一种提高微机械陀螺稳像平台精度的方法

1.一种提高微机械陀螺稳像平台精度的方法，其特征在于：依次包括如下步骤：
a)在稳像平台(1)上安装加速度计(3)以及在光电转台(5)上安装微机械陀螺仪(4)，并将加速度计(3)与光电转台(5)电连接于控制系统；
b)当有扰动力矩作用于光电转台(5)时，光电转台(5)姿态角发生改变，微机械陀螺仪(4)检测扰动角速度ωs,控制系统根据角速度公式ω＝ωs-ω0计算得到实际角速度ω，并发出指令控制光电转台(5)内的电机产生与实际角速度ω大小相等、方向相反的转速，使稳像平台(5)保持相对静止，式中，ω0为零点偏置补偿量；
c)加速度计(3)检测稳像平台(1)的姿态角度，当稳像平台(1)相对静止时，加速度计(3)检测的角度不变，当稳像平台(1)产生偏移时，控制系统利用单神经元PI调节器通过PI公式： 得到k时刻的固定零点偏置补偿量ω0(k)，式中k为系统
的采样时刻，e(k)为k时刻设定的稳像目标角度与加速度计(3)实际检测的角度的差值，KP＝0.009，Ki＝0.007；
d)通过公式ω'＝ωs-ω0(k)得到修正后的实际角速度ω'，控制系统发出指令控制光电转台(5)内的电机产生与实际角速度ω'大小相等、方向相反的转速。
2.根据权利要求1所述的提高微机械陀螺稳像平台精度的方法，其特征在于：所述步骤a)中的加速度计(3)平行于稳像平台(1)安装。
3.根据权利要求1所述的提高微机械陀螺稳像平台精度的方法，其特征在于：所述步骤a)中的微机械陀螺仪(4)垂直于稳像平台(1)安装。

一种提高微机械陀螺稳像平台精度的方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种提高微机械陀螺稳像平台精度的方法。\n背景技术\n[0002] 陀螺稳像平台是一种控制执行单元抵消外部扰动的平台，它可以使搭载的摄像设备有效的隔离运动载体的各种振动、起伏、颠簸，消除图像的模糊和晃动。\n[0003] 陀螺仪是一种可以准确检测物体运动角速度的器件，它在国防、航空航天中有着战略性的地位。高精度的微机械陀螺仪在欧美国家是受到出口限制的，这就可见对陀螺仪的研究，对一个国家科技水平的提升有着十分巨大的作用。而微机械(MEMS)陀螺仪相对传统陀螺仪有着成本低、体积小、系统集成度高等优点，现在被广泛应用于各种机电设备中，但是微机械陀螺仪也存在着测量精度不高的问题，使其在高精度产品中的应用非常少。\n[0004] 陀螺仪的精度指标主要为零点偏置稳定性。在微机械陀螺仪中是零点偏置稳定性是比较大的，即精度相对较低。零点偏置稳定性就是，陀螺仪在静止时有一个不固定的零点偏置，零点偏置稳定性越大，零点偏置的最大值就越大，这个不固定的零点偏置就是影响陀螺仪精度的主要原因。当设置一个固定的零点偏置补偿量ω0后，角速度ω＝ωs-ω0，其中ωs是陀螺仪的检测数据。但是由于零点偏置的不固定性，补偿固定的ω0是不准确的，且陀螺仪受到温度、机械振动等因素的影响，使其测量的数据ωs也存在误差，通过ω＝ωs-ω0得到角速度值就不准确了，稳像平台的精度也就难以保证。\n[0005] 因此提高使用低成本、较低精度的微机械陀螺仪稳像平台的精度，是陀螺稳像平台技术中重要的难题。\n发明内容\n[0006] 本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种使用加速度计检测稳像平台偏移量作为反馈量，构成闭环控制，使用智能PI调节器动态改变陀螺仪的零点偏置补偿量ω0，使稳像平台保持精度的提高微机械陀螺稳像平台精度的方法。