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空中动态物体转速测量系统的研究与实现

作　者: 翁丹霞
导　师: 杜国平
学　校: 南京理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 空中动态物体加速度传感器转速姿态角反馈式程控放大电路
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

转速是直接影响空中动态物体飞行稳定性的因素之一。转速测量是空中动态物体的研制和试验过程中的一项关键技术,通过转速测量数据,可以分析空中动态物体设计是否符合要求、性能优劣以及修正的目标和方向。本文针对空中动态物体的转速测量的特定应用需求,设计了一种成本低廉、体积小巧的转速测量系统。通过测量载体坐标系三个轴向的加速度计算转速,采用反馈式程控放大电路来提高转速测量范围和测量精度,并外扩大容量FLASH存储器保存测量数据,实现了空中动态物体飞行全过程中的转速测量及数据存储。另外还研究了加速度传感器测量空中动态物体的姿态角的可行性。本文首先根据课题应用背景,分析了课题的主要任务、转速与姿态角的测量原理以及系统的技术指标,并在此基础上提出了转速测量系统的总体设计方案。其次,进行转速测量系统的软硬件设计,硬件设计以LPC2366作为微控制器,外扩加速度传感器ADXL326和FLASH存储器,并设计了反馈式程控放大电路和RS232串行通信接口；软件设计分为数据采集、FLASH存储、转速测量和姿态测量等功能模块,实现系统的各项功能。最后,通过转台实验,分析了滑动平均滤波效果和系统测量结果。系统转速测量部分的测量范围和精度满足设计要求,并且稳定性较高、承受过载能力强,在空中动态物体的转速测量方面具有较广泛的应用前景。系统姿态测量部分对实现原理进行了验证,其精度和稳定性有待进一步研究。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
1 绪论  7-11
  1.1 课题研究背景及意义  7
  1.2 转速测量技术的国内外发展现状  7-9
  1.3 姿态测量技术概述  9
  1.4 课题研究内容和论文组织结构  9-11
    1.4.1 课题研究内容  10
    1.4.2 论文组织结构  10-11
2 转速测量系统理论分析与方案设计  11-27
  2.1 主要任务  11
  2.2 转速测量理论研究  11-18
    2.2.1 加速度传感器感应加速度原理  11-13
    2.2.2 空中动态物体转速测量原理  13-17
    2.2.3 转速的提取方法分析  17-18
  2.3 姿态测量理论研究  18-23
    2.3.1 坐标系定义  18-19
    2.3.2 姿态角和坐标系转换矩阵  19-21
    2.3.3 姿态角的计算公式  21-23
  2.4 转速测量系统技术指标分析  23-25
    2.4.1 系统的技术指标要求  23-24
    2.4.2 程控放大电路需求分析  24
    2.4.3 数据存储与传输技术选型  24-25
  2.5 转速测量系统总体设计方案  25-26
  2.6 本章小结  26-27
3 转速测量系统的硬件设计  27-43
  3.1 硬件总体框架设计  27
  3.2 微控制器模块设计  27-31
    3.2.1 微控制器选型  27-28
    3.2.2 时钟电路设计  28-29
    3.2.3 复位电路设计  29
    3.2.4 JTAG接口设计  29-30
    3.2.5 微控制器管脚功能分配  30-31
  3.3 加速度传感器模块设计  31-33
  3.4 反馈式程控放大电路设计  33-37
    3.4.1 程控放大电路的实现方法  33
    3.4.2 反馈式程控放大电路设计  33-37
  3.5 A/D转换设计  37-38
  3.6 外扩FLASH存储单元  38-39
  3.7 电源管理  39-41
  3.8 通信接口设计  41-42
  3.9 本章小结  42-43
4 转速测量系统的软件设计  43-57
  4.1 软件总体设计  43-44
  4.2 数据采集模块程序设计  44-46
  4.3 FLASH模块程序设计  46-52
    4.3.1 FLASH读数据程序设计  47-48
    4.3.2 FLASH写数据程序设计  48-50
    4.3.3 FLASH擦除技术  50-52
  4.4 转速测量程序设计  52-55
  4.5 姿态解算程序设计  55-56
  4.6 本章小结  56-57
5 系统实验与数据分析  57-71
  5.1 系统实验  57-58
  5.2 加速度信号预处理  58-63
    5.2.1 改进的滑动平均滤波算法  58-59
    5.2.2 滤波结果分析  59-63
  5.3 系统测量结果数据分析  63-70
    5.3.1 转速测量结果分析  63-69
    5.3.2 姿态角测量结果分析  69-70
  5.4 本章小结  70-71
6 总结与展望  71-73
致谢  73-75
参考文献  75-77

空中动态物体转速测量系统的研究与实现

内容摘要

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