高精度伺服云台的机械结构与控制系统研究
发布时间：2021-01-11 02:03
云台是一种结构复杂的光电一体设备载体,被用来运载高精密度的仪器设备。本文研究设计了一种基于DSP的控制驱动一体化伺服云台,根据伺服云台的功能要求,经过分析比较,设计了伺服云台的机械结构以及采用直流伺服电机驱动、蜗轮蜗杆传动、增量式光电编码器反馈和基于DSP的控制驱动一体化总体实现方案。论文的主要内容包括：第一,根据课题的需求,给出机械结构设计的整体方案,其中详细介绍了蜗轮蜗杆传动机构的设计,并对伺服电机和蜗轮蜗杆机构构成的转动系统进行了数学建模和分析。第二,介绍了控制系统硬件设计的总体方案,介绍了PWM调速的原理和方法,详细分析了硬件电路中的各个模块以及给出具体实现。第三,介绍了云台控制系统软件实现的总体方案和具体方法,详细介绍了PI算法及在软件中的运用,并分析了传动机构间隙带来的问题以及软件消除间隙问题的实现方法。第四,根据设计要求,对伺服云台系统进行了负载、运动控制实验。实验证明伺服云台运动平稳,控制算法适应能力强,满足设计需求。
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
固定云台和电动云台
学（University of Oxford )最早开始研制立体视觉云期的Yorick立体视觉云台设计了较低的转速以便进行可3年研制出中型Yorick 811样机（如图1.3)，应用于移位和地图构建。后期设计了较高的加速度来达到对未知突
的直流個服电机作为云台的驱动方式。云台水平以及垂直两个方向的转动均通过电机驱动来实现，在云台结构设计之前，其质量特性还是未知的，而云台驱动电动的负载包含云台本身的质量，为进行云台水平及垂直两自由度传动机构的设计，须先根据设计方案总体要求确定电机的功率和转速，进而选择具体电机型号，待机械结构设计完成后需进行校核验算。由于设计确定使用DC12V作为电源，因此在电机选型时仅需在一定范围产品中考虑以下问题：(1)电机的功率；(2)电机的转速：根据云台设计的要求，电机的转速变化范围较大，所选电机需同时满足高速、低速要求。(3)可装配性：电机的体积、尺寸和质量是否满足铜服云台的装配要求。综合上述因素考虑，本文选择Faulhaber公司型号为2342系列的伺服电机作为驱动电机。下图2. 1及图2. 2所示为选定电机官方给出电气特性和外形尺寸。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种雷达用车载液压升降机构的设计[J]. 曹鹏举,许平勇. 起重运输机械. 2009(10)
[2]基于运动趋势分析型论域自调整模糊控制算法的移动机器人运动控制[J]. 胡琳萍,吴怀宇,赵伟,程磊. 机电工程. 2008(07)
[3]基于数字PI调速算法的直流力矩电机控制[J]. 刘畅,乔彦峰,王志乾,沈铖武. 计算机仿真. 2008(05)
[4]基于惯性导航的自动云台控制系统[J]. 叶祥,曹邦兴,李英杰. 仲恺农业技术学院学报. 2007(02)
[5]基于DSP的数字PID控制器设计[J]. 符晓玲,姜波. 现代电子技术. 2007(07)
[6]基于MCF5272的云台控制系统设计[J]. 陈春辉,季晓勇. 微处理机. 2006(05)
[7]卡尔曼预测在自动跟踪云台中的应用[J]. 王俊凤,雷斌. 国外电子测量技术. 2006(10)
[8]五自由度立体视觉仿真平台设计与建模[J]. 杜欣,赵晓光,谭民. 计算机仿真. 2006(09)
[9]基于MSP430单片机的云台控制系统设计与实现[J]. 吴益飞,李胜,蔡骅. 微计算机信息. 2006(20)
[10]一种新型数码相机自拍系统的设计[J]. 黄泽兵,赵群飞,张浩. 机电一体化. 2006(01)
硕士论文
[1]无人机三轴稳定云台智能控制算法的研究[D]. 郭炳坤.集美大学 2013
[2]天线专用云台的结构设计与分析[D]. 高兰兰.广西科技大学 2013
[3]无人机任务载荷云台技术研究[D]. 李全忠.南昌航空大学 2012
[4]基于DSP的运动控制算法研究与实现[D]. 陈伟娜.华南理工大学 2012
[5]无人机视觉稳定云台系统设计[D]. 孟恭.哈尔滨工程大学 2012
[6]基于ARM和μC/OS-Ⅱ的望远镜转台伺服控制系统研究[D]. 李颖慧.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2011
