JP4335111B2 - Angular velocity controller - Google Patents
Angular velocity controller Download PDFInfo
- Publication number
- JP4335111B2 JP4335111B2 JP2004287814A JP2004287814A JP4335111B2 JP 4335111 B2 JP4335111 B2 JP 4335111B2 JP 2004287814 A JP2004287814 A JP 2004287814A JP 2004287814 A JP2004287814 A JP 2004287814A JP 4335111 B2 JP4335111 B2 JP 4335111B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- angular velocity
- velocity signal
- component
- axis
- detected
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Studio Devices (AREA)
Description
この発明は、ジンバル装置の振動抑制制御をおこなう角速度制御装置に関し、特にたわみ振動の影響を排除して高い空間安定性を確保することができる角速度制御装置に関するものである。 The present invention relates to an angular velocity control device that performs vibration suppression control of a gimbal device, and more particularly to an angular velocity control device that can secure high spatial stability by eliminating the influence of flexural vibration.
航空機にカメラを搭載する場合、機体の振動等により生ずるカメラ画像のぶれを防止するために、カメラをジンバル装置(空間安定装置)内に設置する手法が一般的にとられている。ジンバル装置内にとって最も重要な要件は高空間安定性であるが、近年では、複数個のカメラや側距離装置等を航空機に搭載する要望があり、小型軽量化・低消費電力化が強く求められようになっている。 When a camera is mounted on an aircraft, a technique of installing the camera in a gimbal device (space stabilizing device) is generally used to prevent camera image blurring caused by vibrations of the airframe. The most important requirement for gimbal equipment is high spatial stability, but in recent years there has been a demand for mounting multiple cameras, side distance devices, etc. on an aircraft, and there has been a strong demand for smaller size, lighter weight and lower power consumption. It is like that.
ジンバル装置が空間安定性を確保する上で問題となるのは、機体から伝わる振動とこれに起因するジンバル装置自身のたわみである。これらの問題を解決するために、防振マウントを利用する手法やジンバルの剛性を高める手法をとることも考えられるが、いずれも装置の重量の増加を招き、前述した要望を満たすことができなくなる。 The problem in securing the space stability of the gimbal device is the vibration transmitted from the airframe and the deflection of the gimbal device itself due to this. In order to solve these problems, it is conceivable to use a method of using a vibration-proof mount or a method of increasing the rigidity of the gimbal, but both increase the weight of the device and cannot satisfy the above-mentioned demands. .
そこで、従来より、ジンバル装置のカメラ設置部分に角速度センサを取り付け、この角速度センサが検出した信号に基づいて振動補正制御をおこなう技術が利用されており、このような技術は、たとえば、特許文献1において開示されている。 Therefore, conventionally, a technique has been used in which an angular velocity sensor is attached to the camera installation portion of the gimbal device, and vibration correction control is performed based on a signal detected by the angular velocity sensor. Is disclosed.
しかしながら、かかる角速度センサを用いた制御装置では、ジンバル装置のたわみの影響により、制御のための駆動電力が飽和して制御偏差が増大し、カメラ画像に画像ぶれが発生することがあった。 However, in a control device using such an angular velocity sensor, the drive power for control is saturated and the control deviation increases due to the influence of the deflection of the gimbal device, and image blurring may occur in the camera image.
ジンバル装置は、構造上の理由から左右方向にたわみやすく、カメラ部に取り付けられた角速度センサは、カメラの視軸が垂直方向に近づくにつれてたわみの影響を大きく受けるようになる。たわみが大きくなり、角速度センサの検出値が一定の大きさを超えると、制御装置においてたわみの影響を減衰できなくなり、制御偏差が悪化して画像ぶれが発生してしまう。 The gimbal device is easily bent in the left-right direction for structural reasons, and the angular velocity sensor attached to the camera unit is greatly affected by the deflection as the visual axis of the camera approaches the vertical direction. When the deflection becomes large and the detected value of the angular velocity sensor exceeds a certain magnitude, the influence of the deflection cannot be attenuated in the control device, and the control deviation is deteriorated to cause image blurring.
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するためになされたものであり、たわみ振動の影響を排除して高い空間安定性を確保することができる角速度制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems caused by the prior art, and an object thereof is to provide an angular velocity control device that can eliminate the influence of flexural vibration and ensure high spatial stability. To do.
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明は、水平方向に回転する本体部と、前記本体部により支持され、取付け面と垂直方向に回転する機器格納部とを有する空間安定装置の振動抑制制御をおこなう角速度制御装置であって、前記本体部に配設された第1の角速度検出手段より検出された角速度信号を、前記機器格納部に配設された第2の角速度検出手段より検出された角速度信号から減算処理し、前記取付け面回転方向の角速度成分を除去した角速度信号を出力する減算手段と、前記減算手段の出力した角速度信号をフィルタ処理し、たわみ振動成分を除去した角速度信号を出力するフィルタ演算手段と、前記フィルタ演算手段の出力した角速度信号と前記第1の角速度検出手段より検出された角速度信号とを加算処理した角速度信号を出力する加算手段と、前記加算手段の出力した角速度信号を基にして前記空間安定装置の振動抑制のためのフィードバック制御をおこなう補償手段とを備えたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides a space stabilizer having a main body that rotates in a horizontal direction, and a device storage that is supported by the main body and rotates in a direction perpendicular to the mounting surface. An angular velocity control device for performing vibration suppression control of the first angular velocity signal detected by the first angular velocity detection means provided in the main body portion and second angular velocity detection means provided in the device storage portion. Subtracting means for subtracting the detected angular velocity signal and outputting the angular velocity signal from which the angular velocity component in the mounting surface rotation direction has been removed, and filtering the angular velocity signal output by the subtracting means to remove the flexural vibration component Filter calculation means for outputting an angular velocity signal, an angle obtained by adding the angular velocity signal output from the filter calculation means and the angular velocity signal detected by the first angular velocity detection means Adding means for outputting a degree signal, characterized in that a compensating means for performing feedback control for vibration suppression output angular velocity signals based on the spatial stabilizer of the adding means.
