手持稳定云台的设计与实现

发布时间：2020-06-13 08:51

【摘要】：手持稳定云台的主要作用是将外界环境因数引起的相机姿态变化进行隔离。如因操作者运动造成的机体震动、风阻力矩等,为了确保工作中相机的视轴始终保持期望的姿态不动。云台相机要拍摄出高质量的影像最重要的就是保证相机的视轴相对目标保持稳定。因此在相机拍摄的过程中要求设备始终保持水平、匀速运动并且还要保持设备姿态的稳定。本文采用了瑞芯微RK3399作为手持稳定云台控制系统的控制芯片,本文设计了云台的机械结构且对云台进行了运动学分析、应用姿态融合算法最后对云台控制系统硬件和软件进行设计。本文的主要内容为:首先,根据常见的稳定云台多采用单姿态传感器且安放在目标载体上或者云台基座上。本设计针对手持稳定云台系统的结构和特点,采用双惯性传感器的安装方案,一个安装在载体相机上,另一个安装在与框架相连的电机上。同时介绍了稳定云台工作原理并进行了运动学分析。然后,选用了三个无刷直流电机驱动云台,根据已知无刷直流电机的数学模型得出稳定云台俯仰框架控制模型。对常规PID控制方法和模糊启适应PID控制方法进行对比,通过分析比较最终选用了模糊自适应PID控制方法对云台控制系统进行仿真,并且在加入扰动输入下的仿真结果较常规PID控制方法具有更好的快速性和稳定性。同时将经典卡尔曼滤波方法用于控制系统,对经典卡尔曼滤波算法在本设计上的应用MATLAB进行仿真验证。最后,对手持稳定云台系统硬件控制系统和软件控制系统进行设计。设计了RK3399外围电路板并介绍了无刷直流电机驱动原理和反电动势的零位检测方法;对手持稳定云台俯仰轴、横滚轴、方位轴工作条件下的姿态进行了实验验证,结果符合设计指标要求。
【图文】：

并对其进行运动学建模。的设计方案要了解稳定云台的机械结构, 合理的设计影响云台总体的性能。对于稳定云台系统选择一个好的云台模型至关重要[8]。构型式:按照.云台系.统转轴.的数量的多少定云台应用最为广泛，，它有结构简单、相但是两轴稳定云台有自身的缺陷。比如当目标视轴的。滚动。因此两轴云台不能将载固有的原理性不足。两轴稳定云台只可以能使用在对视轴.旋转没有要求的应用场合两轴云台的不足之处从而有效的跟踪目标

哈尔滨工程大学硕士学位论文料均采用硬铝合金,硬铝合金密度低但强度高1 所示。在进行云台的设计时,考虑的因素有和维护,惯性.传感器、电机.重量.和.体积.的大小境。在本文设计方案中,对云台的稳定性有一环架结构的设计方案。安装方案采用单传感器设计方案不同，本设计选选用的两个 IMU 是同型号的 MPU6050 传两个姿态传感器于一体，体积小、重量轻而基座上称为 IMU0，另一个安装在载体相机上
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB853.9;TP273;TH702

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本文编号：2710931