艦船用視軸穩(wěn)定平臺控制及陀螺反饋信號測量研究.pdf

1、艦船在海上航行中，受風(fēng)浪影響會產(chǎn)生搖擺現(xiàn)象。攝像機受到艦船搖擺的影響而不穩(wěn)定，常使被攝像目標丟失，所以攝像機必須架設(shè)在艦船用視軸的一個穩(wěn)定平臺上，通過穩(wěn)定平臺的方位、俯仰和橫滾等框架軸上的電機驅(qū)動系統(tǒng)補償艦船的搖擺運動，使攝像機相對慣性空間保持特定位置或運動到指令位置。該穩(wěn)定平臺有許多方面需要研究，本文重點研究平臺的結(jié)構(gòu)、控制及陀螺速率反饋信號測量及測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

2、和研制了一套三框架軸系艦船視軸穩(wěn)定跟蹤平臺系統(tǒng)。穩(wěn)定平臺系統(tǒng)由機械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩大部分組成。穩(wěn)定跟蹤平臺各框架軸系采用力矩電機直接驅(qū)動，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偏差檢測反饋元件組成跟蹤回路的閉環(huán)串級控制系統(tǒng)。平臺伺服控制系統(tǒng)中采用FPGA可編程器件進行閉環(huán)串級數(shù)字控制,實現(xiàn)了平臺系統(tǒng)快速性、實時性的控制要求。第二，從平臺電機工作和不工作兩個方面分析了三軸耦合穩(wěn)定平臺的運動學(xué)特征，導(dǎo)出

3、了平臺穩(wěn)定與跟蹤的條件。給出了平臺控制系統(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，會得到伺服電機回路的不同負反饋參數(shù)的測量算法。第三，針對視軸穩(wěn)定回路單速度環(huán)控制結(jié)構(gòu)缺點，提出了一種采用直流測速機為電機轉(zhuǎn)速測量反饋元件構(gòu)成速度內(nèi)環(huán)，利用陀螺的空間測速機功能組成穩(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現(xiàn)了伺服系統(tǒng)的速度環(huán)路隔離高頻擾動和穩(wěn)定視軸的功能，位置環(huán)路對低頻信號跟蹤的性能。第四，為了減小MEMS陀螺輸出信號漂移誤差和噪聲對視軸穩(wěn)定回路的影響，建立了MEMS陀螺誤差估計的Kalman算法模型，標定了陀螺的輸入與輸出特性曲線。在實際測量中，根據(jù)標定曲線修正測量值減小了測量誤差。第五、針對MEMS陀螺精度較低的特點，提出了融合陀螺技術(shù)具體實施方案，設(shè)計了基于Kalman算法的最優(yōu)估計器。試驗結(jié)果表明，融合陀螺測量