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基于动调陀螺的稳定平台控制系统研究

作　者: 姚丹丹
导　师: 李军
学　校: 南京理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 陀螺稳定平台速度跟踪控制算法 PID FIR滤波
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

稳定平台能够消除载体的运动对平台的扰动并实现跟踪功能,广泛应用于火炮、飞机、导弹等载体中,因此具有十分重要的研究意义。论文在研究了大量资料的基础上,设计了一款以车辆为载体,基于动调陀螺的双轴稳定平台控制系统,系统根据陀螺、旋转变压器等测量器件以及控制信号的输入,通过处理器运算并输出电机控制信号控制电机运动来实现控制要求。文章首先分析了双轴陀螺稳定平台的工作原理和平台结构,得到稳定平台的扰动隔离方程,并且对陀螺仪、旋转变压器、力矩电机等硬件设备进行了分析和选型,在此基础上设计了陀螺稳定平台的硬件控制电路。然后在对平台的各个组成部分进行建模以及算法设计并使用Matlab对整个系统进行仿真。在稳定跟踪模式的算法设计中,首先设计了单速度环校正环节,然后在此基础上分析了非线性加速度反馈以及双速度环的设计对系统结果的影响；在装表、转位模式的算法设计中,介绍了普通PID与模糊PID两种方案；在陀螺信号滤波算法设计中,设计了FIR滤波器并分析了结果。最后将软件分为主程序、速度环中断程序、位置环中断程序以及接口通信程序四个模块进行了设计并对系统进行了硬件调试。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
1 绪论  7-13
  1.1 论文背景和研究意义  7-8
  1.2 国内外研究现状  8-10
    1.2.1 稳定平台的发展  8-9
    1.2.2 算法研究的现状  9-10
  1.3 课题研究难点  10
  1.4 论文主要内容  10-13
2 双轴稳定平台系统分析与硬件设计  13-33
  2.1 双轴稳定平台原理分析  13-16
    2.1.1 基座角速度对平台的影响  14-15
    2.1.2 伺服角速度的计算  15-16
    2.1.3 双轴结构的缺陷  16
  2.2 双轴稳定平台硬件配置  16-21
    2.2.1 动力协调陀螺仪  17-19
    2.2.2 正余弦旋转变压器  19-20
    2.2.3 力矩电机  20-21
  2.3 硬件控制电路模块设计  21-31
    2.3.1 方位板总体设计  23-24
    2.3.2 DSP最小系统电路  24-26
    2.3.3 旋变-数字转换模块  26-27
    2.3.4 陀螺信号的模/数转换模块设计  27-28
    2.3.5 通信模块电路设计  28-29
    2.3.6 电机驱动电路设计  29-30
    2.3.7 硬件电路实物图  30-31
  2.4 本章小结  31-33
3 稳定平台建模与算法研究  33-55
  3.1 稳定平台各环节的数学模型  33-37
    3.1.1 力矩电机及平台负载的数学模型  34-35
    3.1.2 PWM功率放大电路模型  35-36
    3.1.3 陀螺模型  36
    3.1.4 旋转变压器模型  36-37
    3.1.5 低通滤波电路模型  37
  3.2 速率环控制算法仿真  37-45
    3.2.1 校正环节计算  37-42
    3.2.2 非线性加速度补偿对系统的影响  42-43
    3.2.3 双速度环设计的分析与比较  43-45
  3.3 装表和转位过程中的控制算法仿真  45-51
    3.3.1 装表过程控制算法设计  45-48
    3.3.2 模糊PID的应用以及对系统的影响  48-51
  3.4 陀螺仪的信号滤波  51-54
  3.5 本章小结  54-55
4 双轴稳定平台软件设计与调试  55-69
  4.1 控制系统软件设计  55-64
    4.1.1 主程序框架  55-56
    4.1.2 速率环中断服务子程序设计  56-59
    4.1.3 位置环中断服务子程序设计  59-64
  4.2 通信接口软件设计及硬件调试  64-67
    4.2.1 电源调试  64
    4.2.2 RS232接口设计与调试  64
    4.2.3 CAN接口设计与调试  64-65
    4.2.4 I~2C接口设计与调试  65-66
    4.2.5 AD模块硬件调试  66-67
  4.3 本章小结  67-69
5 总结与展望  69-71
  5.1 论文工作总结  69
  5.2 有待解决的问题与展望  69-71
致谢  71-73
参考文献  73-75

基于动调陀螺的稳定平台控制系统研究

内容摘要

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