この発明によれば、2つの角速度検出部からの角速度信号を利用してたわみ振動成分を除去した角速度情報に基づいてフィードバック制御をおこなうように構成したので、安定した振動補正制御をおこなうことができ、もって高い空間安定性を実現することができる。また、振動補正制御のための駆動電力が飽和することが少なくなるため、省電力化を実現することができる。 According to the present invention, since the feedback control is performed based on the angular velocity information from which the flexural vibration component is removed using the angular velocity signals from the two angular velocity detection units, it is possible to perform stable vibration correction control. Therefore, high spatial stability can be realized. Further, since the drive power for vibration correction control is less likely to be saturated, power saving can be realized.
また、本発明は、上記の発明において、前記機器格納部に格納された機器の俯仰角度が所定の範囲にある場合には、前記フィルタ演算手段の出力した角速度信号の前記加算手段への入力を抑止する切換処理手段をさらに備え、前記加算手段は、前記切換処理手段が該加算手段への角速度信号を抑止する場合は、前記第1の角速度検出手段より検出された角速度信号をそのまま出力することを特徴とする。 Further, in the present invention, in the above invention, when the elevation angle of the device stored in the device storage unit is within a predetermined range, the angular velocity signal output from the filter calculation unit is input to the addition unit. further comprising a switching processing means for inhibiting said summing means, when the switching processing means suppresses the angular speed signal to said addition means, to directly outputs the detected angular velocity signal from the first angular velocity detecting means It is characterized by.
この発明によれば、機器格納部に格納された機器の俯仰角度が所定の範囲にある場合には水平方向の角速度のみを検出する角速度検出部からの角速度信号を利用してフィードバック制御をおこなうように構成したので、格納された機器の俯仰角度が垂直に近い場合であっても安定した振動補正制御をおこなうことができ、もって高い空間安定性を実現することができる。また、振動補正制御のための駆動電力が飽和することが少なくなるため、省電力化を実現することができる。 According to the present invention, when the elevation angle of the device stored in the device storage unit is within a predetermined range, feedback control is performed using the angular velocity signal from the angular velocity detection unit that detects only the angular velocity in the horizontal direction. Thus, stable vibration correction control can be performed even when the elevation angle of the stored device is nearly vertical, and high spatial stability can be realized. Further, since the drive power for vibration correction control is less likely to be saturated, power saving can be realized.
また、本発明は、上記の発明において、前記フィルタ演算手段は、空間安定装置の特異な伝導特性に起因するたわみ振動成分を除去するためのノッチフィルタを備えたことを特徴とする。 In addition, the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the filter calculation means includes a notch filter for removing a flexural vibration component caused by a specific conduction characteristic of the space stabilizer.
この発明によれば、空間安定装置の伝導特性に起因する共鳴等による影響をノッチフィルタにより除去するように構成したので、安定した振動補正制御をおこなうことができ、もって高い空間安定性を実現することができる。 According to the present invention, since the notch filter is used to remove the influence caused by resonance or the like caused by the conduction characteristics of the space stabilizer, stable vibration correction control can be performed, thereby realizing high space stability. be able to.
また、本発明は、上記の発明において、前記フィルタ演算手段は、空間安定装置が搭載される装置の特異な振動条件に起因するたわみ振動成分を除去するためのノッチフィルタを備えたことを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that, in the above invention, the filter calculation means comprises a notch filter for removing a flexural vibration component caused by a specific vibration condition of a device in which the space stabilization device is mounted. To do.
この発明によれば、空間安定装置が搭載される装置の振動条件に含まれるサイン波による影響をノッチフィルタにより除去するように構成したので、安定した振動補正制御をおこなうことができ、もって高い空間安定性を実現することができる。 According to the present invention, since the influence by the sine wave included in the vibration condition of the device in which the space stabilization device is mounted is removed by the notch filter, stable vibration correction control can be performed, and thus a high space Stability can be achieved.
また、本発明は、上記の発明において、前記第1の角速度検出手段により検出された角速度信号および前記第2の角速度検出手段により検出された角速度信号に含まれるドリフト成分を除去するドリフト成分補正手段をさらに備えたことを特徴とする。 Further, according to the present invention, in the above invention, drift component correction means for removing a drift component included in the angular velocity signal detected by the first angular velocity detection means and the angular velocity signal detected by the second angular velocity detection means. Is further provided.
この発明によれば、温度変化等に起因するドリフト成分による影響をドリフト成分補正手段により除去するように構成したので、安定した振動補正制御をおこなうことができ、もって高い空間安定性を実現することができる。 According to the present invention, since the drift component correction means that removes the influence of the drift component due to temperature change or the like is removed, stable vibration correction control can be performed, thereby realizing high spatial stability. Can do.
本発明によれば、2つの角速度検出部からの角速度信号を利用してたわみ振動成分を除去した角速度情報に基づいてフィードバック制御をおこなうように構成したので、安定した振動補正制御をおこなうことができ、もって高い空間安定性を実現することができるという効果を奏する。また、振動補正制御のための駆動電力が飽和することが少なくなるため、省電力化を実現することができるという効果を奏する。 According to the present invention, since the feedback control is performed based on the angular velocity information from which the flexural vibration component is removed using the angular velocity signals from the two angular velocity detection units, it is possible to perform stable vibration correction control. Thus, there is an effect that high spatial stability can be realized. In addition, since the drive power for vibration correction control is less likely to be saturated, there is an effect that power saving can be realized.
