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轻型通用光电跟踪平台跟踪控制系统设计

作　者: 翟园林
导　师: 王建立
学　校: 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）
专　业: 机械电子工程
关键词: 光电跟踪 PID 模糊控制
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

目标跟踪技术是测试技术领域研究的前沿方向,光电跟踪系统是典型的光、机、电、控制和信号处理一体化的集成装置,在实时监控、导弹导引、激光通信、武器火控系统等领域都有广泛的应用。本文根据实际工程需要,设计了一台轻型通用的光电跟踪平台,以该光电设备为研究对象,着重对目标跟踪算法和平台的伺服控制算法进行了研究。以DSP芯片TMS320F28335为数据处理器,并以FPGA、高精度的A/D转换芯片为辅助,构成了图像处理硬件平台,在该硬件平台中完成相机模拟信号的模数转换、数据格式整合、脱靶量提取算法以及图像处理系统与伺服控制系统之间的通信；以基于PC104总线的工控机为核心、并辅助以CPLD、功率放大器,构成伺服控制的硬件平台,并在该硬件平台上,运用多项式拟合法,通过插值运算实现了脱靶量的预测,并实现了位置、速度双闭环伺服控制算法。为了提高系统的响应速度并减小超调量,本文研究了模糊PID控制在光电跟踪系统中应用,并通过仿真和实验验证了模糊PID控制算法的有效性。轻型通用光电跟踪平台设计完成后做了大量的实验,对各种可能的目标进行了自动跟踪实验,对系统进行了充分的验证。大量实验结果表明,该系统达到了预期的目标,具有工程应用价值。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-11
第1章绪论  11-15
  1.1 课题的研究背景和意义  11
  1.2 国内相关领域的研究  11-14
    1.2.1 光电跟踪技术的发展  11-13
    1.2.2 模糊控制理论及其在伺服控制中的应用  13-14
  1.3 本文主要的内容安排  14-15
第2章跟踪控制系统设计  15-29
  2.1 光学传感器  16-17
  2.2 图像处理系统  17-21
    2.2.1 图像处理硬件系统  17
    2.2.2 图像处理软件系统  17-21
  2.3 光电跟踪平台  21
  2.4 伺服控制系统  21-27
    2.4.1 主控单元  22
    2.4.2 逻辑处理电路  22-24
    2.4.3 功率放大器  24-26
    2.4.4 反馈测量元件  26-27
  2.5 本章小结  27-29
第3章伺服控制算法的研究  29-53
  3.1 光电跟踪平台伺服控制模型的建立  29-32
    3.1.1 直流电机的数学模型  29-32
  3.2 PID控制算法  32-37
    3.2.1 经典PID算法  33-37
  3.3 PID改良算法  37-39
    3.3.1 均值滤波算法  37-38
    3.3.2 积分分离  38-39
    3.3.3 抗积分饱和算法  39
  3.4 PID参数的整定  39-43
    3.4.1 各参数对控制器的影响  40
    3.4.2 控制器的选择  40
    3.4.3 参数的整定  40-43
    3.4.4 本系统采用的整定方法  43
  3.5 模糊自适应PID控制器  43-52
    3.5.1 模糊控制的基本概念  44
    3.5.2 模糊PID控制器结构  44-50
    3.5.3 经典PID和模糊PID的实验对比  50-52
  3.6 本章小结  52-53
第4章系统软件设计及实验  53-75
  4.1 程序的功能  53
  4.2 程序模块的分类  53
  4.3 串行通信  53-58
    4.3.1 波特率的设定  55-56
    4.3.2 设置通信的数据格式  56-57
    4.3.3 FIFO控制寄存器(FCR)设置  57
    4.3.4 中断使能(IER)  57-58
  4.4 各个功能模块的实现  58-70
    4.4.1 主程序  58-59
    4.4.2 单杆中断子程序  59-60
    4.4.3 编码器中断子程序  60-61
    4.4.4 脱靶量中断子程序  61-68
    4.4.5 PWM产生子程序  68-70
  4.5 运动目标跟踪实验  70-74
  4.6 本章小结  74-75
第5章总结与展望  75-77
  5.1 总结  75
  5.2 展望  75-77
参考文献  77-81
在学期间学术成果情况  81-82
指导教师及作者简介  82-83
致谢  83

轻型通用光电跟踪平台跟踪控制系统设计

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