【摘要】：穩(wěn)像云臺(tái)是基于電控信號(hào)的穩(wěn)定平臺(tái),用以搭載高精密光學(xué)儀器,可實(shí)現(xiàn)廣范圍的監(jiān)控、通信和探測(cè)功能。由于載體運(yùn)動(dòng)及其他外部擾動(dòng)易對(duì)穩(wěn)像云臺(tái)姿態(tài)產(chǎn)生干擾,進(jìn)而影響光學(xué)儀器的穩(wěn)定工作,需對(duì)穩(wěn)像云臺(tái)控制系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)研究。本文以車載穩(wěn)像云臺(tái)為控制對(duì)象,對(duì)穩(wěn)像云臺(tái)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析,旨在實(shí)現(xiàn)穩(wěn)像云臺(tái)手動(dòng)定位和穩(wěn)定隨動(dòng)的控制需求。首先,本文針對(duì)車載應(yīng)用背景,分析了穩(wěn)像云臺(tái)系統(tǒng)控制架構(gòu),為滿足云臺(tái)兩自由度定位和隨動(dòng)功能,研究了兩軸兩框架的穩(wěn)像云臺(tái)架構(gòu)及其工作原理,設(shè)計(jì)了穩(wěn)像云臺(tái)總體控制方案,提出了基于永磁同步電機(jī)的高精度直驅(qū)方案。針對(duì)云臺(tái)系統(tǒng)穩(wěn)像隨動(dòng)控制需求,分析了兩軸兩框架穩(wěn)像云臺(tái)的動(dòng)力學(xué)模型,研究了穩(wěn)像云臺(tái)系統(tǒng)的隨動(dòng)控制方法,針對(duì)車載工況下的剛性沖擊和高頻速率擾動(dòng)現(xiàn)象,進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)規(guī)劃設(shè)計(jì),提出了位置環(huán)并聯(lián)速度環(huán)的復(fù)合隨動(dòng)控制策略,實(shí)現(xiàn)了低頻位控,高頻減振的控制效果。其次,為滿足穩(wěn)像云臺(tái)驅(qū)控系統(tǒng)的高集成化需求,進(jìn)行了驅(qū)控系統(tǒng)的分析與實(shí)現(xiàn)。針對(duì)穩(wěn)像云臺(tái)系統(tǒng)低轉(zhuǎn)速、大扭矩、輸出平穩(wěn)的驅(qū)動(dòng)需求,分析了矢量控制模型及空間電壓矢量脈寬調(diào)制技術(shù),提出了基于矢量控制的PID復(fù)合控制方法;為滿足驅(qū)控系統(tǒng)的驅(qū)控集成化和大電流驅(qū)動(dòng)需求,進(jìn)行了驅(qū)控一體化分析與實(shí)現(xiàn),闡述了驅(qū)控系統(tǒng)的關(guān)鍵電路處理方法,并針對(duì)驅(qū)控系統(tǒng)的電磁兼容特性進(jìn)行了抗干擾研究;為滿足驅(qū)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制需求,研究了控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)軟件處理,提出了由硬件層、功能模塊層和框架層組成的分層化實(shí)時(shí)軟件架構(gòu),對(duì)系統(tǒng)參數(shù)初始化、存儲(chǔ)布局以及多任務(wù)調(diào)度進(jìn)行了分析與實(shí)現(xiàn)。最后,搭建了實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái),從驅(qū)控系統(tǒng)硬件性能測(cè)試和控制系統(tǒng)隨動(dòng)定位兩方面進(jìn)行了半實(shí)物測(cè)試,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本文所研究的穩(wěn)像云臺(tái)控制系統(tǒng)滿足信號(hào)處理和伺服驅(qū)動(dòng)的性能設(shè)計(jì),整機(jī)相關(guān)性能指標(biāo)滿足項(xiàng)目需求。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP273
【圖文】：

如圖 1.1 為電控云臺(tái)在車載和機(jī)載下的應(yīng)用實(shí)例，分析知，不同工況下載體運(yùn)動(dòng)擾因素具備多樣化和不可控特性：車載工況下，崎嶇路面會(huì)對(duì)車體產(chǎn)生行駛干擾；工況下，高速氣流和云層環(huán)境會(huì)對(duì)機(jī)體產(chǎn)生飛行擾動(dòng)；船載工況下，風(fēng)力海浪會(huì)對(duì)產(chǎn)生航行擾動(dòng)。受上述擾動(dòng)影響，激光測(cè)距儀、熱像儀、白光 CCD 等光學(xué)儀器將正常工作，系統(tǒng)亟需云臺(tái)具備穩(wěn)定功能。

載在 F-15E 戰(zhàn)機(jī)和海軍陸戰(zhàn)隊(duì) AV-8B 戰(zhàn)機(jī)上，實(shí)現(xiàn)了對(duì)地打擊和數(shù)據(jù)通信[16]，經(jīng)典藍(lán)盾吊艙由美國(guó) LockheedMartin 公司研制而成，長(zhǎng) 2.22 米，半徑 0.41 米，由目標(biāo)捕獲吊艙和夜間低空吊艙組成，可掛載于美國(guó) F-16，A-10 等戰(zhàn)斗機(jī)上，該公司同樣研制出另一款“狙擊手”XR 吊艙(如圖 1.2b 所示)，集成有第三代前視紅外(FLIR)、雙模式激光器、激光標(biāo)示器和激光點(diǎn)跟蹤器，目標(biāo)識(shí)別能力得到改進(jìn)，俯仰軸范圍可達(dá)+35°/-155°，瞄準(zhǔn)距離可達(dá) 160km[17]；車載領(lǐng)域，如法國(guó) AMX 勒克萊爾坦克，炮塔采用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn) 360°水平轉(zhuǎn)動(dòng)以及+20°/-8°俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)，其火控系統(tǒng)采用 HL 型陀螺穩(wěn)定技術(shù)，穩(wěn)定精度可達(dá) 0.1mrad。機(jī)載領(lǐng)域，由于無(wú)人機(jī)具有具有自主巡航和自由起降能力，在軍事和民用領(lǐng)域有著極為廣闊的發(fā)展前景[18-19]，以以色列無(wú)人機(jī)為例，其最具代表的 ESP-600 型無(wú)人機(jī)搭載的偵察、打擊云臺(tái)采用雙軸陀螺穩(wěn)像技術(shù)，水平向范圍 360°、俯仰角范圍為+100°/-100°，穩(wěn)定精度可達(dá) 15urad，最大角速度為 50°/s、最大角加速度為60°/s2[20]。

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文型增穩(wěn)轉(zhuǎn)臺(tái)，該平臺(tái)是國(guó)內(nèi)第一個(gè)增穩(wěn)轉(zhuǎn)臺(tái)，利用交流力矩電機(jī)直驅(qū)，角度傳感器采用旋轉(zhuǎn)變壓器和感應(yīng)同步器[21]；清華大學(xué)使用安裝在車載單軸云臺(tái)上的攝像機(jī)，進(jìn)行了水平向的汽車跟蹤實(shí)驗(yàn)[22]；航天北控集團(tuán)公司研制出可用于船載的穩(wěn)定云臺(tái)，水平向范圍360°、俯仰角范圍+41°/-10°，穩(wěn)定精度為 0.1°[23]；中航 618 所研制的穩(wěn)像平臺(tái)同樣具備兩自由度控制范圍，其基于慣性穩(wěn)像技術(shù)，穩(wěn)定精度可達(dá) 0.1mrad。

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本文編號(hào)：2756438