また、本発明によれば、機器格納部に格納された機器の俯仰角度が所定の範囲にある場合には水平方向の角速度のみを検出する角速度検出部からの角速度信号を利用してフィードバック制御をおこなうように構成したので、格納された機器の俯仰角度が垂直に近い場合であっても安定した振動補正制御をおこなうことができ、もって高い空間安定性を実現することができるという効果を奏する。また、振動補正制御のための駆動電力が飽和することが少なくなるため、省電力化を実現することができるという効果を奏する。 Further, according to the present invention, when the elevation angle of the device stored in the device storage unit is within a predetermined range, feedback control is performed using the angular velocity signal from the angular velocity detection unit that detects only the angular velocity in the horizontal direction. Since it was comprised so that it might carry out, even if it is a case where the elevation angle of the stored apparatus is near perpendicular | vertical, stable vibration correction control can be performed, and there exists an effect that high spatial stability can be implement | achieved. In addition, since the drive power for vibration correction control is less likely to be saturated, there is an effect that power saving can be realized.
また、本発明によれば、空間安定装置の伝導特性に起因する共鳴等による影響をノッチフィルタにより除去するように構成したので、安定した振動補正制御をおこなうことができ、もって高い空間安定性を実現することができるという効果を奏する。 In addition, according to the present invention, since the influence due to resonance or the like due to the conduction characteristics of the space stabilizer is removed by the notch filter, stable vibration correction control can be performed, and thus high space stability can be achieved. There is an effect that it can be realized.
また、本発明によれば、空間安定装置が搭載される装置の振動条件に含まれるサイン波による影響をノッチフィルタにより除去するように構成したので、安定した振動補正制御をおこなうことができ、もって高い空間安定性を実現することができるという効果を奏する。 In addition, according to the present invention, since the influence by the sine wave included in the vibration condition of the device in which the space stabilization device is mounted is removed by the notch filter, stable vibration correction control can be performed. There is an effect that high spatial stability can be realized.
また、本発明によれば、温度変化等に起因するドリフト成分による影響をドリフト成分補正手段により除去するように構成したので、安定した振動補正制御をおこなうことができ、もって高い空間安定性を実現することができるという効果を奏する。 In addition, according to the present invention, the drift component correction means that eliminates the influence of the drift component caused by temperature changes and the like can be removed, so that stable vibration correction control can be performed, thereby realizing high spatial stability. There is an effect that can be done.
以下に添付図面を参照して、この発明に係る角速度制御装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、ここでは、この発明に係る角速度制御装置を航空機に搭載されたジンバル装置の振動補正制御に用いた場合について説明する。また、このジンバル装置にはカメラが設置されているものとする。 Exemplary embodiments of an angular velocity control device according to the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings. Here, the case where the angular velocity control device according to the present invention is used for vibration correction control of a gimbal device mounted on an aircraft will be described. In addition, it is assumed that a camera is installed in this gimbal device.
本実施例に係る角速度制御方式を説明する前に、ジンバル装置の概要と従来の角速度制御方式について説明しておく。 Before describing the angular velocity control method according to the present embodiment, an outline of the gimbal device and a conventional angular velocity control method will be described.
まず、ジンバル装置の概形について説明する。図1は、ジンバル装置の概形を示すサンプル図である。同図に示すように、ジンバル装置は、0〜360度水平方向を指向するAZ(アジマス)軸回りの回転構造と、水平〜垂直方向を指向するEL(エレベーション)軸回りの回転構造を備える。AZ軸とEL軸には駆動用のトルクモータが配置される。 First, an outline of the gimbal device will be described. FIG. 1 is a sample diagram showing an outline of a gimbal device. As shown in the figure, the gimbal device has a rotating structure around an AZ (azimuth) axis that is oriented in the horizontal direction from 0 to 360 degrees and a rotating structure around an EL (elevation) axis that is oriented in the horizontal to vertical directions. . Driving torque motors are arranged on the AZ axis and the EL axis.
カメラは、EL軸回りに回転する部分に収められる。従来の角速度制御方式では、ここに角速度センサも取り付けられ、カメラの視軸のぶれの大きさを角速度として検出する仕組みとなっていた。 The camera is housed in a portion that rotates about the EL axis. In the conventional angular velocity control system, an angular velocity sensor is also attached here, and a mechanism for detecting the magnitude of camera axis shake as an angular velocity has been adopted.
ジンバル装置は、構造が一番弱い方向である視軸左右方向にたわみやすい。図2−1は、カメラが水平方向を向いている場合のたわみの影響を説明するための説明図である。同図に示すように、カメラ視軸が水平方向を向いている場合、カメラ視軸は、機体取付け部を中心とした円弧上を左右に小さく移動することになる。 The gimbal device is easy to bend in the lateral direction of the visual axis, which is the weakest direction of the structure. FIG. 2A is an explanatory diagram for explaining the influence of deflection when the camera is directed horizontally. As shown in the figure, when the camera visual axis is oriented in the horizontal direction, the camera visual axis moves to the left and right small on an arc centered on the body attachment portion.
図2−2は、カメラが水平方向を向いている場合のカメラ画像のサンプル図である。同図に示すように、カメラが水平方向を向いている場合、カメラ画像は、たわみの影響をわずかに受けてロール方向に小さく回転しているように映る。視軸上に角速度センサが取り付けられている場合、このロール方向の小さな回転は、角速度センサが水平方向を向いている場合には全く検出されず、俯仰角度が大きくなるにつれてロール方向回転成分として検出されるようになる。 FIG. 2-2 is a sample diagram of a camera image when the camera is oriented in the horizontal direction. As shown in the figure, when the camera is oriented in the horizontal direction, the camera image appears to be slightly rotated in the roll direction under the influence of the deflection. When an angular velocity sensor is mounted on the visual axis, this small rotation in the roll direction is not detected at all when the angular velocity sensor is oriented in the horizontal direction, and is detected as a roll direction rotation component as the elevation angle increases. Will come to be.