\n[0007] 本发明克服其技术问题所采用的技术方案是：\n[0008] 本提高微机械陀螺稳像平台精度的方法，依次包括如下步骤：\n[0009] a)在稳像平台上安装加速度计以及在光电转台上安装微机械陀螺仪，并将加速度计与光电转台电连接于控制系统；\n[0010] b)当有扰动力矩作用于光电转台时，光电转台姿态角发生改变，微机械陀螺仪检测扰动角速度ωs,控制系统根据角速度公式ω＝ωs-ω0计算得到实际角速度ω，并发出指令控制光电转台内的电机产生与实际角速度ω大小相等、方向相反的转速，使稳像平台保持相对静止；\n[0011] c)加速度计检测稳像平台的姿态角度，当稳像平台相对静止时，加速度计检测的角度不变，当稳像平台产生偏移时，控制系统利用单神经元PI调节器通过PI公式：\n得到k时刻的固定零点偏置补偿量ω0(k)，式中k为系统的采样\n时刻，e(k)为k时刻设定的稳像目标角度与加速度计实际检测的角度的差值，KP＝0.009，Ki＝0.007。\n[0012] d)通过公式ω'＝ωs-ω0(k)得到修正后的实际角速度ω'，控制系统发出指令控制光电转台内的电机产生与实际角速度ω'大小相等、方向相反的转速。\n[0013] 为了提高测量精度，上述步骤a)中的加速度计平行于稳像平台安装。\n[0014] 为了提高测量精度，上述步骤a)中的微机械陀螺仪垂直于稳像平台安装。\n[0015] 本发明的有益效果是：通过加速度计测量实际角度差值，并反馈至控制系统，因此实现了闭环控制，通过动态改变零点偏置补偿量ω0进而修正实际角速度ω，因此解决设定固定的零点偏置补偿量，导致达不到稳像平台精度的问题。\n附图说明\n[0016] 图1为本发明的稳像平台的主视结构示意图\n[0017] 图2为本发明的稳像平台的左视结构示意图\n[0018] 图中，1.摄像机 2.稳像平台 3.加速度计 4.微机械陀螺仪 5.光电转台。\n具体实施方式\n[0019] 下面结合附图1、附图2对本发明做进一步说明。\n[0020] 本提高微机械陀螺稳像平台精度的方法，依次包括如下步骤：\n[0021] (1)在稳像平台1上安装加速度计3以及在光电转台5上安装微机械陀螺仪4，并将加速度计3与光电转台5电连接于控制系统。(2)当有扰动力矩作用于光电转台5时，光电转台5姿态角发生改变，微机械陀螺仪4检测扰动角速度ωs,控制系统根据角速度公式ω＝ωs-ω0计算得到实际角速度ω，并发出指令控制光电转台5内的电机产生与实际角速度ω大小相等、方向相反的转速，使稳像平台5保持相对静止。(3)加速度计3检测稳像平台1的姿态角度，当稳像平台1相对静止时，加速度计3检测的角度不变，当稳像平台1产生偏移时，控制系统利用单神经元PI调节器通过PI公式： 得到k时刻的固定\n零点偏置补偿量ω0(k)，式中k为系统的采样时刻，e(k)为k时刻设定的稳像目标角度与加速度计3实际检测的角度的差值，KP＝0.009，Ki＝0.007。(4)通过公式ω'＝ωs-ω0(k)得到修正后的实际角速度ω'，控制系统发出指令控制光电转台5内的电机产生与实际角速度ω'大小相等、方向相反的转速。 为从0时刻到k时刻e(k)的和。当选取KP过大时，会不可避免的带来较大的超调量；当选取KP较小时，系统的调节速度就会降低，当KP为0.009为最优值。当Ki过大时，会使系统输出的动态性能变差，超调量增大，甚至使系统不稳定；当Ki过小时，则消除稳态误差的速度太慢，积分系数Ki的值应取得适中，Ki为0.007。通过加速度计3测量实际角度差值，并反馈至控制系统，因此实现了闭环控制，通过动态改变零点偏置补偿量ω0进而修正实际角速度ω，因此解决设定固定的零点偏置补偿量，导致达不到稳像平台精度的问题。\n[0022] 如附图1和附图2所示，步骤(1)中的加速度计3平行于稳像平台1安装，微机械陀螺仪4垂直于稳像平台1安装。加速度计3平行于稳像平台1安装可以提高测量精度。而微机械陀螺仪4垂直于稳像平台1安装使其保证与稳像平台2的俯仰轴相平行，避免了倾斜安装易造成测量精度低的情况发生，进一步提高了使用的可靠性。