艦船用視軸穩(wěn)定平臺(tái)控制及陀螺反饋信號(hào)測(cè)量研究.pdf

1、艦船在海上航行中，受風(fēng)浪影響會(huì)產(chǎn)生搖擺現(xiàn)象。攝像機(jī)受到艦船搖擺的影響而不穩(wěn)定，常使被攝像目標(biāo)丟失，所以攝像機(jī)必須架設(shè)在艦船用視軸的一個(gè)穩(wěn)定平臺(tái)上，通過穩(wěn)定平臺(tái)的方位、俯仰和橫滾等框架軸上的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)補(bǔ)償艦船的搖擺運(yùn)動(dòng)，使攝像機(jī)相對(duì)慣性空間保持特定位置或運(yùn)動(dòng)到指令位置。該穩(wěn)定平臺(tái)有許多方面需要研究，本文重點(diǎn)研究平臺(tái)的結(jié)構(gòu)、控制及陀螺速率反饋信號(hào)測(cè)量及測(cè)量精度提高等方面的工作。
　　論文的主要研究工作如下：
　　第一，參與設(shè)計(jì)

2、和研制了一套三框架軸系艦船視軸穩(wěn)定跟蹤平臺(tái)系統(tǒng)。穩(wěn)定平臺(tái)系統(tǒng)由機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩大部分組成。穩(wěn)定跟蹤平臺(tái)各框架軸系采用力矩電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，以陀螺作為慣性速率敏感元件構(gòu)成視軸的穩(wěn)定回路，以光電編碼器作為位置反饋和目標(biāo)偏差檢測(cè)反饋元件組成跟蹤回路的閉環(huán)串級(jí)控制系統(tǒng)。平臺(tái)伺服控制系統(tǒng)中采用FPGA可編程器件進(jìn)行閉環(huán)串級(jí)數(shù)字控制,實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)系統(tǒng)快速性、實(shí)時(shí)性的控制要求。第二，從平臺(tái)電機(jī)工作和不工作兩個(gè)方面分析了三軸耦合穩(wěn)定平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，導(dǎo)出

3、了平臺(tái)穩(wěn)定與跟蹤的條件。給出了平臺(tái)控制系統(tǒng)的5種直接控制的結(jié)構(gòu)方法，得出速率陀螺的不同放置，會(huì)得到伺服電機(jī)回路的不同負(fù)反饋參數(shù)的測(cè)量算法。第三，針對(duì)視軸穩(wěn)定回路單速度環(huán)控制結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)，提出了一種采用直流測(cè)速機(jī)為電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量反饋元件構(gòu)成速度內(nèi)環(huán)，利用陀螺的空間測(cè)速機(jī)功能組成穩(wěn)定外環(huán)的視軸穩(wěn)定系統(tǒng)雙速度閉環(huán)串級(jí)控制結(jié)構(gòu)；從伺服系統(tǒng)的剛度、隔離度、響應(yīng)等方面特性與單速度環(huán)控制進(jìn)行了理論分析和比較，得出了雙速度環(huán)優(yōu)于單速度環(huán)的控制效果。采用PID

4、超前滯后控制方法實(shí)現(xiàn)了伺服系統(tǒng)的速度環(huán)路隔離高頻擾動(dòng)和穩(wěn)定視軸的功能，位置環(huán)路對(duì)低頻信號(hào)跟蹤的性能。第四，為了減小MEMS陀螺輸出信號(hào)漂移誤差和噪聲對(duì)視軸穩(wěn)定回路的影響，建立了MEMS陀螺誤差估計(jì)的Kalman算法模型，標(biāo)定了陀螺的輸入與輸出特性曲線。在實(shí)際測(cè)量中，根據(jù)標(biāo)定曲線修正測(cè)量值減小了測(cè)量誤差。第五、針對(duì)MEMS陀螺精度較低的特點(diǎn)，提出了融合陀螺技術(shù)具體實(shí)施方案，設(shè)計(jì)了基于Kalman算法的最優(yōu)估計(jì)器。試驗(yàn)結(jié)果表明，融合陀螺測(cè)量