一种非正交六杆动中通伺服系统及控制方法.docx

一种非正交六杆动中通伺服系统及控制方法一种非正交六杆动中通伺服系统及控制方法一种非正交六杆动中通伺服系统及控制方法，包括测量反馈单元、控制单元、驱动单元、伺服天线，其中测量反馈单元又包括方位角度编码器、俯仰位置编码器、横滚位置编码器、极化角度编码器、数据采集卡；控制单元又包括ACU、捷联惯组、六轴运动控制及驱动模块；驱动单元又包括直线电机、方位涡轮蜗杆、极化涡轮蜗杆、电动推杆，直线电机又包括第一直线电机、第二直线电机，电动推杆又包括第一电动推杆、第二电动推杆、第三电动推杆、第四电动推杆本发明机械结构简单，伺服控制系统集成度高，能实现四轴联动以及小型化和轻量化专利说明】一种非正交六杆动中通伺服系统及控制方法【技术领域】 [0001]本发明涉及一种非正交六杆动中通伺服系统及控制方法，属于动中通伺服系统领域背景技术】 [0002]传统的动中通伺服系统，多采用双轴或三轴正交或者偏置的方式实现，转动机构多采用轴系结构，伺服控制方法多采用基于PID经典控制理论的多电机驱动方式 [0003]动中通伺服系统的特点是要求系统简单可靠、响应速度快，但对控制精度要求不高采用正交或者偏置的轴系结构实现动中通伺服系统，其结构比较复杂，对加工、安装及调整精度要求高，而且由于轴系结构自身的特点，在动中通伺服系统进行小型化和轻量化设计时，轴系结构会带来天然的障碍，使动中通系统小型化和轻量化变得困难。

[0004]动中通伺服系统的轴系结构中，采用齿轮传动的结构型式较多，还有一些系统采用带传动或者链传动齿轮传动，尤其是三个空间正交的轴都通过齿轮传动，会使动中通伺服系统的空间尺寸增大、结构复杂、可靠性和维护性降低，在运转中会产生振动、冲击和噪声并产生动载荷，而且在过载荷时没有保护作用；带传动或者链传动，需要的安装空间大，工作中容易磨损或者产生振动脱落，而且响应速度慢；因此，这几种动中通伺服系统的轴系结构方式都有一定的局限性，尤其是需要进行小型化和轻量化设计时会产生许多不可避免的干涉和矛盾 [0005]与动中通伺服系统轴系结构相对应的控制方法，多采用多电机驱动的方式一般来说，现有的动中通伺服控制系统主要包括控制单元、驱动单元和测量反馈单元，其中控制单元主要由工控机或ACU、捷联惯组或者运动控制单元组成，驱动单元由伺服电机和驱动器组成，测量反馈单元由速率陀螺、编码器等组成这种动中通伺服控制方式结构较为复杂，中间环节较多，控制链路较长，集成度低，在增加了动中通伺服系统结构复杂程度的同时，不利于控制系统的简化和可靠设计，也不利于系统的调试和故障的判断、定位和排除，更不利于系统的小型化和轻量化。

