本文關(guān)鍵詞：機載立體測繪相機滾轉(zhuǎn)軸伺服系統(tǒng)的辨識與設(shè)計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《南京理工大學(xué)》 2008年

陀螺穩(wěn)定伺服平臺設(shè)計

任遠航  

【摘要】： 陀螺穩(wěn)定平臺近幾年發(fā)展十分迅速,被廣泛應(yīng)用于彈(箭)制導(dǎo)、機載、艦載、車載武器等軍事領(lǐng)域和工業(yè)系統(tǒng)、攝影成像等民用領(lǐng)域。本文以實際項目為背景,針對陀螺穩(wěn)定平臺的三軸空間耦合關(guān)系、穩(wěn)定控制算法以及如何具體實現(xiàn)穩(wěn)定平臺功能等關(guān)鍵技術(shù)進行了理論研究和實驗驗證。 本文研究了三軸穩(wěn)定平臺總體結(jié)構(gòu),分機械和伺服控制系統(tǒng)兩部分對三軸穩(wěn)定平臺進行分析。根據(jù)三軸穩(wěn)定平臺空間架構(gòu)對三軸穩(wěn)定平臺的信號耦合關(guān)系及其動力學(xué)方程進行了推導(dǎo),從而將三軸多輸入多輸出系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為三個有聯(lián)系的單輸入單輸出系統(tǒng)。為了保證視軸在一定擾動下穩(wěn)定并能準確跟蹤目標,采用單速率穩(wěn)定環(huán)控制方法來抑制擾動,對單軸速率穩(wěn)定環(huán)各環(huán)節(jié)進行了詳細的分析,從而建立了單軸速率穩(wěn)定環(huán)模型,并在單軸速率穩(wěn)定環(huán)的基礎(chǔ)上建立了三軸穩(wěn)定環(huán)模型,將所建平臺模型在MATLAB中仿真,得到了較好的仿真結(jié)果。合理規(guī)劃控制系統(tǒng)硬件部分,將硬件部分分為輸入板、主控板、輸出板三塊,主控板控制芯片選用運算能力強大并且外設(shè)齊全的DSP2812芯片,考慮到系統(tǒng)運算程度復(fù)雜且要求運算過程快速,用雙DSP處理方式將輸入信號處理和控制運算兩部分分別在不同DSP中運算,從而保證能夠在規(guī)定時間內(nèi)完成從信號處理到控制運算輸出整個過程。設(shè)計系統(tǒng)軟件部分時根據(jù)雙DSP結(jié)構(gòu)規(guī)劃程序模塊,將程序模塊分為解算DSP程序和控制DSP程序兩部分,使得程序結(jié)構(gòu)清晰,條理分明,便于系統(tǒng)的調(diào)試和維護。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：V241.5
【目錄】：

摘要3-4

ABSTRACT4-7

1 緒論7-13

1.1 穩(wěn)定平臺的研究意義7-8

1.2 國內(nèi)外穩(wěn)定平臺發(fā)展現(xiàn)狀8-9

1.3 穩(wěn)定平臺的控制策略9-11

1.4 本文研究難點11

1.5 本文研究內(nèi)容11-13

2 三軸陀螺穩(wěn)定平臺總體設(shè)計13-19

2.1 穩(wěn)定平臺總體結(jié)構(gòu)13-14

2.2 穩(wěn)定平臺結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計14-17

2.2.1 機械諧振分析14-15

2.2.2 主要元件選型設(shè)計15-17

2.3 小結(jié)17-19

3 三軸陀螺穩(wěn)定平臺原理分析及建模19-33

3.1 三軸平臺原理分析19-28

3.1.1 環(huán)架驅(qū)動信號的合理分配20-24

3.1.2 三軸平臺的動力學(xué)方程和系統(tǒng)的傳遞函數(shù)陣24-28

3.2 速率穩(wěn)定環(huán)各環(huán)節(jié)數(shù)學(xué)模型的建立28-32

3.2.1 直流力矩電機及平臺負載建模28-30

3.2.2 陀螺數(shù)學(xué)模型30-31

3.2.3 速率穩(wěn)定環(huán)的數(shù)學(xué)模型31-32

3.3 小結(jié)32-33

4 穩(wěn)定平臺控制算法33-45

4.1 系統(tǒng)精度對伺服控制的要求33-34

4.2 單速率穩(wěn)定環(huán)穩(wěn)定控制方法34-44

4.2.1 超前滯后校正34-37

4.2.2 校正環(huán)節(jié)離散仿真37-39

4.2.3 數(shù)字PID控制算法39-40

4.2.4 三軸平臺穩(wěn)定控制仿真40-44

4.3 小結(jié)44-45

5 穩(wěn)定平臺硬件設(shè)計45-58

5.1 硬件電路結(jié)構(gòu)與功能45-46

5.2 信號輸入板46-48

5.2.1 軸角編碼轉(zhuǎn)換電路47

5.2.2 陀螺A/D轉(zhuǎn)換電路47-48

5.3 主控板48-55

5.3.1 處理芯片F(xiàn)2812及周邊電路49-51

5.3.2 CPLD電路51-52

5.3.3 主控板供電電路52-54

5.3.4 電平轉(zhuǎn)換電路54

5.3.5 兩塊DSP數(shù)據(jù)交互電路54-55

5.4 伺服輸出板55-57

5.4.1 驅(qū)動電機D/A轉(zhuǎn)換電路55-56

5.4.2 驅(qū)動陀螺力矩器D/A轉(zhuǎn)換電路56-57

5.4.3 力矩器通斷電路57

5.5 小結(jié)57-58

6 穩(wěn)定平臺軟件設(shè)計58-66

6.1 解算DSP程序設(shè)計58-63

6.1.1 主程序58-59

6.1.2 外部時鐘中斷子程序59-60

6.1.3 數(shù)據(jù)處理程序60-62

6.1.4 雙口RAM寫入程序62-63

6.2 控制DSP程序設(shè)計63-65

6.2.1 主程序63

6.2.2 外部時鐘中斷子程序63-64

6.2.3 雙口RAM讀取程序64-65

6.2.4 控制程序65

6.3 小結(jié)65-66

7 總結(jié)與展望66-68

致謝68-69

參考文獻69-72

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本文編號：163159