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机载光电吊舱控制系统的研究及应用

作　者: 王丽博
导　师: 商建东
学　校: 河南科技大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 光电吊舱 控制系统 参数自整定模糊PID控制 ATmega128 现场测试
分类号: V249.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 132次
引　用: 2次
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内容摘要


机载光电吊舱是集光学、机械、微电子、自动控制和通讯技术为一体的高科技产品,常悬挂于运动载体外部,利用光电传感器实现对目标物的扫描,并将扫描图像及数据信息进行实时反馈,协助飞行员完成目标物的搜索、侦察。机载光电吊舱已成为航空航天领域中的重要装备,其研制开发备受各国的重视。本文以机载光电吊舱为研究背景,对机载光电吊舱的控制系统进行了重点研究。该吊舱内置可见光与红外成像仪,可在昼夜或能见度较低时完成对海陆面目标物的搜索,并准确确定目标坐标位置。本文以控制系统为具体研究对象,对控制系统进行分析并建立了控制系统数学模型。因考虑飞机姿态变化、空中风阻力、机械振动、负载扰动等影响系统稳定性的因素,重点对参数自整定模糊PID算法在该控制系统的应用进行了理论研究,并利用Matlab对系统模型进行仿真。实验表明,参数自整定模糊PID控制算法在机载光电吊舱控制系统中的应用取得了较好的控制效果。该算法具有鲁棒性强、动态性能好的特点,提高了控制系统稳定性。在此基础上,采用ATmega128单片机为控制核心,配用电机驱动板、直流伺服电机及光电编码器构成了伺服控制系统,并设计了字符叠加单元,将控制系统的工作状态等信息实时显示在屏幕上。同时,搭建了硬件电路,编写了相应的控制程序。最后,对吊舱控制系统进行现场测试,系统可实现自动扫描、测角、叠加字符等多种功能,验证了设计方案的可行性。课题的研究为今后吊舱控制技术探索了新途径,其研究内容具有一定的理论及实际应用价值。

全文目录


摘要  2-3
ABSTRACT  3-7
第1章 绪论  7-13
  1.1 课题研究背景及意义  7-8
  1.2 机载光电吊舱的研究现状  8-10
    1.2.1 国外研究现状  8-9
    1.2.2 国内研究现状  9-10
  1.3 论文研究内容及技术路线  10-11
  1.4 论文章节安排  11-13
第2章 机载光电吊舱控制系统建模与分析  13-21
  2.1 吊舱控制系统技术指标  13
  2.2 吊舱控制系统总体设计方案  13-15
  2.3 吊舱受力分析  15-17
  2.4 吊舱控制系统模型建立  17-20
    2.4.1 伺服电机数学模型  17-19
    2.4.2 吊舱控制系统模型  19-20
  2.5 本章小结  20-21
第3章 机载光电吊舱控制策略研究及模型仿真  21-37
  3.1 控制策略分析  21-24
    3.1.1 常规PID 控制器  21-23
    3.1.2 模糊PID 控制器  23-24
  3.2 系统模糊PID 控制器设计  24-31
    3.2.1 模糊论域的确定  24-25
    3.2.2 隶属函数选择  25
    3.2.3 输入输出量模糊化  25-26
    3.2.4 模糊控制规则表  26-29
    3.2.5 模糊推理  29-31
  3.3 伺服控制系统仿真研究  31-36
    3.3.1 阶跃响应实验  32-33
    3.3.2 抗干扰性实验  33-34
    3.3.3 跟踪响应实验  34-36
  3.4 本章小结  36-37
第4章 机载光电吊舱控制系统软硬件设计  37-53
  4.1 控制单元  37-39
  4.2 伺服驱动  39-41
  4.3 通讯单元  41-44
    4.3.1 通讯协议  42-43
    4.3.2 帧格式定义  43-44
  4.4 字符叠加单元  44-47
    4.4.1 字符叠加原理  44-45
    4.4.2 字符叠加显示  45-47
  4.5 硬件电路板  47-48
  4.6 系统软件设计  48-52
    4.6.1 软件程序流程图  48-50
    4.6.2 软件程序实现  50-51
    4.6.3 调试界面设计  51-52
  4.7 本章小结  52-53
第5章 机载光电吊舱控制系统调试  53-59
  5.1 控制系统测试  53-58
    5.1.1 试验内容  53-54
    5.1.2 吊舱控制试验  54-57
    5.1.3 成像仪控制试验  57
    5.1.4 字符叠加显示试验  57-58
  5.2 本章小结  58-59
第6章 结论与展望  59-61
  6.1 论文主要工作及创新点  59-60
  6.2 研究展望  60-61
参考文献  61-65
致谢  65-66
攻读硕士学位期间的研究成果  66

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中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 航空仪表、航空设备、飞行控制与导航 > 飞行控制系统与导航 > 飞行控制
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