发明内容】 [0006]本发明的技术解决问题是:针对现有技术的不足，提供了一种非正交六杆动中通伺服系统及控制方法，机械结构简单，伺服控制系统集成度高，能实现四轴联动以及小型化和轻量化 [0007]本发明的技术解决方案是: [0008]一种非正交六杆动中通伺服系统包括:测量反馈单元、控制单元、驱动单元、伺服天线；其中，测量反馈单元又包括方位角度编码器、俯仰位置编码器、横滚位置编码器、极化角度编码器、数据采集卡；控制单元又包括集中控制单元A⑶、捷联惯组、六轴运动控制及驱动模块；驱动单元又包括直线电机、方位涡轮蜗杆、极化涡轮蜗杆、电动推杆，直线电机又包括第一直线电机、第二直线电机，电动推杆又包括第一电动推杆、第二电动推杆、第三电动推杆、第四电动推杆； [0009]数据采集卡从方位角度编码器、俯仰位置编码器、横滚位置编码器、极化角度编码器采集方位角度信息、俯仰位置信息、横滚位置信息、极化角度信息，并将上述信息发送至A⑶和捷联惯组； [0010]ACU实时接收数据采集卡采集到的方位角度信息、俯仰位置信息、横滚位置信息、极化角度信息，并将俯仰位置信息和横滚位置信息转换为俯仰角度信息和横滚角度信息，然后将方位角度信息、俯仰角度信息、横滚角度信息、极化角度信息用于进行用户监控;ACU用于向捷联惯组供电，并通过数据交互读取捷联惯组发送的系统姿态信息用于对捷联惯组的是否正常工作的状态进行判断；A⑶用于向捷联惯组发出控制指令，所述控制指令包括卫星的名称、经度参数、极化方式、信标频率、对星时间、对星方式(静态对星或者动态对星)； [0011]捷联惯组用于实时测量姿态信息，并将测量得到的姿态信息进行坐标变换，同时实时接收数据采集卡采集到的方位角度信息、俯仰位置信息、横滚位置信息、极化角度信息，并将俯仰位置信息和横滚位置信息转换为俯仰角度信息和横滚角度信息，然后将方位角度信息、俯仰角度信息、横滚角度信息、极化角度信息与坐标变换后的姿态信息进行比较，同时捷联惯组根据ACU发出的控制指令中的卫星的名称、经度参数、极化方式、信标频率找寻需要对准卫星的位置，并按照ACU发出的对星方式在规定的对星时间内将比较结果转换为脉冲信号发送至六轴运动控制及驱动模块用于进行对星； [0012]六轴运动控制及驱动模块根据捷联惯组发送的脉冲信号进行对星，进行对星的具体方式如下:六轴运动控制及驱动模块输出六路控制和驱动信号，第一路控制和驱动信号输出到第一直线电机，第一直线电机推动方位涡轮蜗杆做方位旋转进而推动伺服天线做方位旋转；第二路和第三路控制和驱动信号输出到第一电动推杆和第二电动推杆，第一电动推杆和第二电动推杆推动伺服天线按照一定角度做俯仰旋转；第四路和第五路控制和驱动信号输出到第三电动推杆和第四电动推杆，第三电动推杆和第四电动推杆推动伺服天线按照一定角度做横滚旋转；第六路控制和驱动信号输出到第二直线电机，第二直线电机推动极化涡轮蜗杆按一定角度做极化旋转；所述的方位旋转、俯仰旋转、横滚旋转和极化旋转相互独立，在空间形成4个自由度； [0013]方位角度编码器、俯仰位置编码器、横滚位置编码器、极化角度编码器实时获取方位旋转、俯仰旋转、横滚旋转和极化旋转时的方位角度信息、俯仰位置信息、横滚位置信息、极化角度信息。