ジンバル装置のたわみの影響は、カメラ視軸が垂直に近づくほど大きくなる。図3−1は、カメラが垂直方向を向いている場合のたわみの影響を説明するための説明図である。同図に示すように、カメラ視軸が垂直方向を向いている場合、カメラ視軸は、弧の外側を向いた状態で左右に大きく往復運動する。 The influence of gimbal device deflection increases as the camera viewing axis approaches vertical. FIG. 3A is an explanatory diagram for explaining the influence of deflection when the camera is directed in the vertical direction. As shown in the figure, when the camera visual axis is oriented in the vertical direction, the camera visual axis reciprocates greatly to the left and right while facing the outside of the arc.
図3−2は、カメラが垂直方向を向いている場合のカメラ画像のサンプル図である。同図に示すように、カメラが垂直方向を向いている場合、カメラ画像は、たわみの影響を受けて左右方向に大きく振動しているように映る。視軸上に角速度センサが取り付けられている場合、センサは、この大きな左右方向の振動をたわみ振動成分として検出することになる。 FIG. 3-2 is a sample diagram of a camera image when the camera is oriented in the vertical direction. As shown in the figure, when the camera is oriented in the vertical direction, the camera image appears to vibrate greatly in the left-right direction under the influence of deflection. When an angular velocity sensor is mounted on the visual axis, the sensor detects this large horizontal vibration as a flexural vibration component.
カメラ視軸上に角速度センサが取り付けられている場合、センサが検出する角速度信号には、上記のロール方向回転成分とたわみ振動成分以外に、AZ軸回転成分が含まれる。これは、機体取付け部分の強度の不足やトルクモータの出力不足等に起因するものである。 When an angular velocity sensor is mounted on the camera visual axis, the angular velocity signal detected by the sensor includes an AZ axis rotation component in addition to the roll direction rotation component and the flexural vibration component. This is due to a lack of strength at the airframe mounting portion, an insufficient output of the torque motor, or the like.
ここで、たわみの発生と検出の仕組みについて説明しておく。図4は、たわみの発生と検出のしくみを説明するための説明図である。ジンバル装置に伝わる振動の強さは加速度(G)として表わされ、プラットフォーム振動条件10とジンバル機構伝達特性20によって決まる。
Here, the mechanism of occurrence and detection of deflection will be described. FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the mechanism of deflection generation and detection. The intensity of vibration transmitted to the gimbal device is expressed as acceleration (G) and is determined by the
プラットフォーム振動条件10は、プラットフォーム(航空機の機体)の周波数毎の振動の強さを表わす。図5は、プラットフォーム振動条件10の一例を示すサンプル図である。同図は、F1〜F2の範囲の周波数で一定の強さの大きさのランダム波があり、さらに、F3の周波数で特異的に強いサイン波があることを示している。このようなサイン波は、たとえば、エンジンの特性などに起因するものである。
The
ジンバル機構伝達特性20は、ジンバル装置の周波数毎の振動の伝わりやすさを表わす。図6は、ジンバル機構伝達特性20の一例を示すサンプル図である。同図は、F0の周波数近辺で共振により振動が増幅されることを示している。 The gimbal mechanism transmission characteristic 20 represents the ease of transmission of vibration for each frequency of the gimbal device. FIG. 6 is a sample diagram showing an example of the gimbal mechanism transfer characteristic 20. The figure shows that vibration is amplified by resonance near the frequency of F0.
ジンバル装置に伝わる振動の強さに1G当たりのたわみ角度30を乗じたものが、最大たわみ角度40となる。この角度は、センサが垂直方向を向いているときの角度であり、センサがカメラ視軸方向を向いている場合は、この角度を視軸回りの角度に変換したものが、センサの検出値の最大値となる。
The
次に、従来の角速度制御方式について説明する。図10は、従来の角速度制御装置の構成を示す機能ブロック図である。同図に示すように、角速度制御装置101は、ジンバル装置201と接続される。
Next, a conventional angular velocity control method will be described. FIG. 10 is a functional block diagram showing a configuration of a conventional angular velocity control device. As shown in the figure, the angular
ジンバル装置201は、カメラ等を格納し、空間安定性を確保する装置であり、視軸角速度検出部210と、アンプ230と、トルクモータ240とを有する。視軸角速度検出部210は、角速度を検出する角速度センサであり、常にカメラの視軸方向を向くように取り付けられる。
The
アンプ230は、空間安定性を確保するために、角速度制御装置101からの制御信号に基づいてトルクモータを駆動させる電力を増幅させる増幅装置である。トルクモータ240は、ジングル装置201の駆動部を駆動させ、空間安定性を実現させる装置である。
The
角速度制御装置101は、視軸角速度検出部210の検出した信号を基にして、ジンバル装置201に設置されたカメラの画像ぶれがなくなるようにフィードバック制御する制御装置であり、ドリフト成分補正器111と、ノイズ除去フィルタ141と、AZ軸演算器151と、補償器181とを有する。
The angular
