于自抗扰控制器的力矩电机伺服系统控制刘洋（桂林电子科技大学电子工程与自动化学院，广西桂林541004）摘要：自抗扰控制器能将被控对象的内、外“总扰动”进行估计并用前馈补偿的方法将其抵消，适于力矩电机因直接驱动所带来干扰的补偿与控制。
针对测量噪声对线性自抗扰控制器观测器带宽的限制，提出了二阶线性自抗扰的相似结构（SLADRC），并结合三阶积分链式微分器对其效果进行了对比仿真验证。
力矩电机的仿真控制实验表明，与二阶线性自抗扰算法相比，基于相似结构的改进的力矩电机控制，能在有测量噪声情况下兼顾系统跟踪精度、突加负载时抗扰动性与抗噪性。
关键词：力矩电机；线性自抗扰控制器；测量噪声；扩张状态观测器Performance Analysis and Improvement on LADRC inDirect Drive TorqueMotor Servo SystemLIU Yang(School of Electronic Engineering and Automation,Guilin University of Electronic Technology,Guilin541004,China)Abstruct: Active disturbance rejection controller(ADRC) have the ability to estimate “total disturbance” of the plant including the internal and external disturbance，and the estimation can offset the total disturbance through the method of feedforward.ADRC is appropriatefor the anti-disturbance requirement of direct drive torque motor servo system.For the observer bandwidth limit caused by measurement noise,a similar linear auto disturbance rejection controller(SLADRC) is proposed.We carried out some simulation contrasts to verify the the algorithm combined with third-order integral chained differentiator subsequently.Results of control simulation experiment of torque motor show that,compared with Second-order LADRC, the improved control of torque motor based on the similar structure,was able to balance the tracking precision of the system, load disturbance and noise tolerance under the circumstance of measurement noise.Keywords:torque motor;LADRC;measurement noise;ESO1 引言力矩电机具有堵转力矩大、空载转速低、过载能力强的特点，适合应用于直接驱动负载的场合。
一种陀螺自稳定控制方法[发明专利]
![一种陀螺自稳定控制方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/d657122089eb172dec63b760.png)
专利名称：一种陀螺自稳定控制方法
专利类型：发明专利
发明人：赵舒芸,宋方,刘继锋,李方昊,丁海妮申请号：CN202010598437.5
申请日：20200628
公开号：CN111796509A
公开日：
20201020