[0014]所述捷联惯组采用激光或者光纤捷联惯组 [0015]所述六轴运动控制及驱动模块输出六路控制和驱动信号控制和驱动直线电机、电动推杆、方位涡轮蜗杆、极化涡轮蜗杆的起动、停止、转动动作以及位置、速度和扭矩位置变化 [0016]所述第一电动推杆和第二电动推杆固定在天线的对称两侧；第三电动推杆和第四电动推杆对称地固定在天线的另外两侧，第一电动推杆和第二电动推杆形成的运动平面与第三电动推杆和第四电动推杆形成的运动平面垂直正交 [0017]捷联惯组进行姿态信息和数据采集卡采集转化后的方位角度信息、极化角度信息、俯仰角度信息、横滚角度信息进行比较的原则如下:判断姿态信息中包含的方位角度信息、极化角度信息、俯仰角度信息、横滚角度信息和数据采集卡采集转化后的方位角度信息、极化角度信息、俯仰角度信息、横滚角度信息是否一致，若一致时不进行角度补偿，若不一致时进行角度补偿，角度补偿作为比较结果 [0018]一种基于动中通伺服系统的控制方法，包括步骤如下: [0019](I)方位角度编码器、俯仰位置编码器、横滚位置编码器、极化角度编码器实时获取方位旋转、俯仰旋转、横滚旋转和极化旋转时的方位角度信息、俯仰位置信息、横滚位置信息、极化角度信息； [0020](2)数据采集卡从方位角度编码器、俯仰位置编码器、横滚位置编码器、极化角度编码器采集方位角度信息、俯仰位置信息、横滚位置信息、极化角度信息，并将上述信息发送至A⑶和捷联惯组； [0021](3)ACU实时接收数据采集卡采集到的方位角度信息、俯仰位置信息、横滚位置信息、极化角度信息，并将俯仰位置信息和横滚位置信息转换为俯仰角度信息和横滚角度信息，然后将方位角度信息、俯仰角度信息、横滚角度信息、极化角度信息用于进行用户监控； [0022](4)A⑶向捷联惯组发出控制指令，所述控制指令包括卫星的名称、经度参数、极化方式、信标频率、对星时间、对星方式；同时ACU通过数据交互读取捷联惯组发送的系统姿态信息用于对捷联惯组的工作状态进行判断； [0023](5)捷联惯组实时测量姿态信息，并将测量得到的姿态信息进行坐标变换，同时实时接收数据采集卡采集到的方位角度信息、俯仰位置信息、横滚位置信息、极化角度信息，并将俯仰位置信息和横滚位置信息转换为俯仰角度信息和横滚角度信息； [0024](6)捷联惯组将步骤(5)中得到的方位角度信息、俯仰角度信息、横滚角度信息、极化角度信息，与步骤(5)中坐标变换后的姿态信息进行比较，判断姿态信息中包含的方位角度信息、极化角度信息、俯仰角度信息、横滚角度信息和数据采集卡采集转化后的方位角度信息、极化角度信息、俯仰角度信息、横滚角度信息是否一致，若一致时不进行角度补偿并进入步骤(9)，若不一致时进行角度补偿，角度补偿作为比较结果； [0025](7)捷联惯组根据A⑶发出的控制指令中的卫星的名称、经度参数、极化方式、信标频率找寻需要对准卫星的位置，并按照ACU发出的对星方式在规定的对星时间内将步骤(6)中角度补偿的比较结果转换为脉冲信号发送至六轴运动控制及驱动模块用于进行对星； [0026](8)六轴运动控制及驱动模块根据捷联惯组发送的脉冲信号完成对星，行对星的具体方式如下:六轴运动控制及驱动模块输出六路控制和驱动信号，第一路控制和驱动信号输出到第一直线电机，第一直线电机推动方位涡轮蜗杆做方位旋转进而推动伺服天线做方位旋转；第二路和第三路控制和驱动信号输出到第一电动推杆和第二电动推杆，第一电动推杆和第二电动推杆推动伺服天线按照一定角度做俯仰旋转；第四路和第五路控制和驱动信号输出到第三电动推杆和第四电动推杆，第三电动推杆和第四电动推杆推动伺服天线按照一定角度做横滚旋转；第六路控制和驱动信号输出到第二直线电机，第二直线电机推动极化涡轮蜗杆按一定角度做极化旋转；所述的方位旋转、俯仰旋转、横滚旋转和极化旋转相互独立，在空间形成4个自由度； [0027](9)对星结束。

[0028]本发明的实现方法与现有技术相比的优点在于: [0029](I)相对于传统动中通轴系结构，本发明采用A⑶、捷联惯组和六轴运动控制及驱动模块组成的系统结构实现了结构简单和操作方便的非正交六杆动中通伺服系统，伺服控制系统集成度高；同时本发明相对于传统动中通系统成本较低、控制效率高、可靠性强，符合动中通系统小型化、轻量化和低成本的发展趋势 [0030](2)本发明采用非正交六杆的结构形式实现了方位旋转、俯仰旋转、横滚旋转和极化旋转四轴联动和四个自由度的运动，增加了系统的环境适应性，同时机械结构简单，易于实现，为动中通伺服系统的小型化和轻量化提供了可能性和可操作性 [0031](3)本发明采用运动控制卡和驱动器集成的方式实现电机驱动，减少了中间链路和环节，增加了系统的可靠性和可维护性，控制过程简单；本发明选用具有减速功能的直线电机，将电能直接转换成直线运动机械能，不需要任何中间转换机构，结构简单专利附图】【附图说明】 [0032]图1为本发明系统组成原理框图； [0033]图2为本发明系统控制流程图具体实施方式】 [0034]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述: [0035]如图1所示，一种非正交六杆动中通伺服系统包括:测量反馈单元、控制单元、驱动单元、伺服天线；其中，测量反馈单元又包括方位角度编码器、俯仰位置编码器、横滚位置编码器、极化角度编码器、数据采集卡；控制单元又包括集中控制单元ACU、捷联惯组、六轴运动控制及驱动模块；驱动单元又包括直线电机、方位涡轮蜗杆、极化涡轮蜗杆、电动推杆，直线电机又包括第一直线电机、第二直线电机，电动推杆又包括第一电动推杆、第二电动推杆、第三电动推杆、第四电动推杆； [0036]数据采集卡从方位角度编码器、俯仰位置编码器、横滚位置编码器、极化角度编码器采集方位角度信息。