【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于空間遙感觀測，尤其涉及一種空間相機掃描控制系統隨動與跟蹤解耦方法。
技術介紹
1、隨著航天活動的蓬勃發展，近年來國土資源、氣象測繪等領域對空間遙感觀測的需求日益增加，高分辨率、大幅寬成像成為空間遙感載荷的一大發展趨勢。目前寬幅高分成像主要依托掃描機構帶動反射鏡或鏡體運動，從而實現線陣掃描或面陣拼接成像。高精度的空間機構掃描控制技術，尤其是多軸同步高精度掃描控制技術成為了光學遙感載荷需具備的重要能力之一。
2、多軸驅動同步系統按驅動源間的介質連接方式，可分為剛性連接系統、柔性連接系統、及無連接系統。目前空間相機同步掃描控制領域多采用無連接系統，即去除電機間的物理介質連接，通過整體的控制結構設計與對電機、控制器的建模分析，將各軸的反饋信號在控制系統結構上進行整合，實現多軸同步控制。在無連接同步控制系統中，控制系統的架構和算法設計有多種策略。其中，同一給定控制策略的電機之間沒有耦合，所有電機對參考信號實現一致跟隨，該方法抗干擾能力強，但同步性能較差。智能控制(如滑膜變結構控制、模糊控制、預測控制等)與同一給定控制結合的控制策略，通過提高單臺電機的跟蹤性能，可以提升系統整體的同步性能，但系統結構復雜，計算量大，不適用于工程應用。偏差耦合控制策略的結構可靠性好、耦合程度高、可控電機數量多，應用比較廣泛，但存在補償機制復雜，同步性能受限的問題。改進的偏差耦合控制策略對傳統偏差耦合控制結構的補償環節進行了簡化，在一定程度上對系統的同步性能與跟蹤性能進行了解耦調節，解決了傳統偏差耦合控制結構的同步性調節困難問題，但其仍
技術實現思路
1、本專利技術的技術解決問題：克服現有技術的不足，提供一種空間相機掃描控制系統隨動與跟蹤解耦方法，旨在實現空間相機多軸掃描機構的主動軸跟蹤控制與隨動軸同步控制解耦，在保證高精度同步性能的同時，能夠隔絕隨動軸控制對主動軸的影響，解耦系統跟蹤性能與同步性能，簡化系統結構，降低產品研發成本。
2、為了解決上述技術問題，本專利技術公開了一種空間相機掃描控制系統隨動與跟蹤解耦方法，包括：
3、確定控制對象；其中，控制對象為：空間相機掃描系統中三個獨立的、結構上無耦合關系的軸；
4、通過三個三相無齒槽永磁同步力矩電機，分別驅動三個軸按照規劃的軌跡作連續整周旋轉掃描運動，使三個軸滿足設定要求，在實現寬幅成像的同時，實現空間相機多軸掃描機構的主動軸跟蹤控制與隨動軸同步控制解耦。
5、在上述空間相機掃描控制系統隨動與跟蹤解耦方法中，三個軸分別為：主動軸、第一隨動軸和第二隨動軸。
6、在上述空間相機掃描控制系統隨動與跟蹤解耦方法中，空間相機掃描系統按成像過程分為：成像段和非成像段。
7、在上述空間相機掃描控制系統隨動與跟蹤解耦方法中，通過三個三相無齒槽永磁同步力矩電機，分別驅動三個軸按照規劃的軌跡作連續整周旋轉掃描運動，使三個軸滿足如下設定要求：1)三個軸在成像段做勻速、同步掃描運動，且三個軸在成像段的勻速掃描運動速度不同；2)三個軸在成像段的掃描角度范圍不同，即，三個軸的成像段起始角度和成像段結束角度不同；3)三個軸的成像段時間相同，即，三個軸同時進入成像段，同時經過衛星星下點，同時離開成像段，且三個軸的掃描周期相同。
8、在上述空間相機掃描控制系統隨動與跟蹤解耦方法中，空間相機掃描系統按工作過程分為三個階段：
9、啟動階段：各軸從靜止開始加速運動，同時到達各自的成像段起始角度，且到達各自的成像段起始角度時的速度恰好為各自在成像段的勻速掃描運動速度；
10、掃描階段：從各軸的掃描起始位置開始連續整周旋轉，保持成像段同步，各軸的掃描周期相同；
11、停止階段：各軸從當前運動速度開始緩慢減速，直至速度減為0。
12、在上述空間相機掃描控制系統隨動與跟蹤解耦方法中，還包括：對各軸啟動階段和掃描階段的軌跡進行規劃，得到規劃的軌跡，以滿足成像段各軸掃描的同步性。
13、在上述空間相機掃描控制系統隨動與跟蹤解耦方法中，對各軸啟動階段的軌跡進行規劃，包括：
14、設：在啟動階段的加速段，各軸均從速度0開始作勻加速運動，加速時間均為tqj；則：
15、各軸在啟動階段的加速段的加速度為：
16、
17、其中，表示軸i在加速段的加速度，表示軸i的勻速掃描運動速度；i＝1,2,3；i＝1，表示主動軸；i＝2，表示第一隨動軸；i＝3，第二隨動軸；
18、各軸在啟動階段的加速段的運動角度增量為：
19、
20、其中，表示軸i在加速段ta時刻的運動角度增量，ta∈[0,tqj]；
21、設：在啟動階段的勻速段，各軸以保持勻速運動，各軸勻速運動時間均為tqy；則：
22、各軸在啟動階段的勻速段的運動角度增量為：
23、
24、其中，表示軸i在勻速段tb時刻的運動角度增量，tb∈[0,tqy]；
25、根據確定的各軸在啟動階段的加速段的運動角度增量和各軸在啟動階段的勻速段的運動角度增量，確定各軸在啟動階段的運動角度增量曲線為：