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开一种陀螺自稳定控制方法，该方法包括：明确并分析稳定平台的结构和工作原理；构建MEMS微机械陀螺模型，并计算其传递函数；构建直流力矩电机模型,并计算其传递函数；构建PWM功放环节模型,并计算其传递函数；综合整理各环节的传递函数，并计算得出整个稳定回路的开环传递函数、闭环传递函数；分析原始系统稳定回路时域性能；搭建双轴稳定平台稳定回路的仿真模型、调节PID参数，最终通过比例、积分、微分设定对被控对象进行校正控制。
本发明的陀螺自稳定控制方法，提高了稳定平台的动静态性能和抗干扰能力。
申请人：西安方元明科技股份有限公司
地址：710075 陕西省西安市高新区科技一路59号嬴园雅筑四号楼10401室
国籍：CN
更多信息请下载全文后查看。
光电吊舱陀螺稳定系统遗传算法控制
摘要:本文通过研究航空光电吊舱陀螺稳定系统，对其遗传算法进行控制。
航空光电吊舱作为一个系统具有大时延、非线性的特点，同时要求高跟踪以及精度稳定，因此对控制器提出更高的要求。
基于遗传算法（GA）的PID控制技术抗干扰能力较强，能够提高控制系统对高速动态目标的跟踪能力。
关键词:陀螺稳定系统双闭环控制遗传算法Matlab航空光电吊舱陀螺稳定系统，即吊舱结构形式的机载光电跟踪系统。
它将光电载荷安装在稳定平台上，借助陀螺稳定平台隔离载机的振动，进而获得平台空间，通过控制指令的驱动，完成光电载荷对目标的搜索、捕获、跟踪、定位等一系列的任务。
针对机载光电测量仪器放的稳定性，我们设计了一个两维的支撑平台稳像系统，借助该系统吊舱可以完成搜索与跟踪两项基本任务[1]。
1系统的组成稳像系统由主体仪器、控制放大器和脱靶量计算单元三大部分组成，如图1所示[2]：主体仪器：对于稳像系统而言，两轴支撑的常平架结构构成主体仪器。
外环（方位环）垂直装设于基座上，光电测量仪则装设在内环（水平环）上。
正交处理内、外环的转动轴，外环呈360°全周转动。
将二自由度挠性陀螺仪分别装设在内、外环上，借助锁定回路形成速率陀螺，用以量测两轴转动的角速度。
控制放大器：控制放大器对两环上驱动电机转动的控制是根据操作指令和跟踪目标的脱靶量实现的，确保隔离基座摇摆或测量仪的光轴始终锁定施测目标。
脱靶量计算单元：参照由光电跟踪仪测得的图像信息，脱靶量计算单元用以计算目标的脱靶量，处理结果输入控制器作为系统位置环的输入量。
2系统的技术指标框架运动范围：360°全周转动，上仰60°，下俯90°。
指令状态运动角速度和角加速度的最小值分别为30°/s、50°/s2；当载体正弦摇摆频率为0～3Hz，幅值为2°时，稳像精度均在200（RMS）以上。
3建立系统控制模型基于系统工作原理绘出图1所示的原理方块图：θl位置校正速度校正PWM功放电机框架M f1/SθO陀螺AD速度环位置环图1光电吊舱陀螺稳定系统框图PWM功放：PWM功放在系统工作于线性区时可视为比例环节，其系数设为kM。
第4章陀螺稳定平台
单轴陀螺稳定平台
单轴陀螺稳定系统由平台、平台轴、力矩电机、信 号放大器、速率陀螺组成。力矩电机的定子固定在基座 上，它的转子轴与平台稳定轴固联，平台的稳定轴通过 轴承支撑于基座上。速率陀螺的输入轴与平台的稳定轴 重合，其输出接至控制器，由控制器的输出驱动力矩电 机控制平台转动。
当载体在平台的稳定轴方向有旋转角速度时，会使 平台绕稳定轴相对惯性空间转动ω，速率陀螺输出不为 零，将指令角速度（通常为零）和速率陀螺输出之差进 行处理并放大，输出控制信号驱动力矩电机，使力矩电 机反向抑制ω的变化，从而隔离外加的扰动信号，使平 台姿态保持惯性稳定。
定义
1、基座坐标系b与基座相连 2、横滚环坐标系r与横滚环相连，yr轴沿横滚环轴，与yb轴指
向相同，r系相对b系只能绕yb旋转，产生横滚角θr。
3、俯仰环坐标系f与俯仰环相连，xf轴沿俯仰环轴，与xr轴指
向相同，f系相对r系只能绕xr旋转，产生俯仰角θf。
4、方位环坐标系a与方位环相连，za轴沿方位环轴，与zf轴指
0
s in a cosa
0
0
1
0，Caf 0
1
0
0
cos f sin f
0
s in
f
cos f
系统的框图
ω cmdx
+ Mdx
Yf (s)
1
θf
+ -
+
Jfs
ω cmdz
+ Mdz
Ya (s)
1
θa
+ -
+
Jas
cosθ f
设基座角速度为
(s) (s) Y (s)G(s) cmd (s) 1 Y (s)G(s)
第4章陀螺稳定平台
iibbbbyx
ibbz
a ia
Cbaibb
a ba
cosa sina
0
s in a c os a
0
0 0