ドリフト成分補正器111は、視軸角速度検出部210の検出した信号から、温度変化等によって変動するドリフト成分を除去する演算器である。ノイズ除去フィルタ141は、視軸角速度検出部210の検出した信号から、ノイズ成分を除去する演算器である。
The
AZ軸演算器151は、視軸角速度検出部210の検出した視軸回りの角速度成分をAZ軸回りの角速度成分に変換する演算器である。補償部181は、角速度指令0rad/sを実現するために必要な制御量を算出し、ジングル装置201のアンプ230へ伝達する演算器である。
The
AZ軸演算器151が角速度を変換するのは、ジングル装置201での振動補正制御がAZ軸回りの方向でおこなわれるためであり、この変換は、カメラの俯仰角度をθELとすると、1/cos(θEL)を角速度信号に乗じておこなわれていた。このため、カメラの視軸が垂直方向に近づくほど、信号が大きく増幅され、俯仰角度が85度になると11倍にも増幅されていた。
The reason why the
既に説明したとおり、カメラの視軸が垂直方向に近づくほど、視軸角速度検出部210が検出する角速度信号におけるたわみ振動成分が増大する。そして、AZ軸演算器151の変換によってこれがさらに大きく増幅されることとなる。このため、従来の角速度制御方式では、カメラの視軸が垂直方向に近づくと、指令角速度に対する偏差が大きくなり、アンプ230への駆動指令が飽和してしまい、空間安定化ができない状態が発生していた。
As already described, the flexural vibration component in the angular velocity signal detected by the visual axis
空間安定化を図るには、視軸角速度検出部210が検出した信号からたわみ振動成分を取り除くことが有効であるが、たわみ振動成分は、AZ軸回転成分と周波数が近いため、ノイズ除去フィルタ141で除去することができなかった。
In order to stabilize the space, it is effective to remove the flexural vibration component from the signal detected by the visual axis angular
次に、本実施例に係る角速度制御方式について説明する。図7は、本実施例に係るジンバル装置の概形を示すサンプル図である。同図に示すように、本実施例に係る角速度制御方式では、視軸角速度検出部210以外に、もう一つの角速度検出部であるAZ軸角速度検出部220を備える。
Next, the angular velocity control method according to the present embodiment will be described. FIG. 7 is a sample diagram showing an outline of the gimbal device according to the present embodiment. As shown in the figure, in the angular velocity control method according to the present embodiment, in addition to the visual axis
AZ軸角速度検出部220は、EL軸回りに回転する部分ではなく、機体取付け面近くのAZ軸旋回部に取り付けられる。この位置は、機体取付け面に近いため、たわみの影響をほとんど受けることがない。
The AZ-axis angular
図8は、本実施例に係る角速度制御装置の構成を示す機能ブロック図である。同図に示すように、角速度制御装置100は、ジンバル装置200と接続される。なお、角速度制御装置100は、ジンバル装置200の内部に存在していても外部に存在していてもよい。
FIG. 8 is a functional block diagram illustrating the configuration of the angular velocity control device according to the present embodiment. As shown in the figure, the angular
ジンバル装置200は、カメラ等を格納し、空間安定性を確保する装置であり、視軸角速度検出部210と、AZ軸角速度検出部220と、アンプ230と、トルクモータ240とを有する。視軸角速度検出部210は、角速度を検出する角速度センサであり、常にカメラの視軸方向を向くように取り付けられる。AZ軸角速度検出部220も、角速度を検出する角速度センサであり、これは、機体取付け面近くのAZ軸旋回部に取り付けられ、AZ軸回転成分のみを検出する。
The
アンプ230は、空間安定性を確保するために、角速度制御装置101からの制御信号に基づいてトルクモータを駆動させる電力を増減させる増幅装置である。トルクモータ240は、ジングル装置200の駆動部を駆動させ、空間安定性を実現させる装置である。
The
角速度制御装置100は、視軸角速度検出部210の検出した信号を基にして、ジンバル装置200に設置されたカメラのぶれがなくなるようにフィードバック制御する制御装置であり、ドリフト成分補正器110aと、ドリフト成分補正器110bと、視軸演算器120と、減算器130と、フィルタ演算器140と、AZ軸演算器150と、切換処理器160と、加算器170と、補償器180とを有する。
The angular
ドリフト成分補正器110aおよび110bは、それぞれ、視軸角速度検出部210およびAZ軸角速度検出部220の検出した信号から、温度変化等によって変動するドリフト成分を除去する演算器である。視軸演算器120は、AZ軸角速度検出部220が検出した角速度信号をカメラの視軸回りのAZ軸回転成分に変換する演算器である。
The
減算器130は、視軸角速度検出部210が検出した角速度信号からAZ軸角速度検出部220が検出した角速度信号を減算する演算器である。演算結果の角速度信号は、AZ軸回転成分が除去され、ロール方向回転成分とたわみ振動成分とが残った状態となる。
The subtractor 130 is an arithmetic unit that subtracts the angular velocity signal detected by the AZ axis
フィルタ演算器140は、角速度信号からたわみ振動成分を除去する演算装置であり、ノッチフィルタ140aとローパスフィルタ140bとを有する。ノッチフィルタ140aは、図5のF3や図6のF0のような特異な周波数に起因する加速度成分を除去する動作をおこなう。そして、ローパスフィルタ140bが、それ以外のたわみ振動成分を除去する動作をおこなう。
The
本実施例では、減算器130によってAZ軸回転成分を除去した状態の角速度信号からたわみ振動成分をフィルタリングして除去している。AZ軸回転成分が混在した状態ではこれと周波数特性が近いたわみ振動成分だけを除去するのは困難であるが、予めAZ軸回転成分が除去された状態であれば、たわみ振動成分をフィルタによって容易に除去することができる。 In this embodiment, the subtractor 130 filters out the flexural vibration component from the angular velocity signal in the state where the AZ axis rotation component is removed. In the state where AZ axis rotation components are mixed, it is difficult to remove only the flexural vibration component whose frequency characteristics are close to this, but if the AZ axis rotation component is removed in advance, the flexural vibration component can be easily filtered. Can be removed.
