机载相机稳定平台伺服系统的研究

发布时间：2017-03-21 00:02

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【摘要】： 在航测、侦察、公安消防、环境监测等领域中,陀螺稳定平台得到了广泛的应用。在航空拍摄时,稳定平台能隔离载机的振动,提高航拍的质量。机载相机陀螺稳定平台主要实现两大功能:一是使相机视轴相对惯性空间保持稳定,二是保证相机视轴按规律跟踪指定航道。为实现这两个主要功能,本文作了如下几点研究: 1)根据实际情况选择了伺服系统的控制结构:在稳定回路中,根据系统中干扰的注入点不同,采用了双速度环形式的串级控制结构;在跟踪回路中,采用水平测试仪作为空间角位移测量元件构成伺服系统的位置环。 2)在对伺服驱动器进行建模的基础上,推导出系统的转速环和电流环数学模型,然后根据系统的稳定指标要求,对稳定环进行了综合校正,得到了满意的控制效果。 3)在伺服跟踪回路中引入了将智能控制算法和常规PID控制算法相结合的智能PID控制器,并分别对常规PID控制器和智能PID控制器进行了仿真,证明了智能PID控制算法在跟踪回路中的优势。 4)以数字伺服系统为基础,设计了以DSP为核心器件的硬件电路,为系统实现控制目标提供了硬件平台。
【关键词】：稳定平台 双速度环 系统建模 智能PID控制器 DSP
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：V245.6
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-13
• 1.1 机载相机稳定平台的研究背景及意义8-9
• 1.2 国内外稳定平台的研究状况9-10
• 1.3 稳定平台伺服系统中采用的控制策略10-11
• 1.4 稳定伺服技术的发展趋势11-12
• 1.5 本文的主要研究内容和结构安排12-13
• 2 稳定平台伺服系统总体设计及重要器件的选取13-25
• 2.1 双轴稳定平台的系统结构和工作原理13-16
• 2.1.1 双轴稳定平台的结构13-14
• 2.1.2 双轴稳定平台隔离角运动分析14-16
• 2.2 影响稳定平台性能的主要因素16-18
• 2.3 基于DSP运动控制模块的稳定平台伺服控制系统18-20
• 2.3.1 伺服控制系统的结构18-19
• 2.3.2 视轴稳定方案的选择19-20
• 2.4 双轴稳定平台的摆动方案和性能指标20-21
• 2.4.1 双轴稳定平台摆动方案20-21
• 2.4.2 双轴稳定平台的主要技术指标21
• 2.5 伺服系统主要器件的选取21-24
• 2.5.1 执行电机的选取21-22
• 2.5.2 转速测量装置的选取22-23
• 2.5.3 陀螺装置的选取23-24
• 2.6 本章小结24-25
• 3 稳定平台伺服系统硬、软件设计25-38
• 3.1 微处理器及外围电路模块25-28
• 3.1.1 DSP时钟电路设计26-27
• 3.1.2 DSP外接SRAM电路设计27
• 3.1.3 JTAG接口电路设计27-28
• 3.2 稳定平台角速度信号采集模块28-30
• 3.2.1 AD芯片的选择28-29
• 3.2.2 陀螺信号低通滤波及阻抗匹配电路设计29
• 3.2.3 AD转换电路设计29-30
• 3.3 稳定平台位置信号采集模块30
• 3.4 数模转换模块30-32
• 3.5 电源模块32-34
• 3.5.1 DSP电源设计32-33
• 3.5.2 电平转换电路设计33-34
• 3.6 伺服驱动器模块34-36
• 3.7 硬件部分的抗干扰设计36-37
• 3.8 伺服系统软件设计37
• 3.9 本章小结37-38
• 4 基于工程设计法的伺服驱动器建模与仿真38-49
• 4.1 数学建模的方法及作用38
• 4.2 直流调速系统主要组成部分的数学模型及参数计算38-41
• 4.2.1 电流反馈、滤波环节传递函数39
• 4.2.2 转速反馈、滤波环节传递函数39-40
• 4.2.3 PWM功率放大电路传递函数40
• 4.2.4 力矩电机及稳定平台主要参数40-41
• 4.3 电流环的建模与仿真41-44
• 4.3.1 电流环开环传递函数的型别分析42
• 4.3.2 电流环调节器传递函数的推导42-43
• 4.3.3 电流环数学模型仿真43-44
• 4.4 转速环的建模与仿真44-48
• 4.4.1 转速环结构的简化44-45
• 4.4.2 转速调节器传递函数的推导45-47
• 4.4.3 转速环数学模型仿真47
• 4.4.4 转速环闭环传递函数47-48
• 4.5 本章小结48-49
• 5 稳定平台伺服系统稳定回路的分析与设计49-59
• 5.1 稳定环的结构分析与设计目标49-50
• 5.1.1 稳定环的控制结构49
• 5.1.2 稳定环的设计目标49-50
• 5.2 稳定环隔离度分析50-51
• 5.3 稳定环控制器的分析与设计51-56
• 5.3.1 未校正时稳定环的特性51
• 5.3.2 比例校正时系统的特性51-52
• 5.3.3 稳定环高阶校正函数的设计52-54
• 5.3.4 高阶校正后稳定环性能测试及结果分析54-55
• 5.3.5 加速度补偿55-56
• 5.4 综合校正后的稳定环性能测试及结果分析56-58
• 5.4.1 稳定环跟踪性能测试57
• 5.4.2 稳定环隔离度测试57
• 5.4.3 稳定环对内部干扰抑制能力测试57-58
• 5.4.4 稳定环带宽测试58
• 5.5 本章小结58-59
• 6 稳定平台伺服系统跟踪回路的控制算法研究59-72
• 6.1 稳定环数学模型的化简59-60
• 6.2 PID控制方案60-64
• 6.2.1 常规PID控制算法60-61
• 6.2.2 数字PID控制算法61-62
• 6.2.3 PID控制器参数的整定62-64
• 6.3 智能PID控制算法的研究64-68
• 6.3.1 智能PID算法的控制策略分析64-66
• 6.3.2 智能PID算法的控制规则实现66-68
• 6.4 基于智能PID控制器的位置环仿真分析68-71
• 6.4.1 A航道模式下的回摆角69
• 6.4.2 B航道模式下的回摆角69-70
• 6.4.3 C航道模式下的回摆角70-71
• 6.4.4 航道之间的步进角71
• 6.5 本章小结71-72
• 总结与展望72-73
• 致谢73-74
• 参考文献74-77
• 附录77

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 付婷;张礁;杨辉;;基于仿真的航测相机伺服系统设计[J];仪器仪表用户;2012年03期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 董岩;基于神经网络的机载三轴稳定平台控制系统算法应用研究[D];中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 张兴旺;相机稳定平台设计[D];哈尔滨工程大学;2010年

2 郭惜久;水面稳定平台测控系统研究[D];南京理工大学;2011年

3 曾奇;高分辨率对地机载吊舱稳瞄技术研究[D];长春理工大学;2011年

4 苏盼;陀螺稳定吊舱控制系统设计及滤波算法研究[D];哈尔滨工业大学;2011年

5 宋志远;激光测距仪稳定平台设计与实现[D];哈尔滨工程大学;2011年

6 韩梦嘉;基于XPC环境的两轴稳定平台控制策略研究[D];大连海事大学;2010年

7 曾s，

本文编号：258648