Система сканирования и стабилизации изображения (стр. 3 из 5)
Электропривод серии ЭДБМ представляет собой функционально завершенное устройство, интегрированное в единую конструкцию, включающее в себя электродвигатель встраиваемого (ДБМ), систему управления и датчик положения ротора.
Рис.1Вид электропривода со стороны блока управления. Рис.2. Вид электропривода со стороны двигателя
Электропривод имеет сквозное осевое отверстие, что позволяет применять его в конструкциях с проходным валом. Небольшой размер в осевом направлении позволяет легко встраивать электропривод в различные устройства и агрегаты.
2.2 Моделирование работы системы
Рассмотрим более подробно работу данной системы.
Сигналы управления приводами вырабатываются пошагово: шаги задаются моментами приема информации, поступающей с периодом 12.8 мс.
Вся активная работа приводов разделяется на отдельные фазы, из них выделяется фаза сканирования, остальные фазы относятся к вспомогательному движению. Длительность всех фаз занимает целое число шагов.
Вначале работы система ожидает сигнал - "начало шага".
Когда сигнал "начало шага" принят, то осуществляется прием и преобразование данных, необходимых на каждом шаге. К этой информации относятся: - угол крена, угол тангажа, угол рыскания, высота полёта, скорость самолёта. Период приёма этой информации 12.8 мс – этим определяется длина шага.
Затем происходит приём следующих данных – параметр перекрытия, угол захвата – угловой размер снимаемой полосы.
После этого производится планирование съемки. Определяются основные опорные точки:
1) Начальное положение;
2) Стартовая точка;
3) Начало сканирования;
4) Конец сканирования.
Вся активная работа приводов разделена на следующие фазы:
1) Начальная установка (setup, движение ОЭП (изображения) из произвольного положения в точку старта, которая несколько отличается от точки – начало сканирования);
2) Топтание на месте (marktime, ожидание начала съёмки в точке старта);
3) Разгон (start, движение ОЭП из точки старта в точку – начало сканирования, осуществляется при подаче сигнала “Съемка”);
4) Сканирование (scan, движение ОЭП из точки – начало сканирования в точку - конец сканирования);
5) Реверс (revers, движение ОЭП из точки – конец сканирования в точку - начало сканирования);
6) Возвращение в исходное состояние (reset, движение ОЭП из точки – конец сканирования в точку начального положения).
Для каждой фазы движения приводов (кроме фазы Топтание на месте) рассчитывается ее продолжительность в виде числа шагов отводимых на ее выполнение:
1) N_setup;
2) N_start;
3) N_scan;
4) N_revers;
5) N_reset.
По окончании планирования начинается фаза - “начальная установка”.
Принимаются и преобразуются данные с датчиков угловой скорости и с датчиков углового положения.
По данным, полученным ранее, и по датчикам угловой скорости аппарата пошагово вычисляются матрицы поворота горизонтальная система координат <-> связанная система координат.
В течение N_setup шагов происходит движение изображения ОЭП из исходного положения в стартовое положение:
Следующей устанавливается фаза “топтание на месте”. В течение неопределенного количества шагов, пока не получен сигнал "Съемка", производится удержание изображения ОЭП в стартовом положении, не смотря на возмущение.
При получении сигнала "Съемка" начинается фаза “разгон”. В течение N_startшагов приводы разгоняются из стартового положения до положения - начало сканирования.
Следующая фаза – фаза “сканирование”, в течение N_scanшагов осуществляется сканирование:
После сканирование, если сигнал "Съемка" есть, то начинается следующая фаза - “реверс”. В течение N_reversшагов приводы совершают реверсивное движение до положения - начало сканирования, - и опять начинается фаза сканирования.
Если же после сканирования сигнал "Съемка" отсутствует, то начинается фаза “возвращение”. В течение N_reset шагов приводы возвращают изображение ОЭП в начальное положение.
Теперь опишем принцип управления приводом:
1. Сигналы управления приводом.
На вход контроллера периодически (с периодом dT = 12.8 мс) подаём рассчитанные нами:
- значения углов поворота ротора UA(n) в радианах;
- значения угловой скорости UW(n).
2. Контроллер работает с тактом, имеющим период dt = 1 мс. На каждом такте – i,
, где 
(ceil(x) – наименьшее целое число, не меньшее x), контроллер пересчитывает воздействия по формулам: 
То есть контроллер экстраполирует полученные значения на весь интервал до получения следующего значения.
