一种多旋翼无人机三轴云台的陀螺解耦方法

www .mesnet.com .cn
������������������������
������������������������
�ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ����������������������
的过程,通过 建 立 两 个 坐 标 系 统 之 间 一 一 对 应 关 系 来 实 现。其中,直角坐标系之间的向量转换基于以下初等 变 换 矩 阵 : [12]
一种三轴陀螺空间解耦算法,实现了三轴陀螺与三轴电机空间的完全解耦,有效提升了云台的响应速度和稳 定 精 度。 通
过 实 际 挂 载 飞 行 证 明 ,该 方 法 在 提 升 云 台 图 像 质 量 方 面 具 有 重 要 的 工 程 应 用 价 值 。
关 键 词 :三 轴 云 台 ;坐 标 变 换 ;耦 合 ;解 耦
中 图 分 类 号 :TP301.6,V248.1
文 献 标 识 码 :A
Method of Gyro Decoupling for Multi-rotor UAV Three-axis Gimbal
Zhang Wei1,ShiShushan1,FangGuangdong1,WangJian2,XuBing2,YangXinying2
螺 积 分 反 馈 可 极 大 地 提 高 平 台 的 稳 定 精 度 。 [8] 在 三 轴 云 台姿态调节过程中,电机轴不正交且三轴陀螺坐标系 与 电 机轴坐标系不重合,若 直 接 采 用 陀 螺 速 度 反 馈 控 制,将 存 在严重的空间轴系 耦 合,影 响 光 学 传 感 器 成 像 质 量,因 此 需要根据耦合产生的原因对其进行深入分析,以便消 除 这 种耦合。参考文献[9]中提出的车载三轴稳定平台 解 耦 方 法适用于每一个轴上都装有陀螺仪的平台,但不适用 于 三 轴陀螺仪安装于最内环轴系上的机载三轴稳定平台;参 考 文献[10]提出的三 轴 陀 螺 稳 定 平 台 中 的 解 耦 方 法 同 样 适 用于单自由度陀螺仪,不适用于使用三轴一体化陀螺 仪 的 三轴稳定平台;参考文献[11]提出的基于三轴稳定 平 台 的 陀螺解耦方法仅对横滚轴的耦合进行了原理分析,未 给 出 三轴陀螺与电机轴的空间完全解耦方法。
Keywords:three-axisgimbal;coordinatetranstformation;coupling;decoupling
引言
随着国家战略转型升级政策的普及,航空飞行器 在 民 用领域得到了前所 未 有 的 发 展,有 人/无 人 机 搭 载 专 用 载 荷在高精度 基 础 测 绘、重 大 自 然 灾 害 监 测 预 警 及 应 急 救 援、资源调查与环境 监 测、智 慧 城 市、电 力 巡 线、国 防 安 全 等 方 面 得 到 了 广 泛 的 应 用 。 [1-6] 近 年 来 ,由 于 民 用 航 空 飞 行器平台设计与制 造 技 术 逐 步 成 熟,市 面 产 品 呈 多 样 化, 具有行业全系统集成已经由平台选型先行逐步向载荷选 型先行转变。
(1.GuizhouPowerGridCo.Ltd.,Guiyang210046,China;2.TianjinZhongweiAerospaceDataSystem TenchnologyCo.Ltd.)
Abstract:Theairbornethree-axisgimbalisusedtocompensateforexternaldisturbancessuchascarrierattitudechangesandvibrationto maintaintheopticalimagingsensor̓sboresightstableintheinertialspace.Inthepaper,athree-axisgyrospacedecouplingalgorithmis proposed,whichrealizesthecompletedecouplingofthethree-axisgyroandthethree-axis motorinspace.The methodeffectivelyimprovestheresponsespeedandthestabilityofthegimbal.Thismethodhasimportantengineeringapplicationvalueinimprovingtheimagequalityofthegimbalbytheactualflight.
本文提出了一种适用于三轴陀螺仪安装于最内环轴 系上的机载三轴云台的陀螺空间解耦算法,实现了三 轴 陀 螺与三轴电机空间的完全解耦,有效提升了云台的响 应 速 度和稳定精度。
1 坐标变换原理
坐标变换是从一种坐标系统变换到另一种坐标系统
30 Microcontrollers & EmbeddedSystems 2019 年第2 期
基于陀螺稳定平 台 的 光 电 载 荷 是 一 个 集 光、机、电 于 一体的复杂系统,用于实现飞机在运动过程中或受到 冲 击 和振动时仍然保持光学成像传感器惯性稳定,输出稳 定 的 视 频 图 像 。 [7] 其 中 ,三 轴 陀 螺 稳 定 平 台 可 有 效 解 决 传 统 两 轴平台因几何约束缺失造成的像旋问题,因此三轴平 台 的 稳定控制受到国内外学者的高度重视和广泛研究。传统 的稳定控制采用电 流 环、速 度 环 和 位 置 环 的 三 环 结 构,其 中位置稳定环采用光电载荷姿态作为位置反馈,由于 外 界 干扰对线性加速度计的影响和传感器姿态收敛延时造成 平台稳定精度较差,速 度 环 采 用 陀 螺 反 馈、位 置 环 采 用 陀
一种多旋翼无人机三轴云台的陀螺解耦方法
张 伟1,石 书 山1,方 广 东1,王 建2,徐 兵2,杨 新 颖2
(1.贵 州 电 网 有 限 公 司 ,贵 阳 210046;2.天 津 航 天 中 为 数 据 系 统 科 技 有 限 公 司)
摘要:机载三轴云台用于补偿载体姿态变化和振动等 外 界 干 扰,保 持 光 学 成 像 传 感 器 视 轴 惯 性 空 间 稳 定。 本 文 提 出 了