iibbbbyx
0 0
iibbbbxy
c os a c os a
b iby
b ibx
s in a s in a
1 ibbz a
b ibz
a
其中 a
是陀螺感测到
ωB反映了系统对输入响应的快慢 1、干扰信号一般为小于5Hz的低频信号， ωB应远大于5Hz， 才能抑制干扰 2、噪声也会形成干扰，频率一般在50-5000Hz， ωB不能 太宽，以免引入噪声干扰 3、修正指令信号的频率
平台对基座角振荡的隔离度
当基座作角振荡时，干扰力矩会引起平台同频率的角振
荡，定义平台角振荡的幅值与基座角振荡的幅值之比为稳定
第四章 陀螺稳定平台
陀螺稳定平台包括 1、惯性平台 2、陀螺稳定装置
陀螺稳定平台的基本功能： 1、稳定功能
抑制外界扰动 2、跟踪功能
按指定的姿态运动
陀螺稳定平台的稳定作用之一是能自动产生卸荷力矩 对消干扰力矩。卸荷力矩分为两类 1、陀螺力矩 2、伺服力矩
陀螺稳定平台的主要类型 1、直接式陀螺稳定平台--干扰力矩由陀螺力矩对消 2、间接式陀螺稳定平台--干扰力矩由伺服力矩对消 3、指示式陀螺稳定平台--干扰力矩由伺服力矩对消 4、动力式陀螺稳定平台--干扰力矩由伺服力矩和陀螺 力矩对消 5、指示-动力式陀螺稳定平台--干扰力矩由伺服力矩和 陀螺力矩对消
0
f ifz
0
f ify
f ify
f ifz
tan f
a iay
陀螺稳定平台的滑膜变结构控制实验研究
１ 稳定 平 台 系统 结 构
该 稳 定 平 台 主要 由双轴 速 率 积 分 陀螺 仪 、 位 方 向和 高低 向直 流力 矩 电机 、 位 向和 高低 向解算 器 、 方 １２钢带 传 动机构 、 撑框 架 、 ／ 支 电磁 锁定 装 置 及 轻质
第３ ２卷 第 ８期
２０ ｌ１年 ８月
兵
工
学
Байду номын сангаас报
Ｖｏ ． Ｎｏ ８ １３２ ． Ａｕｇ ． ２ ０１１
ＡＣＴＡ ＡＲＭＡＭ ＥＮＴＡＲＩ Ｉ
陀螺 稳定平 台的滑膜变 结构控制实验研究
姚 兆 ，刘 杰 ，李 允公 ，衣 英 刚 ，高 飞
（． １ 东北 大学 机 械 工 程 与 自动 化 学 院 ， 宁 沈 阳 ｌ０ ０ ；． 甲兵 技 术 学 院 ， 林 长 春 １０ １ ） 辽 １０ ４２ 装 吉 ３ １７
刘 杰 （９ ４ ） 男 ， 授 ， 士 生 导 师 。 Ｅｍａ ：ｉｉ＠ｍａ ． ｅ ．ｄ ．ｎ １４ 一 ， 教 博 － ｉｊｌ ｌ ｅｕ ｉ Ｎ ｕ ｅ ｕ ａ ｌ
兵 工 学 报
擦 力矩 进行 观测 和 补 偿 的方 法 ， 其 他 方 法相 比具 同 有 较好 的 自适 应能 力 和 较 高 的精 度 ； 于 机 械谐 振 对 定 。 图 １为稳 定平 台原 理框 图 。
冲击 力强 等特 点 ， 效 地 提 高 了 系统 的扰 动 隔 离 精 有 度 和鲁 棒 性 ， 同时 ， 统 结构 简 单 ， 积 小 ， 量 轻 ， 系 体 质
具 备很 强 的实用 性 。
软 件 ， 虑 各 种参 数 扰 动影 响 ， 行 模 型分 析 与 数 考 进 字 动 态 仿 真 ， 复 验 证 模 型 的 准 确 性 。 考 虑 到 稳 反 瞄控 制 系 统是 一 个 高 精 度 控 制 系统 ， 螺 、 转 变 陀 旋 压 器 等 器 件 的 输 出 信 息 属 于 微 弱 信 号 ， 易 受 到 极
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
万方数据
万方数据
万方数据
万方数据
直流力矩电机控制的动力陀螺稳定平台
作者：彭志永， 曹飞， 王鹏辉， 姜东红， PENG Zhi-yong， CAO Fei， WANG Peng-hui， JIANG Dong-hong 作者单位：中国空空导弹研究院,河南洛阳,471000
刊名：
测控技术
英文刊名：Measurement & Control Technology
年，卷(期)：2012,31(4)
1.吴敏;桂卫华;何勇现代鲁棒控制 2006
2.于波;陈云湘;郭秀中惯性技术 1998
3.俞希递;谢宝昌永磁同步直线电机速度H∞控制系统设计[期刊论文]-电机与控制应用 2007(06)
4.范训礼;谢振华;张新家基于LMI的鲁棒控制器设计[期刊论文]-测控技术 2000(01)
本文链接：/Periodical_ckjs201204037.aspx。