一种船用高精度控制扰动补偿稳台及补偿控制方法与流程

1.本发明涉及船载稳台相关技术领域，尤其涉及一种船用高精度控制扰动补偿稳台及补偿控制方法。


背景技术：

2.船载稳台是船载精密仪器中非常重要的核心设备。用以补偿航行过程中的横摇纵摇和垂向移动。目前主要采用姿态传感器被动补偿的方式进行稳台控制。用此种方法操作简单，但也存在如下问题：1)普通姿态传感器采样速率不高，且协议需要解析，补偿延时效果明显，动作明显迟滞，精度不高。2)高精度惯导体积巨大，价格十分高昂，成本甚至超过需要稳定的精密仪器本身，实用性不高，只能应用于军工等特殊装备场景。
3.有鉴于上述的缺陷，本设计人积极加以研究创新，以期创设一种船用高精度控制扰动补偿稳台及补偿控制方法，使其更具有产业上的利用价值。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种船用高精度控制扰动补偿稳台及补偿控制方法。
5.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.本发明目的之一：
7.一种船用高精度控制扰动补偿稳台，包括：
8.用于搭载负载的负载平台；
9.用于感知柔性组件对各个方向的压力情况的压电轴承，压电轴承上至少设置有三个方向的压电传感器；
10.用于固定压电轴承的外圈，且防止其移位造成柔性组件倾斜的支撑杆；
11.用于连接其上的垂直电机、横向电机和纵向电机以实现移动并带动万向节运动的移动平台，
12.用于提前感知扰动的柔性组件；
13.用于读取压电轴承的数据并进行快速并行处理，且控制垂直电机、横向电机和纵向电机进行补偿的处理器；
14.其中，垂直电机、横向电机和纵向电机分别位于三轴坐标上的三个方向；
15.负载平台由柔性组件支撑，柔性组件由压电轴承和万向节固定，压电轴承由多根支撑杆固定，万向节固定在可自由滑动的移动平台上，移动平台与垂直电机、横向电机和纵向电机相连并可实现三轴方向上的运动，处理器通过电子线路连接至压电轴承、垂直电机、横向电机和纵向电机上并实现数据读取和控制输出。
16.作为本发明的进一步改进，柔性组件为非线性韧度组件，且柔性组件的上半部分韧性大于下半部分。
17.作为本发明的进一步改进，柔性组件为柔性杆或者k值非线性弹簧。
18.作为本发明的进一步改进，处理器为fpga芯片或者dsp芯片或者cpu。
19.本发明目的之二：
20.一种船用高精度控制扰动补偿稳台的补偿控制方法，依次包括以下步骤：
21.步骤s1、在环境出现抖动、震动、横摇的姿态干扰下，通过柔性组件对干扰进行时域迟滞传动，防止其无延时造成负载平台同步移动；
22.步骤s2、压电轴承感知柔性组件的扰动方向，并产生电压反馈给处理器；
23.步骤s3、处理器获取反馈电压后并行计算将纠正值输出给垂直电机、横向电机和纵向电机；
24.步骤s4、垂直电机、横向电机和纵向电机在得到处理器的指令以后迅速动作，带动移动平台补偿回位。
25.作为本发明的进一步改进，压电轴承应至少可感知三轴方向上的力。
26.作为本发明的进一步改进，垂直电机、横向电机和纵向电机分别位于三轴坐标上的三个方向。
27.借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
28.1、由于柔性杆的设计对扰动进行了迟滞分时处理，通过处理器可以在柔性杆争取到的迟滞时间内将扰动消除，而现有技术都为后补偿，只能尽量小的、尽量快的减小扰动干扰，而不是消除干扰。
29.2、在外界没有干扰的情况下，三块压电传感器处于静态状态，系统不启动预补偿；在外界出现干扰时，处理器迅速分析三块压电传感器的数据，在平台被干扰前迅速补偿，保持平台稳定。
30.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
32.图1是本发明一种船用高精度控制扰动补偿稳台的结构示意图。
33.其中，图中各附图标记的含义如下。
34.1 负载平台
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2 压电轴承
35.3 支撑杆
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4 移动平台
36.5 处理器
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6 垂直电机
37.7 横向电机
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8 柔性组件
38.9 万向节
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10 纵向电机
具体实施方式
39.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
40.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
41.实施例
42.如图1所示，
43.本发明目的之一：
44.一种船用高精度控制扰动补偿稳台，包括：
45.用于搭载负载的负载平台1；
46.用于感知柔性组件8对各个方向的压力情况的压电轴承2，压电轴承2上至少设置有三个方向的压电传感器；
47.用于固定压电轴承2的外圈，且防止其移位造成柔性组件8倾斜的支撑杆3；
48.用于连接其上的垂直电机6、横向电机7和纵向电机10以实现移动并带动万向节9运动的移动平台4，
49.用于提前感知扰动的柔性组件8；
50.用于读取压电轴承2的数据并进行快速并行处理，且控制垂直电机6、横向电机7和纵向电机10进行补偿的处理器5；
51.其中，垂直电机6、横向电机7和纵向电机10分别位于三轴坐标上的三个方向；
52.负载平台1由柔性组件8支撑，柔性组件8由压电轴承2和万向节9固定，压电轴承2由多根支撑杆3固定，万向节9固定在可自由滑动的移动平台4上，移动平台4与垂直电机6、横向电机7和纵向电机10相连并可实现三轴方向上的运动，处理器5通过电子线路连接至压电轴承2、垂直电机6、横向电机7和纵向电机10上并实现数据读取和控制输出。
53.柔性组件8为非线性韧度组件，且柔性组件8的上半部分韧性大于下半部分。
54.柔性组件8为柔性杆或者k值非线性弹簧。
55.处理器5为fpga芯片或者dsp芯片或者cpu。
56.本发明目的之二：
57.一种船用高精度控制扰动补偿稳台的补偿控制方法，依次包括以下步骤：
58.步骤s1、在环境出现抖动、震动、横摇的姿态干扰下，通过柔性组件8对干扰进行时域迟滞传动，防止其无延时造成负载平台1同步移动；
59.步骤s2、压电轴承2感知柔性组件8的扰动方向，并产生电压反馈给处理器5；
60.步骤s3、处理器5获取反馈电压后并行计算将纠正值输出给垂直电机6、横向电机7和纵向电机10；
61.步骤s4、垂直电机6、横向电机7和纵向电机10在得到处理器5的指令以后迅速动作，带动移动平台4补偿回位。
62.外部有扰动时，由于惯性作用，负载平台1由于柔性杆的柔性保持短时不动，柔性杆在压电轴承2和万向节9之间的部分发生弯曲，并挤压压电轴承2，压电轴承2感知到形变
以后将形变信号转变成电压型号反馈给处理器5(fpga芯片)，处理器5迅速进行并行计算并得出补偿值输出给垂直电机6、横向电机7和纵向电机10在负载平台1运动之前迅速进行补偿回位，将扰动形变补偿，阻止其传导至负载平台1。
63.由于柔性杆的设计对扰动进行了迟滞分时处理，同时处理器5(fpga芯片)是并行处理器，处理速度非常快，可以在柔性杆争取到的迟滞时间内将扰动消除。而现有技术都为后补偿，只能尽量小的、尽量快的减小扰动干扰，而不是消除干扰。
64.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指咧所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
65.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接：可以是机械连接，也可以是电连接：可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通.对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
66.以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。