26、
27、其中，表示軸i的成像段結束角度；
28、根據確定各軸啟動階段的軌跡。
29、在上述空間相機掃描控制系統隨動與跟蹤解耦方法中，對各軸掃描階段的軌跡進行規劃，包括：
30、設：在掃描階段，主動軸從成像起始點開始，以做勻速整周旋轉；則：
31、主動軸在掃描階段的角度增量曲線為：
32、
33、其中，tc表示成像段的持續時間；
34、根據確定主動軸在掃描階段的軌跡。
35、設：在掃描階段，第一隨動軸從成像起始點開始，先經歷成像段的勻速運動，再經歷非成像段的變速運動；其中，在掃描階段，第一隨動軸在非成像段的變速運動包括五個階段：勻速段a1、加速段b、勻速段a2、減速段c和勻速段a3，經歷的時間分別為和勻速段a1、勻速段a2和勻速段a3的勻速速度相同，均為則：
36、第一隨動軸在掃描階段的角速度曲線為：
37、
38、其中，表示第一隨動軸在掃描階段的運動時間，a2表示第一隨動軸在變速段的加速度變化量最大值；m2表示第一隨動軸的速度正弦變化頻率；
39、第一隨動軸在掃描階段的角度增量曲線為：
40、
41、根據和確定第一隨動軸在掃描階段的軌跡；
42、設：在掃描階段，第二隨動軸從成像起始點開始，先經歷成像段的勻速運動，再經歷非成像段的變速運動；其中，在掃描階段，第二隨動軸在非成像段的變速運動包括五個階段：勻速段a'1、加速段b'、勻速段a'2、減速段c'和勻速段a'3，經歷的時間分別為和勻速段a'1、勻速段a'2和勻速段a'3的勻速速度相同，均為則：
43、本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種空間相機掃描控制系統隨動與跟蹤解耦方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的空間相機掃描控制系統隨動與跟蹤解耦方法，其特征在于，三個軸分別為：主動軸、第一隨動軸和第二隨動軸。
3.根據權利要求2所述的空間相機掃描控制系統隨動與跟蹤解耦方法，其特征在于，空間相機掃描系統按成像過程分為：成像段和非成像段。
4.根據權利要求3所述的空間相機掃描控制系統隨動與跟蹤解耦方法，其特征在于，通過三個三相無齒槽永磁同步力矩電機，分別驅動三個軸按照規劃的軌跡作連續整周旋轉掃描運動，使三個軸滿足如下設定要求：1)三個軸在成像段做勻速、同步掃描運動，且三個軸在成像段的勻速掃描運動速度不同；2)三個軸在成像段的掃描角度范圍不同，即，三個軸的成像段起始角度和成像段結束角度不同；3)三個軸的成像段時間相同，即，三個軸同時進入成像段，同時經過衛星星下點，同時離開成像段，且三個軸的掃描周期相同。
5.根據權利要求4所述的空間相機掃描控制系統隨動與跟蹤解耦方法，其特征在于，空間相機掃描系統按工作過程分為三個階段：
6.根據權利要求5所述的
7.根據權利要求6所述的空間相機掃描控制系統隨動與跟蹤解耦方法，其特征在于，對各軸啟動階段的軌跡進行規劃，包括：
8.根據權利要求7所述的空間相機掃描控制系統隨動與跟蹤解耦方法，其特征在于，對各軸掃描階段的軌跡進行規劃，包括：
9.根據權利要求8所述的空間相機掃描控制系統隨動與跟蹤解耦方法，其特征在于，
10.根據權利要求1所述的空間相機掃描控制系統隨動與跟蹤解耦方法，其特征在于，三相無齒槽永磁同步力矩電機等效為直流電機，傳遞函數G(s)表示如下：
...【技術特征摘要】
1.一種空間相機掃描控制系統隨動與跟蹤解耦方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的空間相機掃描控制系統隨動與跟蹤解耦方法，其特征在于，三個軸分別為：主動軸、第一隨動軸和第二隨動軸。
3.根據權利要求2所述的空間相機掃描控制系統隨動與跟蹤解耦方法，其特征在于，空間相機掃描系統按成像過程分為：成像段和非成像段。
4.根據權利要求3所述的空間相機掃描控制系統隨動與跟蹤解耦方法，其特征在于，通過三個三相無齒槽永磁同步力矩電機，分別驅動三個軸按照規劃的軌跡作連續整周旋轉掃描運動，使三個軸滿足如下設定要求：1)三個軸在成像段做勻速、同步掃描運動，且三個軸在成像段的勻速掃描運動速度不同；2)三個軸在成像段的掃描角度范圍不同，即，三個軸的成像段起始角度和成像段結束角度不同；3)三個軸的成像段時間相同，即，三個軸同時進入成像段，同時經過衛星星下點，同時離開成像段，且三個軸的掃描周期相...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張艾，郝中洋，李婧，徐彭梅，張可立，黃耀輝，曹宇澤，付智紅，賈黎冬，劉霄揚，李寅龍，田小梅，
申請(專利權)人：北京空間機電研究所，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。