AZ軸演算器150は、ロール方向回転成分のみとなった視軸回りの角速度信号をAZ軸回りの角速度信号に変換する演算器である。切換処理器160は、カメラの俯仰角度が所定の値を超過した場合に、AZ軸演算器150からの信号を切断するスイッチである。
The AZ
既に説明したとおり、カメラの俯仰角度が大きくなり、カメラが垂直方向に近づくほどAZ軸演算器150の出力は増幅され、結果として空間安定化ができなくなることがある。そこで、本実施例に係る角速度制御方式では、カメラの俯仰角度が所定の値を超過した場合には、AZ軸演算器150からの信号を切断して、AZ軸角速度検出部220が検出した角速度信号のみをもちいて制御をおこなうこととしている。
As already described, the output of the AZ
加算器170は、AZ軸角速度検出部220が検出したAZ軸回転成分からなる角速度信号と、AZ軸演算器150が出力するロール方向回転成分からなる角速度信号を加算する演算器である。補償部180は、加算器170が出力する角速度信号に対して、角速度指令0rad/sを実現するために必要な制御量を算出し、ジングル装置200のアンプ230へ伝達する演算器である。
The
次に本実施例に係る角速度制御装置100の動作について説明する。図9は、本実施例に係る角速度制御装置100の動作を説明するための説明図である。
Next, the operation of the angular
同図に示すように、ジンバル装置200の視軸角速度検出部210でAZ軸回転成分と、ロール方向回転成分と、たわみ振動成分とからなる角速度信号が検出されると(ステップS101)、この信号は、角速度制御装置100のドリフト成分補正器110aに伝えられて温度変化等によって変動するドリフト成分が除去される(ステップS102)。ここでドリフト成分が除去された角速度信号は、減算器130へ伝達される。
As shown in the figure, when the visual axis angular
これと同時に、ジンバル装置200のAZ軸角速度検出部220でAZ軸回転成分のみからなる角速度信号が検出されると(ステップS103)、この信号は、角速度制御装置100のドリフト成分補正器110bに伝えられて温度変化等によって変動するドリフト成分が除去される(ステップS104)。ここでドリフト成分が除去された角速度信号は、視軸演算器120と加算器170へ伝達される。
At the same time, when the angular velocity signal consisting only of the AZ-axis rotation component is detected by the AZ-axis
視軸演算器120へ伝達された角速度信号は、カメラ視軸回りのAZ軸回転成分に変換され(ステップS105)、減算器130へ伝達される。
The angular velocity signal transmitted to the
減算器130では、ドリフト成分補正器110aから伝えられた角速度信号から、視軸演算器120から伝えられた角速度信号のAZ軸回転成分を減算し、ロール方向回転成分とたわみ振動成分とからなる角速度信号を生成し(ステップS106)、フィルタ演算器140へ伝達する。
The subtractor 130 subtracts the AZ-axis rotation component of the angular velocity signal transmitted from the
フィルタ演算器140では、減算器130から伝えられた角速度信号からたわみ振動成分を除去してロール方向回転成分のみからなる角速度信号を生成して(ステップS107)、AZ軸演算器150へ伝達する。AZ軸演算器150では、伝達された信号をAZ軸回りの成分に変換して(ステップS108)、切換処理器160へ伝達する。
The
切換処理器160は、カメラの俯仰角度が所定の角度よりも小さい場合には角速度信号を加算器170に伝達し、カメラの俯仰角度が所定の角度よりも大きい場合にはAZ軸演算器150からの角速度信号を切り離す動作をとる(ステップS109)。
The switching
加算器170では、ドリフト成分補正器110bから伝えられた角速度信号と切換処理器160とから伝えられた角速度信号とを加算して、AZ軸回転成分とロール方向回転成分とからなる角速度信号を生成する(ステップS110)。ただし、カメラの俯仰角度が所定の角度よりも大きく、切換処理器160が入力を切り離した場合は、AZ軸回転成分のみからなる角速度信号が出力される。
The
補償器180は、加算器170から伝えらた角速度信号の大きさに対して、角速度指令0rad/sを実現するために必要な補正量を求め、ジンバル装置200のアンプ230へ伝達する。この一連の動作を繰り返し行うことで、角速度制御装置100は、ジンバル装置200の振動補正制御をおこなう。
The
上述してきたように、本実施例では、2つの角速度検出部からの角速度信号を利用してたわみ振動成分を除去した角速度情報に基づいてフィードバック制御をおこなうように構成したので、安定した振動補正制御をおこなうことができ、もって高い空間安定性を実現することができる。 As described above, in the present embodiment, since the feedback control is performed based on the angular velocity information from which the flexural vibration component is removed using the angular velocity signals from the two angular velocity detection units, stable vibration correction control is performed. Therefore, high spatial stability can be realized.
なお、本発明に係る角速度制御装置は、カメラ以外の機器をジンバル装置に格納する場合にも適用することができる。また、ジンバル装置を航空機以外の乗り物に搭載する場合にも適用することができる。 The angular velocity control device according to the present invention can also be applied to a case where devices other than the camera are stored in the gimbal device. Also, the present invention can be applied when the gimbal device is mounted on a vehicle other than an aircraft.
