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水面稳定平台测控系统技术研究与实现

作　者: 张松
导　师: 马少杰
学　校: 南京理工大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 稳定平台实时稳定控制技术姿态测量电机控制 429总线通信
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

某探测系统工作于水面上,受到风、浪、涌、流等因素的影响,产生横摇及纵摇运动,影响到系统的探测精度,在运动影响较大的情况下,探测系统将无法工作。为保证探测系统正常工作,需在水面建立一个稳定平台,隔离横摇和纵摇扰动,从而使平台之上的探测系统保持在一个相对水平的状态,从而能保持系统处于正常工作状态。本文基于稳定平台设计需要,对稳定平台的姿态测量和控制技术进行了研究。首先对稳定平台在国内外的发展概况和相关技术做以概述。其次分析了常见稳定平台的机构特点,设计了并联结构的机电式双轴稳定平台,并建立了稳定平台运动学模型。接着详细介绍了稳定平台测控系统的相关技术背景和软硬件实现方法,系统以TMS320F2812为中控处理器,通过惯性测量的方法对动平台进行姿态测量,利用数字式脉宽调制技术实现PID算法和电机的S型速度曲线规划对动平台实施反馈控制,采用ARINC429作为通信总线提高了系统通信可靠性。最后,对测控系统主要功能进行了调试并进行了模拟跟踪实验,结果表明系统的主要技术指标能够满足项目要求,达到了预期目的。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-7
1 绪论  7-14
  1.1 课题研究背景及其意义  7
  1.2 国内外稳定平台发展概况  7-8
  1.3 论文相关技术简述  8-11
    1.3.1 姿态测量技术概述  8-10
    1.3.2 随动控制技术概述  10-11
    1.3.3 其他有关技术简介  11
  1.4 论文的项目背景及主要研究内容  11-14
2 稳定平台结构设计与建模  14-21
  2.1 稳定平台结构类型  14-15
  2.2 系统总体结构及工作原理介绍  15-17
  2.3 稳定平台运动学建模  17-20
    2.3.1 自由度计算  17
    2.3.2 坐标系建立  17-18
    2.3.3 运动学模型建立  18-20
  2.4 稳定平台主要技术指标  20
  2.5 本章小结  20-21
3 测控系统关键技术研究  21-35
  3.1 加速度计测角原理及算法实现  21-22
  3.2 陀螺仪测角原理及算法实现  22-27
    3.2.1 欧拉角法  22-24
    3.2.2 四元数法  24-25
    3.2.3 四阶龙格库塔法姿态更新算法实现  25-26
    3.2.4 圆锥运动下四阶龙格库塔法姿态更新算法误差分析  26-27
  3.3 利用加速度传感器修正角速度传感器累计误差的原理介绍  27-28
  3.4 交流伺服电机控制技术研究  28-32
    3.4.1 PWM调速控制原理  29
    3.4.2 电机速度曲线规划  29-32
  3.5 ARINC429通信总线技术研究  32-34
  3.6 本章小结  34-35
4 稳定平台测控系统软硬件设计  35-58
  4.1 控制系统硬件设计  35-46
    4.1.1 主要硬件选型  35-38
    4.1.2 姿态测量模块  38-41
    4.1.3 电机控制模块  41-44
    4.1.4 通信接口模块  44-46
  4.2 测控系统软件设计  46-57
    4.2.1 软件总体框图与各部分功能简介  46-47
    4.2.2 下位机程序设计  47-55
      4.2.2.1 单片机固件程序  48-51
      4.2.2.2 DSP固件程序  51-55
    4.2.3 上位机程序设计  55-57
  4.3 本章小结  57-58
5 原理样机和系统调试  58-66
  5.1 稳定平台样机及测控系统实物图  58-61
  5.2 测控系统系统功能调试  61-64
    5.2.1 PWM脉冲功能调试  61
    5.2.2 ARINC429通信总线调试  61-62
    5.2.3 传感器数据调试  62-63
    5.2.4 姿态监控系统调试  63-64
  5.3 调平结果分析与模拟探测跟踪测试  64-65
  5.4 本章小结  65-66
6 总结  66-67
致谢  67-68
参考文献  68-72
附录  72-75

水面稳定平台测控系统技术研究与实现

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