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基于嵌入式系统的稳定平台控制系统的设计与实现

作　者: 孙西龙
导　师: 沈毅
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 嵌入式系统 稳定平台 PID控制
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


稳定平台主要是用来隔离载体扰动，使对象在惯性空间当中保持稳定，一般采用陀螺来测量角速度，来感知平台姿态的变化趋势，从而使得平台的基准保持恒定，通过探测设备或图像观测设备获得目标信息，实时调整载体的方位姿态来跟踪目标。稳定平台在军事、工业上应用广泛，比如导弹的导引头、雷达基座、摄影稳相装置以及卫星的天线，国内外对稳定平台惯性稳定技术的研究热度不减、经久不衰。本课题是以飞行控制中二轴导引头稳定平台的控制为背景，并结合研究生创新实验平台开展了基于OMAP3530的稳定平台控制系统的研究。首先，本文简单介绍了稳定平台的发展及研究现状，对本系统的数学模型加以研究，采用了速度位置双闭环的控制方法对其仿真，仿真结果表明PID控制可以实现系统的性能指标。其次，在PC上安装了与Mini板匹配的交叉编译工具链，配置了串口终端，搭建了NFS服务器；往Mini板上移植了XLoader、UBoot、内核及文件系统；实现了在宿主机上编写编译代码，目标板上执行的开发模式。再次，基于V4L2标准实现了图像的采集，在RGB颜色空间应用阈值法将图像分割，借助投影算法来识别目标并求取中心点的坐标。最后，编写了串口通讯的程序、系统定时的程序，基于此，编写了速度位置环PID算法的程序，实现了伺服控制，最后配合上位机软件完成了对系统运行情况的调试。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章 绪论  8-14
  1.1 课题背景及研究目的和意义  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-10
  1.3 控制系统设计难点  10-11
  1.4 嵌入式系统的发展概况  11-12
  1.5 论文的主要研究内容  12-14
第2章 稳定平台控制系统的总体设计  14-28
  2.1 稳定平台控制系统的原理及组成  14-18
    2.1.1 控制器  14-15
    2.1.2 位置传感器  15-16
    2.1.3 陀螺  16-17
    2.1.4 功率放大器  17
    2.1.5 执行器  17-18
  2.2 稳定平台控制方案  18-19
  2.3 稳定平台控制算法  19-21
    2.3.1 PID 控制器简介  19
    2.3.2 PID 控制原理  19-20
    2.3.3 PID 控制算法  20-21
  2.4 稳定平台控制系统模型的建立  21-25
    2.4.1 电机及载荷的建模  21-24
    2.4.2 功率放大器的建模  24
    2.4.3 陀螺的建模  24-25
  2.5 稳定平台控制系统的仿真  25-27
    2.5.1 速度环仿真  25-26
    2.5.2 位置环仿真  26-27
  2.6 本章小结  27-28
第3章 OMAP3530 软件平台的搭建  28-38
  3.1 宿主机上嵌入式 LINUX 环境的搭建  28-31
    3.1.1 交叉编译工具链的安装  29
    3.1.2 串口终端环境的配置  29-30
    3.1.3 NFS 服务器的搭建  30-31
  3.2 ICETEK-OMAP3530-MINI 上嵌入式 LINUX 环境的搭建  31-36
    3.2.1 移植 XLoader  32
    3.2.2 移植 UBoot  32-34
    3.2.3 移植 Linux 内核  34-35
    3.2.4 制作文件系统  35-36
    3.2.5 串口的扩展  36
  3.3 本章小结  36-38
第4章 控制系统的软件设计与实现  38-54
  4.1 基于图像处理的目标识别  38-44
    4.1.1 V4L2 采集图像  38-39
    4.1.2 JPEG 数据的解码  39-41
    4.1.3 基于 RGB 颜色空间的图像分割  41
    4.1.4 投影算法求取目标  41-44
  4.2 伺服控制算法的设计  44-50
    4.2.1 控制主程序  44-46
    4.2.2 串行通讯子程序  46-47
    4.2.3 定时子程序  47-49
    4.2.4 PID 控制器参数的整定  49-50
  4.3 上位机软件的设计  50-52
  4.4 本章小结  52-54
结论  54-56
参考文献  56-62
致谢  62

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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