3. Контроллеру доступны квантованные данные датчика угла поворота ротора – qA(i).
4. Каждый такт i контроллер вычисляет сигнал управления приводом
,(m=2,…,10).
Здесь Ka и Kw коэффициенты. Воздействие вычисляется как функция от разности реального и требуемого угла поворота ротора и разности реальной и требуемой угловых скоростей.
5. Модель управления приводом имеет вид:
где A(i) – истинный угол поворота ротора;
W(i) – истинная угловая скорость.
То есть угловая скорость и угол корректируются с учётом отличия от требуемого значения.
Теперь продемонстрируем графически сканирование.
Пусть нужно совершить два скана. На рисунке 3.2.1 изображён график требуемого углового движения ротора относительно Земли. На графике разными цветами: синим и красным отделены этапы работы привода. Сначала начальная установка, затем разгон, затем сканирование, реверс, второе сканирование и возвращение в исходное состояние.
Рис 3.2.1 График углового движения ротора относительно Земли
Нам необходимо, чтобы на этапе сканирования график изменения угла был линейным угол изменялся от -0.3 радиан до 0.3 радиан за 10 секунд. То есть
.Будем считать, что на остальных фазах изменение квадратичное. При начальной установке:
, т.к. при t = 0 угол равен нулю, то С1 = 0.При разгоне:
.При реверсе:
.При возвращении в исходной состояние:
.В итоге нам нужно найти 11 неизвестных коэффициентов для построения графиков. Фаза начальной установки длится с 0 по 1 секунды. Затем с 1 по 2 секунды разгон; со 2 по 12-ю и с 16 по 26-ю секунды идёт сканирование; с 12-й по 16-ю идёт реверс. И с 26-й по 27-ю секнды. Возвращение в исходное состояние. Найдём коэффициенты из условий:
При начале сканировании должна быть уже достигнута угловая скорость, с которой производится сканирование, поэтому производные угла в конце фазы реверса и разгона должны быть равны производной угла во время сканирования, то есть 0.06.
Составим систему уравнений из этих условий:
Из уравнения находим коэффициенты и строим данный график.
Рис 3.2.2 График угловых колебаний платформы относительно Земли
На рисунке 3.2.2 показан график изменения угла платформы относительно Земли. Этот график моделирует колебания самолёта во время полёта. На нём также выделены этапы работы.
Этот график является случайным, его будем строить как произведение функции косинуса на степенную функцию со случайными коэффициентами.
Рис 3.2.3 График углового движения ротора относительно платформы
На последнем рисунке 3.2.3 показан график углового движения ротора относительно платформы. Система стабилизации скомпенсировала колебания платформы, чтобы выполнялось требуемое движение ротора относительно Земли. График является разностью между первым и вторым графиком.
Приведём код вычисления значений первого и второго графиков:
A = [1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0;
2 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0;
0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0;
0 0 4 2 1 0 0 0 0 0 0;
0 0 4 1 0 0 0 0 0 0 0;
0 0 0 0 0 144 12 1 0 0 0;
0 0 0 0 0 256 16 1 0 0 0;
0 0 0 0 0 32 1 0 0 0 0;
0 0 0 0 0 0 0 0 676 26 1;
0 0 0 0 0 0 0 0 54 1 0;
0 0 0 0 0 0 0 0 729 27 1];
b = [-0.35 0 -0.35 -0.3 0.06 0.3 -0.3 0.06 0.3 0 0];
for i=1:11
k(i) = det([A(:,1:(i-1)) b' A(:,(i+1):11)])/det(A);
end
a1=k(1);b1=k(2);a2=k(3);b2=k(4);c2=k(5);a3=k(6);b3=k(7);c3=k(8);a4=k(9);b4=k(10);c4=k(11);
for i=1:2701
t(i) = (i-1)/300;
m = t(i);
x1(i) = (k(1)*m^5 - k(2)*10 * m^4 + k(3)*100 * m^3 - k(4)*1000 * m^2 + k(5)*10000 * m - k(6)*100000) * cos(m * 3);
end
x1 = x1 / max(x1) * (0.01 + 0.015 * rand);
3. Алгоритм управления по одной оси
3.1 Алгоритм управления по одной оси