云臺由于能搭載各種儀器設備,有擴展和延伸儀器設備工作空間、補償運行過程中的各種擾動對于儀器設備影響的功用,而廣泛應用在諸多領域和場合。本文研究的內容是具有高速響應能力并兼具動態(tài)穩(wěn)定性能的自適應穩(wěn)姿步進云臺,設計并實現(xiàn)了一套完整的二自由度步進云臺控制系統(tǒng),主要工作如下:(1)該云臺控制系統(tǒng)在硬件上由環(huán)架機械結構、兩相混合式步進電機和細分驅動器、姿態(tài)傳感器MPU6050、主控制器為S3C2440的開發(fā)板MINI2440組成。軟件上,搭建arm-linux交叉編譯環(huán)境,在MINI2440上構建嵌入式Linux操作系統(tǒng),并在此基礎上實現(xiàn)云臺控制軟件和電機驅動程序。(2)建立了適用于該云臺的坐標系,同時推導了獲取較為穩(wěn)定、準確的姿態(tài)信息時涉及的相關方法,并由主控制器以I2C接口與MPU6050通信采集原始數(shù)據(jù)進行相關計算,以驗證該方法可行性。(3)由兩相混合式步進電機的電壓平衡方程和運動平衡方程推導出其數(shù)學模型。為了滿足步進電機對廣頻率范圍的要求,提出一種頻變頻脈沖調制技術,具有不受占空比、不受頻率限制的優(yōu)勢;實現(xiàn)了電機驅動程序,探索了 Linux調用該驅動程序并產(chǎn)生脈沖信號的過程。比較了三種控制...

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
1 緒論
    1.1 課題背景
    1.2 課題目的與意義
    1.3 國內外研究現(xiàn)狀
    1.4 本文主要結構
2 云臺軟硬件結構及組成
    2.1 云臺機械結構
    2.2 云臺的硬件組成
    2.3 云臺控制軟件編譯及運行環(huán)境
    2.4 云臺性能分析與控制軟件設計
    2.5 本章小結
3 云臺姿態(tài)處理
    3.1 姿態(tài)傳感器的工作方式及安裝校準
        3.1.1 坐標系的建立
        3.1.2 姿態(tài)傳感器的工作方式
        3.1.3 姿態(tài)傳感器校準
    3.2 云臺姿態(tài)描述及姿態(tài)處理
        3.2.1 姿態(tài)的描述
        3.2.2 姿態(tài)的更新
        3.2.3 姿態(tài)解算
        3.2.4 姿態(tài)融合
    3.3 姿態(tài)數(shù)據(jù)對比
        3.3.1 原始采樣數(shù)據(jù)
        3.3.2 加速度計和陀螺儀的解算角
        3.3.3 解算融合角
    3.4 本章小結
4 云臺運動控制
    4.1 云臺數(shù)學模型
        4.1.1 兩相混合式步進電機數(shù)學模型
        4.1.2 兩相混合式步進電機轉動慣量計算
        4.1.3 云臺、步進電機控制相關性分析
    4.2 云臺步進電機驅動技術
        4.2.1 細分驅動技術和頻變頻脈沖調制技術
        4.2.2 電機驅動程序及脈沖產(chǎn)生過程
    4.3 云臺步進電機控制曲線及實控情形分析
        4.3.1 三種步進電機控制曲線
        4.3.2 電機實控過程分析
        4.3.3 控制過程中的干擾因素及應對措施
    4.4 本章小結
5 云臺控制算法
    5.1 傳統(tǒng)PID控制算法與改進
        5.1.1 傳統(tǒng)整定與自適應整定
        5.1.2 變論域模糊自適應PID控制算法的組成
    5.2 模糊控制器
        5.2.1 模糊化
        5.2.2 模糊規(guī)則和模糊推理
        5.2.3 解模糊
    5.3 變論域控制器
        5.3.1 伸縮因子及變論域思想
        5.3.2 論域的傳遞變換過程
        5.3.3 變論域控制器的實現(xiàn)
    5.4 變論域模糊自適應PID控制算法仿真研究
        5.4.1 仿真方法
        5.4.2 伸縮因子研究
        5.4.3 變論域、模糊及傳統(tǒng)算法效果比較
    5.5 本章小結
6 云臺控制方案
    6.1 姿態(tài)域的描述
    6.2 控制策略
    6.3 控制參數(shù)與目標域的確定
    6.4 集成測試及控制曲線決策
    6.5 本章小結
7 結論
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文
致謝



本文編號：4057160