[7]车载伺服升降云台系统研究[D]. 于彦春.哈尔滨工程大学 2011
[8]基于多传感器信息的移动机器人定位研究[D]. 王晓娟.浙江大学 2010
[9]基于DSP的控制驱动一体化二自由度云台的设计与实现[D]. 胡琳萍.武汉科技大学 2008
[10]基于DSP的直流伺服电机调速系统的控制设计与仿真[D]. 于龙飞.武汉理工大学 2007
本文编号：2969852
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
固定云台和电动云台
学（University of Oxford )最早开始研制立体视觉云期的Yorick立体视觉云台设计了较低的转速以便进行可3年研制出中型Yorick 811样机（如图1.3)，应用于移位和地图构建。后期设计了较高的加速度来达到对未知突
的直流個服电机作为云台的驱动方式。云台水平以及垂直两个方向的转动均通过电机驱动来实现，在云台结构设计之前，其质量特性还是未知的，而云台驱动电动的负载包含云台本身的质量，为进行云台水平及垂直两自由度传动机构的设计，须先根据设计方案总体要求确定电机的功率和转速，进而选择具体电机型号，待机械结构设计完成后需进行校核验算。由于设计确定使用DC12V作为电源，因此在电机选型时仅需在一定范围产品中考虑以下问题：(1)电机的功率；(2)电机的转速：根据云台设计的要求，电机的转速变化范围较大，所选电机需同时满足高速、低速要求。(3)可装配性：电机的体积、尺寸和质量是否满足铜服云台的装配要求。综合上述因素考虑，本文选择Faulhaber公司型号为2342系列的伺服电机作为驱动电机。下图2. 1及图2. 2所示为选定电机官方给出电气特性和外形尺寸。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种雷达用车载液压升降机构的设计[J]. 曹鹏举,许平勇. 起重运输机械. 2009(10)
[2]基于运动趋势分析型论域自调整模糊控制算法的移动机器人运动控制[J]. 胡琳萍,吴怀宇,赵伟,程磊. 机电工程. 2008(07)
[3]基于数字PI调速算法的直流力矩电机控制[J]. 刘畅,乔彦峰,王志乾,沈铖武. 计算机仿真. 2008(05)
[4]基于惯性导航的自动云台控制系统[J]. 叶祥,曹邦兴,李英杰. 仲恺农业技术学院学报. 2007(02)
[5]基于DSP的数字PID控制器设计[J]. 符晓玲,姜波. 现代电子技术. 2007(07)
[6]基于MCF5272的云台控制系统设计[J]. 陈春辉,季晓勇. 微处理机. 2006(05)
[7]卡尔曼预测在自动跟踪云台中的应用[J]. 王俊凤,雷斌. 国外电子测量技术. 2006(10)
[8]五自由度立体视觉仿真平台设计与建模[J]. 杜欣,赵晓光,谭民. 计算机仿真. 2006(09)
[9]基于MSP430单片机的云台控制系统设计与实现[J]. 吴益飞,李胜,蔡骅. 微计算机信息. 2006(20)
[10]一种新型数码相机自拍系统的设计[J]. 黄泽兵,赵群飞,张浩. 机电一体化. 2006(01)
硕士论文
[1]无人机三轴稳定云台智能控制算法的研究[D]. 郭炳坤.集美大学 2013
[2]天线专用云台的结构设计与分析[D]. 高兰兰.广西科技大学 2013
[3]无人机任务载荷云台技术研究[D]. 李全忠.南昌航空大学 2012
[4]基于DSP的运动控制算法研究与实现[D]. 陈伟娜.华南理工大学 2012
[5]无人机视觉稳定云台系统设计[D]. 孟恭.哈尔滨工程大学 2012
[6]基于ARM和μC/OS-Ⅱ的望远镜转台伺服控制系统研究[D]. 李颖慧.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2011
[7]车载伺服升降云台系统研究[D]. 于彦春.哈尔滨工程大学 2011
[8]基于多传感器信息的移动机器人定位研究[D]. 王晓娟.浙江大学 2010
[9]基于DSP的控制驱动一体化二自由度云台的设计与实现[D]. 胡琳萍.武汉科技大学 2008
[10]基于DSP的直流伺服电机调速系统的控制设计与仿真[D]. 于龙飞.武汉理工大学 2007
本文编号：2969852
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