(付記1)水平方向に回転する本体部と、前記本体部により支持され、取付け面と垂直方向に回転する機器格納部とを有する空間安定装置の振動抑制制御をおこなう角速度制御装置であって、
前記本体部に配設された第1の角速度検出手段より検出された角速度信号を、前記機器格納部に配設された第2の角速度検出手段より検出された角速度信号から減算処理し、前記取付け面回転方向の角速度成分を除去した角速度信号を出力する減算手段と、
前記減算手段の出力した角速度信号をフィルタ処理し、たわみ振動成分を除去した角速度信号を出力するフィルタ演算手段と、
前記フィルタ演算手段の出力した角速度信号と前記第1の角速度検出手段より検出された角速度信号とを加算処理した角速度信号を出力する加算手段と、
前記加算手段の出力した角速度信号を基にして前記空間安定装置の振動抑制のためのフィードバック制御をおこなう補償手段と
を備えたことを特徴とする角速度制御装置。
(Appendix 1) An angular velocity control device that performs vibration suppression control of a space stabilizer having a main body portion that rotates in a horizontal direction and a device storage portion that is supported by the main body portion and rotates in a direction perpendicular to the mounting surface,
Subtracting the angular velocity signal detected by the first angular velocity detection means arranged in the main body from the angular velocity signal detected by the second angular velocity detection means arranged in the device storage unit, the attachment Subtracting means for outputting an angular velocity signal from which the angular velocity component in the surface rotation direction has been removed;
Filter operation means for filtering the angular velocity signal output from the subtracting means and outputting the angular velocity signal from which the flexural vibration component has been removed;
Adding means for outputting an angular velocity signal obtained by adding the angular velocity signal output by the filter calculating means and the angular velocity signal detected by the first angular velocity detecting means;
Compensating means for performing feedback control for vibration suppression of the space stabilizer based on the angular velocity signal output from the adding means.
(付記2)前記機器格納部に格納された機器の俯仰角度が所定の範囲にある場合には、前記フィルタ演算手段の出力した角速度信号の前記加算手段への入力を抑止する切換処理手段をさらに備え、
前記加算手段は、前記切換処理手段が該加算手段への角速度信号を抑止する場合は、前記第1の角速度検出手段より検出された角速度信号をそのまま出力することを特徴とする付記1に記載の角速度制御装置。
(Additional remark 2) When the elevation angle of the apparatus stored in the apparatus storage part is in the predetermined range, the switching processing means for suppressing the input to the adding means of the angular velocity signal output from the filter calculating means is further provided. Prepared,
Said addition means, when the switching processing means suppresses the angular speed signal to said addition means, according to
(付記3)前記フィルタ演算手段は、空間安定装置の特異な伝導特性に起因するたわみ振動成分を除去するためのノッチフィルタを備えたことを特徴とする付記1または2に記載の角速度制御装置。
(Supplementary note 3) The angular velocity control device according to
(付記4)前記フィルタ演算手段は、空間安定装置が搭載される装置の特異な振動条件に起因するたわみ振動成分を除去するためのノッチフィルタを備えたことを特徴とする付記1、2または3に記載の角速度制御装置。
(Supplementary Note 4) The
(付記5)前記第1の角速度検出手段により検出された角速度信号および前記第2の角速度検出手段により検出された角速度信号に含まれるドリフト成分を除去するドリフト成分補正手段をさらに備えたことを特徴とする付記1〜4のいずれか一つに記載の角速度制御装置。
(Supplementary Note 5) The apparatus further comprises drift component correction means for removing drift components included in the angular velocity signal detected by the first angular velocity detection means and the angular velocity signal detected by the second angular velocity detection means. The angular velocity control device according to any one of
(付記6)水平方向に回転する本体部と、前記本体部により支持され、取付け面と垂直方向に回転する機器格納部とを有する空間安定装置の振動抑制制御をおこなう角速度制御方法であって、
前記本体部に配設された第1の角速度検出手段より検出された角速度信号を、前記機器格納部に配設された第2の角速度検出手段より検出された角速度信号から減算処理し、前記取付け面回転方向の角速度成分を除去した角速度信号を出力する減算工程と、
前記減算工程の出力した角速度信号をフィルタ処理し、たわみ振動成分を除去した角速度信号を出力するフィルタ演算工程と、
前記フィルタ演算工程の出力した角速度信号と前記第1の角速度検出手段より検出された角速度信号とを加算処理した角速度信号を出力する加算工程と、
前記加算工程の出力した角速度信号を基にして前記空間安定装置の振動抑制のためのフィードバック制御をおこなう補償工程と
を含んだことを特徴とする角速度制御方法。
(Appendix 6) An angular velocity control method for performing vibration suppression control of a space stabilizer having a main body portion that rotates in a horizontal direction and a device storage portion that is supported by the main body portion and rotates in a direction perpendicular to the mounting surface,
Subtracting the angular velocity signal detected by the first angular velocity detection means arranged in the main body from the angular velocity signal detected by the second angular velocity detection means arranged in the device storage unit, the attachment A subtraction step of outputting an angular velocity signal from which the angular velocity component in the surface rotation direction is removed;
Filtering the angular velocity signal output from the subtraction step, and outputting the angular velocity signal from which the flexural vibration component has been removed;
An addition step of outputting an angular velocity signal obtained by adding the angular velocity signal output by the filter calculation step and the angular velocity signal detected by the first angular velocity detection means;
A compensation step for performing feedback control for vibration suppression of the space stabilizer based on the angular velocity signal output by the adding step.
以上のように、本発明にかかる角速度制御装置は、ジンバル装置の振動抑制制御に有用であり、特に、たわみ振動の影響を排除して高い空間安定性を確保することが必要な場合に適している。 As described above, the angular velocity control device according to the present invention is useful for vibration suppression control of the gimbal device, and is particularly suitable when it is necessary to eliminate the influence of flexural vibration and ensure high spatial stability. Yes.
