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车载设备视轴稳定与跟踪技术研究

作　者: 施峥嵘
导　师: 李宏生
学　校: 东南大学
专　业: 精密仪器及机械
关键词: 视轴稳定伺服控制系统数字控制数字信号处理器
分类号: TP277
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 485次
引　用: 5次
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内容摘要

视轴稳定与跟踪技术一直都是惯性技术应用的重要领域之一,近年来更是发展迅速,被广泛应用于军事、公安、消防和环境监控等领域。本文结合科研项目,开展了车载设备视轴稳定与跟踪技术研究,主要内容包括:视轴稳定与跟踪系统方案研究、伺服控制系统的选型、系统控制方法的研究、以及控制系统软硬件设计与实现等。首先,在介绍了国内外视轴稳定与跟踪技术发展的基础上,结合车载设备的实际情况,从理论上分析了视轴稳定系统隔离载体角运动的原理,并在此基础上阐述了以数字伺服控制为核心的系统总体方案设计。其次,根据本系统的工作情况和性能指标要求,采用了速度环和位置环相结合的双环控制方法,同时结合前馈控制,在保证系统稳定性的前提下,减小了系统的跟踪误差;在此基础上,设计了适于本系统的控制器结构与参数,实现了视轴稳定与指令运动的复合控制。再次,以微控制器型DSP为核心构造本系统的硬件方案,满足系统对计算、控制和接口能力要求。最后,采用连续系统的离散化设计方法,实现控制系统的数字化,进而转化为满足系统要求的DSP控制算法。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章绪论  8-11
  1.1 课题目的及其意义  8
  1.2 国内外研究状况  8-9
  1.3 本文主要内容  9-11
第二章视轴稳定与跟踪系统方案研究  11-22
  2.1 视轴稳定技术  11
  2.2 陀螺稳定系统  11-12
    2.2.1 三轴陀螺稳定系统  12
    2.2.2 双轴陀螺稳定系统  12
  2.3 视轴稳定系统原理分析  12-16
    2.3.1 坐标系符号及相关参数规定  12-13
    2.3.2 载体运动引起的角速度补偿  13-15
    2.3.3 陀螺安装方式  15-16
    2.3.4 视轴稳定方案的原理性缺陷及其处理方法  16
  2.4 伺服控制系统的选型  16-17
  2.5 视轴稳定与跟踪系统设计  17-21
    2.5.1 视轴稳定与跟踪系统架构  17-18
    2.5.2 视轴稳定与跟踪系统单轴伺服控制框图  18-21
  2.6 小结  21-22
第三章视轴稳定与跟踪系统控制方法  22-40
  3.1 数字控制系统的设计方法  22-23
  3.2 控制系统设计  23-39
    3.2.1 控制系统性能指标与初步设计  23-24
    3.2.2 时域性能描述方法  24-26
    3.2.3 系统设计方法  26-27
    3.2.4 系统稳态设计  27-29
    3.2.5 速度环设计  29-31
    3.2.6 位置环设计  31-35
    3.2.7 前馈控制器设计  35-38
    3.2.8 连续系统离散化的影响  38-39
  3.3 小结  39-40
第四章视轴稳定与跟踪系统硬件设计  40-55
  4.1 视轴稳定与跟踪系统功能要求  40
  4.2 控制驱动模块的功能需求  40
  4.3 控制驱动模块的总体硬件结构  40-41
  4.4 DSP 原理及结构概述  41-46
    4.4.1 数字信号处理器概述  41-42
    4.4.2 TMS320F281x 系列DSP 的主要特点  42-46
      4.4.2.1 中央处理单元CPU  43-44
      4.4.2.2 多总线结构  44
      4.4.2.3 中断系统  44-46
  4.5 DSP 硬件系统设计  46-54
    4.5.1 供电电源设计  46-47
    4.5.2 复位电路设计  47
    4.5.3 时钟电路设计  47-48
    4.5.4 存储器扩展设计  48-50
    4.5.5 JTAG 调试接口设计  50-51
    4.5.6 模数转换接口设计  51-52
    4.5.7 与旋转编码器接口设计  52
    4.5.8 与DSP 图像处理系统的接口设计  52-53
    4.5.9 与步进电机驱动器的接口设计  53
    4.5.10 与上位机的接口设计  53-54
  4.6 小结  54-55
第五章视轴稳定与跟踪系统软件设计  55-62
  5.1 DSP 软件开发过程  55-56
  5.2 系统工作过程  56-57
  5.3 控制系统软件设计  57-59
    5.3.1 主程序框架  57
    5.3.2 串行通信中断程序设计  57-58
    5.3.3 定时中断程序设计  58
    5.3.4 补偿算法程序实现  58-59
  5.4 串口通信自定义协议的制定  59-60
  5.5 数据预处理  60-61
  5.6 小结  61-62
第六章视轴稳定与跟踪系统试验结果  62-67
  6.1 系统测试环境  62
  6.2 系统性能指标及测试结果  62-66
    6.2.1 系统性能指标  62-63
    6.2.2 视轴转动范围测试  63
    6.2.3 视轴指向精度测试  63-64
    6.2.4 系统动态稳定精度测试  64-66
  6.3 小结  66-67
第七章总结与展望  67-68
致谢  68-69
参考文献  69-71
附录：攻读硕士学位期间已发表的论文及获奖情况  71

车载设备视轴稳定与跟踪技术研究

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