基于数字伺服控制器的吊舱陀螺稳定平台设计

基于数字伺服控制器的吊舱陀螺稳定平台设计

1 吊舱及陀螺稳定平台

2 稳定平台设计

2.1 系统总体设计框图

此文设计的陀螺稳定平台主要是要保证各个光传感器的视轴稳定。结合整个吊舱系统，主要是实现以下6个功能：

1)现吊舱的稳定控制;2)实现吊舱的运动控制;3)限位信号输入;4)错误指示电路;5)LOCK电路;6)串口通信。

图l为系统总体设计框图。

2.2.1 陀螺信号处理电路

这里的电源电路设计主要的目的是给各芯片提供基准电压。TSMl212D用于产生±12 V基准电源，给放大器4558和REF02CZ提供基准电压，而REF02CZ用于产生+5 V基准电压，给放大器提供参考电压。图3为电源电路原理图。

2.2.3 吊舱运动信号处理电路

在本系统软件设计中，主要完成陀螺稳定的功能。通过采集Elmo Whistle控制器的模拟输入口由光纤陀螺反馈回来的电压信号AN[1]，在程序设定相应的跟随比例AG[2]，实现相应的陀螺稳定功能。这里的关键是参数AG[2]的确定。这个参数首先有一个估算的过程，估算完成后，可以在稍后的调试环节中进行微调，最终实现精准的陀螺稳定功能。参数AG[2]可以按以下方法估算：

2)光纤陀螺最大感应输出电压为2.5 V，此时对应吊舱的速度应为M，M的值在吊舱设计时已经设定，为60(°)/s;此时电机的转速为S2，则S2的值为：S2=(60/N)xS1;

3)比例因子AG[2]=S2/2.5;

Elmo Whistle内部有可调用函数，通过相应的设置语句，控制器就可以根据判断6个数字输入口的状态，执行相应的内部函数。在本系统中，体现为LOCK信号功能、限位信号功能以及指示输出等。图5为陀螺稳定系统的部分软件流程图。

为了真正实现机载吊舱的数字化，在实现以上功能之外，本系统还就指令控制吊舱运动做了相应的尝试。在原有的软件模块中，通过判断输入口3的状态.增加了一个串口通信模块。如果检测到控制器数字输入口3为低电平，则触发串口通信模块子程序，向控制器发送控制状态字，实现指令控制吊舱功能。当然，这个功能也可以通过PC机向控制器发送相应的指令实现。

3 结束语

配合Elmo公司的Studio界面和Recorder软件，可以分析机载吊舱陀螺稳定平台是否达到技术指标要求，并且在有必要的时候修改系统硬件电路设计和程序中的参数，以达到预期的目标。

本系统最终设计出的机载吊舱陀螺稳定平台，应用于目前的吊舱系统中，吊舱的稳定性能达到50μrad，俯仰转动角度为-120°～+15°，方位转动角度为360°连续，最大转动速度为60(°)/s最大转动加速度200(°)/S2，功耗小于240 W。

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