近年來,Gm-APD激光雷達廣泛應(yīng)用于各個高科技探測領(lǐng)域中,其成像系統(tǒng)平臺在實際工作過程中往往受到各種噪聲的干擾,從而出現(xiàn)激光雷達成像不穩(wěn)定的情況。因此對于激光雷達成像系統(tǒng)的穩(wěn)像研究是非常有必要的。本文基于PID控制算法針對激光雷達的穩(wěn)像系統(tǒng)平臺進行了研究:首先,介紹了Gm-APD激光雷達穩(wěn)像理論,研究了激光雷達穩(wěn)像系統(tǒng)平臺的結(jié)構(gòu)組成及其工作方式,研究了PID控制算法的原理以及PID算法的環(huán)節(jié)選擇和參數(shù)調(diào)節(jié)方式,指出了穩(wěn)像系統(tǒng)的設(shè)計指標,并介紹了常見的幾種激光雷達圖像清晰度評價方法。其次,對Gm-APD激光雷達穩(wěn)像控制系統(tǒng)進行了模型搭建,對控制平臺中電機、電機驅(qū)動器、傳感器等關(guān)鍵器件進行了傳遞函數(shù)計算及優(yōu)化,確定了速度和位置環(huán)的雙閉環(huán)控制方式,分別運用了PI、PD、PID三種常用PID控制算法對系統(tǒng)速度環(huán)進行了算法仿真,運用了P控制器對系統(tǒng)位置環(huán)進行了算法仿真,并對仿真后的穩(wěn)像系統(tǒng)加入了噪聲干擾以進一步對比分析了三種控制算法的特點,同時針對穩(wěn)像系統(tǒng)中陀螺儀輸出的不穩(wěn)定性,利用Allan方差法對陀螺儀噪聲進行了分析,并利用卡爾曼濾波對陀螺儀的真實輸出數(shù)據(jù)進行了噪聲濾除,針對卡爾曼濾波算法... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：67 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

Gm-APD激光雷達對60m目標重構(gòu)成像圖

穩(wěn)像控制的精度。1993 年，J.C. Tucker 等人針對激光圖像穩(wěn)定技術(shù)指出，使用鏡子或棱鏡視線轉(zhuǎn)向的方法對移動平臺上的激光和其他光源進行穩(wěn)定成像，具有有限的轉(zhuǎn)向范圍，需要的技術(shù)制造成本較高，而利用傳感器捷聯(lián)技術(shù)將穩(wěn)像控制納入軟件控制中，將有效的解決其光學穩(wěn)像中轉(zhuǎn)向范圍受限和成本高昂的問題[18]。2002 年，Dan Chen 和 Dale E. Seborg 等人針對控制系統(tǒng)中 PID 控制算法中的 PI 和 PID 算法，通過對工程實際中多種控制模型的仿真，對比分析了 PI 和PID 兩種算法針對不同控制環(huán)境下的控制效果，研究結(jié)果表明，PI 控制算法的精度能夠滿足大多數(shù)工程實際中的要求，PID 控制算法較 PI 控制算法相比精度更高，但其參數(shù)的調(diào)節(jié)難度也較高[19]。2010 年，Zong Yan-tao 等人針對車載光電穩(wěn)像平臺系統(tǒng)的穩(wěn)像精度問題，采用了 PID 控制+卡爾曼濾波的方法，在頻率為 1.25Hz，角速度為 1 rad/s 的干擾作用下，得到的穩(wěn)像平臺控制精度在 0.004rad/s 左右，其研究結(jié)果如圖 1-2 所示[20]：

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文Changsong Qi 和 Hongjun Pan 等人針對兩軸穩(wěn)定用了陀螺儀和傾斜儀傳感器聯(lián)合測量姿態(tài)的方式，螺儀的數(shù)據(jù)漂移，研究結(jié)果表明，穩(wěn)定平臺能在 出校正調(diào)整[21]。Willer GDS 和 Rocco EM 等人利用卡爾曼濾波器態(tài)進行估計，將估計成果與不使用卡爾曼濾波器的了卡爾曼濾波器的效果良好，能夠有效減少傳感器 1-3 所示[22]：

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
[1]隧道巡檢機器人的穩(wěn)像平臺控制系統(tǒng)研究[D]. 牟璇.長安大學 2017
[2]低成本MEMS陀螺儀隨機漂移誤差的建模及修正[D]. 熊必鳳.西南大學 2017
[3]基于FPGA+DSP的視頻目標跟蹤系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 柯杰.哈爾濱工程大學 2017
[4]目標識別及跟蹤控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 蘇沛東.哈爾濱工程大學 2016
[5]MEMS陀螺儀隨機漂移誤差補償技術(shù)的研究[D]. 霍元正.東南大學 2015
[6]高精度MEMS陀螺儀的濾波算法研究[D]. 段棟棟.電子科技大學 2014
[7]激光陣列接收信號采集與處理研究[D]. 龔馳邈.北京理工大學 2014
[8]機載光電平臺控制系統(tǒng)研究[D]. 李濤.哈爾濱工業(yè)大學 2008
[9]艦載穩(wěn)定平臺高精度伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計研究[D]. 徐世東.哈爾濱工程大學 2008
[10]光電吊艙陀螺穩(wěn)像系統(tǒng)的計算機控制研究[D]. 郭飛.哈爾濱工程大學 2008



本文編號：3523771