云臺(tái)由于能搭載各種儀器設(shè)備,有擴(kuò)展和延伸儀器設(shè)備工作空間、補(bǔ)償運(yùn)行過程中的各種擾動(dòng)對于儀器設(shè)備影響的功用,而廣泛應(yīng)用在諸多領(lǐng)域和場合。本文研究的內(nèi)容是具有高速響應(yīng)能力并兼具動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性能的自適應(yīng)穩(wěn)姿步進(jìn)云臺(tái),設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套完整的二自由度步進(jìn)云臺(tái)控制系統(tǒng),主要工作如下:(1)該云臺(tái)控制系統(tǒng)在硬件上由環(huán)架機(jī)械結(jié)構(gòu)、兩相混合式步進(jìn)電機(jī)和細(xì)分驅(qū)動(dòng)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(gòu)建嵌入式Linux操作系統(tǒng),并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)云臺(tái)控制軟件和電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序。(2)建立了適用于該云臺(tái)的坐標(biāo)系,同時(shí)推導(dǎo)了獲取較為穩(wěn)定、準(zhǔn)確的姿態(tài)信息時(shí)涉及的相關(guān)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(jìn)行相關(guān)計(jì)算,以驗(yàn)證該方法可行性。(3)由兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的電壓平衡方程和運(yùn)動(dòng)平衡方程推導(dǎo)出其數(shù)學(xué)模型。為了滿足步進(jìn)電機(jī)對廣頻率范圍的要求,提出一種頻變頻脈沖調(diào)制技術(shù),具有不受占空比、不受頻率限制的優(yōu)勢;實(shí)現(xiàn)了電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序,探索了 Linux調(diào)用該驅(qū)動(dòng)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(xué)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(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.4 本文主要結(jié)構(gòu)
2 云臺(tái)軟硬件結(jié)構(gòu)及組成
    2.1 云臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)
    2.2 云臺(tái)的硬件組成
    2.3 云臺(tái)控制軟件編譯及運(yùn)行環(huán)境
    2.4 云臺(tái)性能分析與控制軟件設(shè)計(jì)
    2.5 本章小結(jié)
3 云臺(tái)姿態(tài)處理
    3.1 姿態(tài)傳感器的工作方式及安裝校準(zhǔn)
        3.1.1 坐標(biāo)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(zhǔn)
    3.2 云臺(tái)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(jì)和陀螺儀的解算角
        3.3.3 解算融合角
    3.4 本章小結(jié)
4 云臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制
    4.1 云臺(tái)數(shù)學(xué)模型
        4.1.1 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)數(shù)學(xué)模型
        4.1.2 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算
        4.1.3 云臺(tái)、步進(jìn)電機(jī)控制相關(guān)性分析
    4.2 云臺(tái)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)
        4.2.1 細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)和頻變頻脈沖調(diào)制技術(shù)
        4.2.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序及脈沖產(chǎn)生過程
    4.3 云臺(tái)步進(jìn)電機(jī)控制曲線及實(shí)控情形分析
        4.3.1 三種步進(jìn)電機(jī)控制曲線
        4.3.2 電機(jī)實(shí)控過程分析
        4.3.3 控制過程中的干擾因素及應(yīng)對措施
    4.4 本章小結(jié)
5 云臺(tái)控制算法
    5.1 傳統(tǒng)PID控制算法與改進(jìn)
        5.1.1 傳統(tǒng)整定與自適應(yīng)整定
        5.1.2 變論域模糊自適應(yīng)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(shí)現(xiàn)
    5.4 變論域模糊自適應(yīng)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(jié)
6 云臺(tái)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(biāo)域的確定
    6.4 集成測試及控制曲線決策
    6.5 本章小結(jié)
7 結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文
致謝



本文編號：4057160