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舰船用视轴稳定平台控制及陀螺反馈信号测量研究
| 论文题名： | 舰船用视轴稳定平台控制及陀螺反馈信号测量研究 |
| 关键词： | 舰船用视轴稳定平台;陀螺速率;反馈信号测量;光电编码器;伺服控制 |
| 摘要： | 舰船在海上航行中，受风浪影响会产生摇摆现象。摄像机受到舰船摇摆的影响而不稳定，常使被摄像目标丢失，所以摄像机必须架设在舰船用视轴的一个稳定平台上，通过稳定平台的方位、俯仰和横滚等框架轴上的电机驱动系统补偿舰船的摇摆运动，使摄像机相对惯性空间保持特定位置或运动到指令位置。该稳定平台有许多方面需要研究，本文重点研究平台的结构、控制及陀螺速率反馈信号测量及测量精度提高等方面的工作。 论文的主要研究工作如下： 第一，参与设计和研制了一套三框架轴系舰船视轴稳定跟踪平台系统。稳定平台系统由机械系统和控制系统两大部分组成。稳定跟踪平台各框架轴系采用力矩电机直接驱动，以陀螺作为惯性速率敏感元件构成视轴的稳定回路，以光电编码器作为位置反馈和目标偏差检测反馈元件组成跟踪回路的闭环串级控制系统。平台伺服控制系统中采用FPGA可编程器件进行闭环串级数字控制,实现了平台系统快速性、实时性的控制要求。第二，从平台电机工作和不工作两个方面分析了三轴耦合稳定平台的运动学特征，导出了平台稳定与跟踪的条件。给出了平台控制系统的5种直接控制的结构方法，得出速率陀螺的不同放置，会得到伺服电机回路的不同负反馈参数的测量算法。第三，针对视轴稳定回路单速度环控制结构缺点，提出了一种采用直流测速机为电机转速测量反馈元件构成速度内环，利用陀螺的空间测速机功能组成稳定外环的视轴稳定系统双速度闭环串级控制结构；从伺服系统的刚度、隔离度、响应等方面特性与单速度环控制进行了理论分析和比较，得出了双速度环优于单速度环的控制效果。采用PID超前滞后控制方法实现了伺服系统的速度环路隔离高频扰动和稳定视轴的功能，位置环路对低频信号跟踪的性能。第四，为了减小MEMS陀螺输出信号漂移误差和噪声对视轴稳定回路的影响，建立了MEMS陀螺误差估计的Kalman算法模型，标定了陀螺的输入与输出特性曲线。在实际测量中，根据标定曲线修正测量值减小了测量误差。第五、针对MEMS陀螺精度较低的特点，提出了融合陀螺技术具体实施方案，设计了基于Kalman算法的最优估计器。试验结果表明，融合陀螺测量精度有显著提高，融合后信噪比至少提高2.5倍，而且相关系数越大的一组陀螺融合后，其性能改善越好。 |
| 作者： | 王素珍 |
| 专业： | 测绘仪器与系统 |
| 导师： | 徐克宝 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 山东科技大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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