10 プラットフォーム振動条件
20 ジンバル機構伝達特性
30 1G当たりのたわみ角度
40 最大たわみ角度
50 視軸回りのたわみ角度
100,101 角速度制御装置
110a,110b,111 ドリフト成分補正器
120 視軸演算器
130 減算器
140 フィルタ演算器
140a ノッチフィルタ
140b ローパスフィルタ
141 ノイズ除去フィルタ
150,151 AZ軸演算器
160 切換処理器
170 加算器
180,181 補償器
200 ジンバル装置
210,201 視軸角速度検出器
220 AZ軸角速度検出器
230 アンプ
240 トルクモータ
10
Claims (5)
前記本体部に配設された第1の角速度検出手段より検出された前記アジマス軸を中心とする回転方向の角速度信号に基づいて、前記機器格納部に配設された第2の角速度検出手段より検出された角速度信号から前記アジマス軸を中心とする回転方向の角速度成分を除去する減算手段と、
前記減算手段の出力した角速度信号からたわみ振動成分を除去するフィルタ演算手段と、
前記フィルタ演算手段の出力した角速度信号を、前記アジマス軸を中心とする回転方向の角速度信号へ変換する演算手段と、
前記演算手段の出力した角速度信号と前記第1の角速度検出手段より検出された角速度信号とに基づいて、前記アジマス軸を中心とする回転方向における前記空間安定装置の振動を抑制するためのフィードバック制御をおこなう補償手段と
を備えたことを特徴とする角速度制御装置。 A space stabilizer attached to a moving body, wherein the movable body and a main body that rotates in a horizontal direction with respect to the mounting surface of the space stabilizer around the azimuth axis, and an elevation shaft supported by the main body an angular velocity controller for vibration suppression control of the spatial stabilizer and a device storage unit which rotates in a direction perpendicular to the mounting surface around a,
Based on the angular velocity signal in the rotation direction around the azimuth axis detected by the first angular velocity detecting means arranged in the main body, from the second angular velocity detecting means arranged in the device storage unit Subtracting means for removing an angular velocity component in a rotational direction around the azimuth axis from the detected angular velocity signal;
Filter arithmetic means for removing a flexural vibration component from the angular velocity signal output by the subtracting means;
An arithmetic means for converting the angular velocity signal output from the filter arithmetic means into an angular velocity signal in a rotation direction around the azimuth axis;
Feedback control for suppressing vibration of the space stabilizer in the rotation direction around the azimuth axis based on the angular velocity signal output from the arithmetic means and the angular velocity signal detected by the first angular velocity detection means. An angular velocity control device comprising: compensation means for performing
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004287814A JP4335111B2 (en) | 2004-09-30 | 2004-09-30 | Angular velocity controller |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004287814A JP4335111B2 (en) | 2004-09-30 | 2004-09-30 | Angular velocity controller |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006099663A JP2006099663A (en) | 2006-04-13 |
JP4335111B2 true JP4335111B2 (en) | 2009-09-30 |
Family
ID=36239373
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004287814A Expired - Fee Related JP4335111B2 (en) | 2004-09-30 | 2004-09-30 | Angular velocity controller |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4335111B2 (en) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5742086B2 (en) * | 2007-03-22 | 2015-07-01 | 富士通株式会社 | Control device |
JP4775296B2 (en) * | 2007-03-27 | 2011-09-21 | 日本電気株式会社 | Imaging space stabilization device and subject tracking device |
JP5223788B2 (en) * | 2009-06-19 | 2013-06-26 | 富士通株式会社 | Gimbal equipment |
JP2014050935A (en) * | 2012-09-10 | 2014-03-20 | Seiko Epson Corp | Robot control device, robot, and robot system |
KR101431469B1 (en) | 2013-06-17 | 2014-08-21 | 한국과학기술원 | Shaking stabilization device Control System and control method |
CN115144070B (en) * | 2022-09-01 | 2022-12-06 | 万向钱潮股份公司 | Detection box, noise detection system and noise detection method thereof |
-
2004
- 2004-09-30 JP JP2004287814A patent/JP4335111B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2006099663A (en) | 2006-04-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100961606B1 (en) | Electric power steering control apparatus | |
JPWO2007119333A1 (en) | Electric power steering control device | |
JP4241785B2 (en) | Servo control device | |
US20160127649A1 (en) | Image blur correction apparatus and imaging apparatus | |
WO2004103800A1 (en) | Electric power steering device controller | |
JP4335111B2 (en) | Angular velocity controller | |
JP2008091856A (en) | Electronic component mounting apparatus | |
JP2017099084A (en) | Resonance suppression/control device in multi-inertial resonance system | |
JP2012110166A (en) | Position controller for motor | |
JP5223788B2 (en) | Gimbal equipment | |
US20120140071A1 (en) | Vibration cancellation for vehicle-borne gimbal-mounted sensor | |
JP2005257919A (en) | Image blurring correction device | |
JP2000330642A (en) | Position controller for stage and speed controller | |
JP3185738B2 (en) | Moving object state control apparatus and state control method | |
JP2011118073A (en) | Image blur correcting apparatus | |
JP4776974B2 (en) | Image blur correcting lens device and correction method thereof | |
JP7455558B2 (en) | Imaging device and its spatial stabilization method | |
JP4760175B2 (en) | Image blur correction device | |
JP6241240B2 (en) | Image shake prevention device and camera system | |
WO2019123573A1 (en) | Electric motor control device | |
JP3307564B2 (en) | Drive control device for servo system | |
JP2016152689A (en) | Motor controller, motor, machinery, electrical power steering device, vehicle, and motor control method | |
JP5444929B2 (en) | Chassis dynamometer system | |
JP5235790B2 (en) | Gimbal control device | |
JPH0854932A (en) | Spatially stabilizing device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20061127 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20081125 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090126 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090623 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090624 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120703 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 4335111 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120703 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130703 Year of fee payment: 4 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |