兩軸并聯穩(wěn)定平臺的姿態(tài)測量方法研究
發(fā)布時間：2021-10-10 21:51
穩(wěn)定平臺是一種搭載在運動載體上的伺服平臺,運動載體姿態(tài)變化會引起平臺上設備隨動,穩(wěn)定平臺可通過姿態(tài)測量系統(tǒng)獲取運動載體姿態(tài)信息,驅動平臺轉動進行姿態(tài)補償,實現運動載體擾動的隔離。穩(wěn)定平臺是保證平臺上設備穩(wěn)定的重要工具,被廣泛應用于武器瞄準、手術醫(yī)療、無人機攝像頭、雷達探測等方面,隨著穩(wěn)定平臺技術的發(fā)展,其在海洋和航空領域的應用越來越廣泛。在穩(wěn)定平臺中姿態(tài)測量是實現平臺穩(wěn)定的前提條件,如何對運動載體進行精確的和實時的姿態(tài)測量是研究中的兩大難點,本文以某海下運動載體上裝載的兩軸并聯穩(wěn)定平臺為研究主體,針對姿態(tài)測量實時性和精確性兩大難點,進行了姿態(tài)測量方法研究。主要工作如下:（1）在實驗所用穩(wěn)定平臺應用背景下,分析了載體的運動特性和并聯穩(wěn)定平臺的姿態(tài)補償特性,說明了并聯結構的耦合關系;根據選用的傳感器元件和信號采集裝置搭建了姿態(tài)信息采集系統(tǒng),并在穩(wěn)定平臺上進行了安裝,然后用軟件編寫了信號采集程序;根據傳感器的測量原理分析出需要對陀螺儀輸出數據進行姿態(tài)解算,然后根據姿態(tài)分析給出了解算方法;為驗證提出的姿態(tài)測量算法的有效性,設立了對照組實驗系統(tǒng)進行驗證。（2）構建基于卡爾曼濾波的姿態(tài)測量方法。為...
【文章來源】：河北大學河北省
【文章頁數】：63 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖2-3兩軸并聯穩(wěn)定平臺實驗所用穩(wěn)定平臺為并聯結構，軸與軸之間存在耦合關系，由文獻[26]可知，兩個
第二章姿態(tài)測量系統(tǒng)設計11(2.1)可知電機2輸出角度2與平臺輸出角度y相等，有著一樣的范圍，電機1輸出角度1受到電機2輸出角度2的制約，2越大1的范圍越校2.2姿態(tài)測量系統(tǒng)搭建2.2.1姿態(tài)信息采集模塊選用角速度傳感器和傾角傳感器作為姿態(tài)信息采集模塊的組成元件，傳感器元件帶寬的高低、量程的大小直接影響姿態(tài)測量的精準度。下面是根據姿態(tài)測量系統(tǒng)需要選擇的傳感器型號：(1)角速度傳感器角速度傳感器選用VG910單軸光纖陀螺儀，如圖2-4所示。國際上常用的陀螺儀有三種，分別是微機械(MEMS)陀螺儀、激光陀螺儀、光纖陀螺儀。光纖陀螺儀與微機械陀螺儀相比，優(yōu)點是全固態(tài)，沒有旋轉部件和摩擦部件，壽命長，動態(tài)范圍大，瞬時啟動，結構簡單，光纖陀螺儀與激光陀螺儀的工作原理都是基于Sagnac效應，相比而言，光纖陀螺儀沒有閉鎖問題，而且光纖陀螺儀使用光纖作為光路，激光陀螺儀則是在石英塊上進行精密加工得到光路，光纖陀螺儀成本相對較低，同時單軸光纖陀螺儀不用考慮萬向鎖死問題。VG910單軸光纖陀螺儀在設計時放大了比例因子，更適用于小角速度測量，且靈敏度相對較高。單軸光纖陀螺儀只能測量一個方向上的角速度，為了對穩(wěn)定平臺俯仰運動方向、橫滾運動方向的角速度進行同時測量，選用兩個VG910單軸光纖陀螺儀。VG910是一種基于光學的慣性傳感器，數據更新速率能達到1000Hz。圖2-4光纖陀螺儀VG910(2)傾角傳感器傾角傳感器采用XW-TS1100傾角傳感器，如圖2-5所示，XW-TS1100內嵌高速微
河北大學碩士學位論文12處理器、A/D轉換和溫度傳感器，并采用兩個獨立的微機械加速度計，直接測量物體相對于水平面的橫滾角、俯仰角。高精度A/D轉換和多種補償算法保證了傳感器采集原始數據的準確性，多種組合式濾波保證了數據的穩(wěn)定和精度�？紤]到用戶使用方便性，XW-TS1100在數據格式和安裝尺寸上與CrossBow-02EC相兼容，數據更新速率為40Hz。圖2-5傾角傳感器XW-TS1100以兩個VG910光纖陀螺儀和TS1100傾角傳感器進行穩(wěn)定平臺姿態(tài)測量模塊的搭建，進行模塊的搭建時要保證兩個陀螺儀角速度輸出軸面相互正交，減小不必要測量誤差，同理，傾角傳感器的安裝面也應該與平臺視軸面保持平行，在臺測量模塊搭建成功后，將其安裝到實驗所用穩(wěn)定平臺上，現如今常見的安裝方法有兩種，一種是平臺式安裝方法，一種是捷聯式安裝方法，平臺式安裝方法是將姿態(tài)測量模塊直接安裝在平臺上，這種方法能直接判斷平臺上設備是否處于穩(wěn)定狀態(tài)，但受到誤差干擾也更多。捷聯式安裝方法是將姿態(tài)測量模塊安裝在載體上，通過測量載體的姿態(tài)變化來實現穩(wěn)定平臺的維穩(wěn)，這種方法更容易實現且測量受到的干擾更少，因此使用捷聯式安裝方法進行姿態(tài)采集模塊的安裝，結果如圖2-6所示。姿態(tài)信息采集模塊穩(wěn)定平臺VG910XW-TS1100圖2-6姿態(tài)采集模塊安裝結果
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于VNS-GA的PID和互補濾波控制的自平衡車姿態(tài)解算[J]. 汪紅,田莎莎. 中南民族大學學報(自然科學版). 2019(04)
[2]一種微慣性與磁組合測量單元的姿態(tài)解算方法[J]. 嚴丹,鄧志紅,張雁鵬. 兵工學報. 2019(12)
[3]Review of Chinese atmospheric science research over the past 70 years: Atmospheric physics and atmospheric environment[J]. Tijian WANG,Taichang GAO,Hongsheng ZHANG,Maofa GE,Hengchi LEI,Peichang ZHANG,Peng ZHANG,Chunsong LU,Chao LIU,Hua ZHANG,Qiang ZHANG,Hong LIAO,Haidong KAN,Zhaozhong FENG,Yijun ZHANG,Xiushu QIE,Xuhui CAI,Mengmeng LI,Lei LIU,Shengrui TONG. Science China（Earth Sciences）. 2019(12)
[4]低空無人飛艇航測相機穩(wěn)定平臺控制方法[J]. 楊應,劉鳳珠,翟曦. 測繪通報. 2019(11)
[5]互補濾波在低成本四旋翼姿態(tài)解算中的應用[J]. 李璜籌,馬文博,李璐. 國外電子測量技術. 2019(11)
[6]基于偏振光的導航定姿自適應濾波算法[J]. 金仁成,謝林達,蔚彥昭,魏巍. 上海航天. 2019(05)
[7]基于Mahony濾波算法的姿態(tài)解算與應用研究[J]. 徐恩松,陸文華,劉云飛,李寶磊,馮旺. 智能計算機與應用. 2019(05)
[8]A review:On path planning strategies for navigation of mobile robot[J]. B.K.Patle,Ganesh Babu L,Anish Pandey,D.R.K.Parhi,A.Jagadeesh. Defence Technology. 2019(04)
[9]基于EMD-LWT的光纖陀螺閾值去噪[J]. 戴邵武,鄭百東,戴洪德,聶子健. 光電工程. 2019(05)
[10]基于改進掩膜EMD的光纖陀螺振動信號處理方法[J]. 王威,陳熙源. 東南大學學報(自然科學版). 2018(06)
博士論文
[1]并聯式復合驅動艦載穩(wěn)定平臺理論與實驗研究[D]. 趙星宇.燕山大學 2018
[2]串并聯式穩(wěn)定平臺姿態(tài)測量和控制技術研究[D]. 孟紅波.南京理工大學 2017
[3]并串聯光電穩(wěn)定平臺伺服控制系統(tǒng)研究[D]. 王立玲.河北大學 2014
[4]EMD算法研究及其在信號去噪中的應用[D]. 王婷.哈爾濱工程大學 2010
碩士論文
[1]艦載激光通信終端的視軸穩(wěn)定控制方法研究[D]. 毛昉.重慶理工大學 2019
[2]船載雷達穩(wěn)定平臺的設計[D]. 樊苗.大連海事大學 2017
[3]基于信號處理方法的微機械陀螺誤差補償技術的研究[D]. 楊慶峰.華僑大學 2016
[4]基于多維加速度傳感器的車輛姿態(tài)測量系統(tǒng)研究與設計[D]. 李祥云.哈爾濱工業(yè)大學 2015
本文編號：3429215
【文章來源】：河北大學河北省
【文章頁數】：63 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖2-3兩軸并聯穩(wěn)定平臺實驗所用穩(wěn)定平臺為并聯結構，軸與軸之間存在耦合關系，由文獻[26]可知，兩個
第二章姿態(tài)測量系統(tǒng)設計11(2.1)可知電機2輸出角度2與平臺輸出角度y相等，有著一樣的范圍，電機1輸出角度1受到電機2輸出角度2的制約，2越大1的范圍越校2.2姿態(tài)測量系統(tǒng)搭建2.2.1姿態(tài)信息采集模塊選用角速度傳感器和傾角傳感器作為姿態(tài)信息采集模塊的組成元件，傳感器元件帶寬的高低、量程的大小直接影響姿態(tài)測量的精準度。下面是根據姿態(tài)測量系統(tǒng)需要選擇的傳感器型號：(1)角速度傳感器角速度傳感器選用VG910單軸光纖陀螺儀，如圖2-4所示。國際上常用的陀螺儀有三種，分別是微機械(MEMS)陀螺儀、激光陀螺儀、光纖陀螺儀。光纖陀螺儀與微機械陀螺儀相比，優(yōu)點是全固態(tài)，沒有旋轉部件和摩擦部件，壽命長，動態(tài)范圍大，瞬時啟動，結構簡單，光纖陀螺儀與激光陀螺儀的工作原理都是基于Sagnac效應，相比而言，光纖陀螺儀沒有閉鎖問題，而且光纖陀螺儀使用光纖作為光路，激光陀螺儀則是在石英塊上進行精密加工得到光路，光纖陀螺儀成本相對較低，同時單軸光纖陀螺儀不用考慮萬向鎖死問題。VG910單軸光纖陀螺儀在設計時放大了比例因子，更適用于小角速度測量，且靈敏度相對較高。單軸光纖陀螺儀只能測量一個方向上的角速度，為了對穩(wěn)定平臺俯仰運動方向、橫滾運動方向的角速度進行同時測量，選用兩個VG910單軸光纖陀螺儀。VG910是一種基于光學的慣性傳感器，數據更新速率能達到1000Hz。圖2-4光纖陀螺儀VG910(2)傾角傳感器傾角傳感器采用XW-TS1100傾角傳感器，如圖2-5所示，XW-TS1100內嵌高速微
河北大學碩士學位論文12處理器、A/D轉換和溫度傳感器，并采用兩個獨立的微機械加速度計，直接測量物體相對于水平面的橫滾角、俯仰角。高精度A/D轉換和多種補償算法保證了傳感器采集原始數據的準確性，多種組合式濾波保證了數據的穩(wěn)定和精度�？紤]到用戶使用方便性，XW-TS1100在數據格式和安裝尺寸上與CrossBow-02EC相兼容，數據更新速率為40Hz。圖2-5傾角傳感器XW-TS1100以兩個VG910光纖陀螺儀和TS1100傾角傳感器進行穩(wěn)定平臺姿態(tài)測量模塊的搭建，進行模塊的搭建時要保證兩個陀螺儀角速度輸出軸面相互正交，減小不必要測量誤差，同理，傾角傳感器的安裝面也應該與平臺視軸面保持平行，在臺測量模塊搭建成功后，將其安裝到實驗所用穩(wěn)定平臺上，現如今常見的安裝方法有兩種，一種是平臺式安裝方法，一種是捷聯式安裝方法，平臺式安裝方法是將姿態(tài)測量模塊直接安裝在平臺上，這種方法能直接判斷平臺上設備是否處于穩(wěn)定狀態(tài)，但受到誤差干擾也更多。捷聯式安裝方法是將姿態(tài)測量模塊安裝在載體上，通過測量載體的姿態(tài)變化來實現穩(wěn)定平臺的維穩(wěn)，這種方法更容易實現且測量受到的干擾更少，因此使用捷聯式安裝方法進行姿態(tài)采集模塊的安裝，結果如圖2-6所示。姿態(tài)信息采集模塊穩(wěn)定平臺VG910XW-TS1100圖2-6姿態(tài)采集模塊安裝結果
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于VNS-GA的PID和互補濾波控制的自平衡車姿態(tài)解算[J]. 汪紅,田莎莎. 中南民族大學學報(自然科學版). 2019(04)
[2]一種微慣性與磁組合測量單元的姿態(tài)解算方法[J]. 嚴丹,鄧志紅,張雁鵬. 兵工學報. 2019(12)
[3]Review of Chinese atmospheric science research over the past 70 years: Atmospheric physics and atmospheric environment[J]. Tijian WANG,Taichang GAO,Hongsheng ZHANG,Maofa GE,Hengchi LEI,Peichang ZHANG,Peng ZHANG,Chunsong LU,Chao LIU,Hua ZHANG,Qiang ZHANG,Hong LIAO,Haidong KAN,Zhaozhong FENG,Yijun ZHANG,Xiushu QIE,Xuhui CAI,Mengmeng LI,Lei LIU,Shengrui TONG. Science China（Earth Sciences）. 2019(12)
[4]低空無人飛艇航測相機穩(wěn)定平臺控制方法[J]. 楊應,劉鳳珠,翟曦. 測繪通報. 2019(11)
[5]互補濾波在低成本四旋翼姿態(tài)解算中的應用[J]. 李璜籌,馬文博,李璐. 國外電子測量技術. 2019(11)
[6]基于偏振光的導航定姿自適應濾波算法[J]. 金仁成,謝林達,蔚彥昭,魏巍. 上海航天. 2019(05)
[7]基于Mahony濾波算法的姿態(tài)解算與應用研究[J]. 徐恩松,陸文華,劉云飛,李寶磊,馮旺. 智能計算機與應用. 2019(05)
[8]A review:On path planning strategies for navigation of mobile robot[J]. B.K.Patle,Ganesh Babu L,Anish Pandey,D.R.K.Parhi,A.Jagadeesh. Defence Technology. 2019(04)
[9]基于EMD-LWT的光纖陀螺閾值去噪[J]. 戴邵武,鄭百東,戴洪德,聶子健. 光電工程. 2019(05)
[10]基于改進掩膜EMD的光纖陀螺振動信號處理方法[J]. 王威,陳熙源. 東南大學學報(自然科學版). 2018(06)
博士論文
[1]并聯式復合驅動艦載穩(wěn)定平臺理論與實驗研究[D]. 趙星宇.燕山大學 2018
[2]串并聯式穩(wěn)定平臺姿態(tài)測量和控制技術研究[D]. 孟紅波.南京理工大學 2017
[3]并串聯光電穩(wěn)定平臺伺服控制系統(tǒng)研究[D]. 王立玲.河北大學 2014
[4]EMD算法研究及其在信號去噪中的應用[D]. 王婷.哈爾濱工程大學 2010
碩士論文
[1]艦載激光通信終端的視軸穩(wěn)定控制方法研究[D]. 毛昉.重慶理工大學 2019
[2]船載雷達穩(wěn)定平臺的設計[D]. 樊苗.大連海事大學 2017
[3]基于信號處理方法的微機械陀螺誤差補償技術的研究[D]. 楊慶峰.華僑大學 2016
[4]基于多維加速度傳感器的車輛姿態(tài)測量系統(tǒng)研究與設計[D]. 李祥云.哈爾濱工業(yè)大學 2015
本文編號：3429215
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