云台的主动减振控制系统研究

发布时间：2017-10-10 18:00

  本文关键词：云台的主动减振控制系统研究

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【摘要】：视觉跟踪定位技术是船舶跟踪与三维定位技术中的一个分支,该技术常采用摄像机作为图像采集模块,将实时的位置信息反馈到跟踪定位系统中进行计算处理。但由于轮船发动机以及舰载装置等振源会对船体造成振动,从而导致跟踪定位摄像机视轴的不稳定,因此,为确保视觉跟踪与定位的有效性和准确性,必须开发具有减振功能的云台(云台是安装、固定摄像机的支撑设备)。本文基于主动减振技术设计的云台可以衰减轮船发动机以及其他舰载装置造成的振动,从而稳定摄像机视轴,确保所拍摄图像的清晰度。本文的主要工作如下：1.首先介绍了主动减振技术的发展现状,并通过各种减振技术的对比论证了云台的主动减振控制系统在视觉跟踪与定位技术领域的可行性和应用前景。2.研究了主流减振器的结构特点(包括被动减振和主动减振),通过对比软式主动减振器和硬式主动减振器的优缺点,并考虑到海上环境的复杂性(海面风浪的运动会对云台系统造成水平向的扰动),最终选取了结构稳定、支撑刚度强以及抗水平扰动能力优越的硬式主动减振器方案。3.对目前的主流减振控制算法进行了对比和分析,其中PID控制方法的特点是不依赖于模型的精确性,并且参数的设计与整定都有成熟的方法,它在控制有效性、稳定性以及准确性方面都具有一定优势,而模糊PID控制方法在此基础上,通过在线整定PID控制方法的三个参数,进一步的加强了系统的鲁棒性。此外,考虑到云台主动减振控制系统建模的复杂性,本文从所列算法中选择了不依赖于精确模型的PID控制算法和模糊PID控制算法作为仿真算法进行减振效果对比。4.搭建单轴隔振模型,使用软件Matlab2007编写m文件进行减振算法仿真,首先通过整定控制算法的各个初始参数,然后给定不同形式、不同频率的振动信号干扰进行仿真分析,结果表明了模糊PI控制算法的减振效果更为明显,减振性能更符合本课题的需求。5.依据单轴模型的仿真效果对比和云台的实际应用背景,选取振动信号检测模块、控制单元模块、减振执行机构、减振执行器驱动以及电源模块组建了系统实验平台。使用IAR Systems对基于STM32F303开发的减振系统进行模块功能调试,采用友善串口调试助手软件对STM32F303进行串口数据采集,最终完成了振动加速度检测实验、A/D转换测试实验以及减振平台驱动测试实验,部分验证了主动减振控制系统研究的可行性。
【关键词】：云台 主动减振 模糊PID控制
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U664;TP273
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-11
• CONTENTS11-14
• 第一章 绪论14-19
• 1.1 课题研究的背景及意义14-15
• 1.2 国内外研究现状及分析15-18
• 1.3 本论文的课题来源和主要研究内容18-19
• 第二章 减振技术方案对比分析19-31
• 2.1 引言19
• 2.2 振动的基本概念19-23
• 2.3 隔振的原理23-25
• 2.4 被动减振技术25-27
• 2.5 主动减振技术27-30
• 2.5.1 软式主动减振28-29
• 2.5.2 硬式主动减振29-30
• 2.6 本章小结30-31
• 第三章 主动减振控制算法分析31-37
• 3.1 引言31
• 3.2 PID控制算法31
• 3.3 模糊控制算法31-32
• 3.4 自适应控制算法32-33
• 3.5 专家控制算法33-34
• 3.6 神经网络控制算法34-35
• 3.7 云台主动减振控制的算法选取35-36
• 3.8 本章小结36-37
• 第四章 单轴云台的主动减振控制算法仿真分析37-51
• 4.1 引言37
• 4.2 单轴减振模型37-38
• 4.3 单轴主动减振控制系统时域仿真分析38-45
• 4.3.1 单轴主动减振控制系统阶跃响应38-39
• 4.3.2 无扰动的主动减振控制算法时域仿真分析39-41
• 4.3.3 带随机扰动的主动减振控制算法时域仿真分析41-42
• 4.3.4 带正弦扰动的主动减振控制算法时域仿真分析42-45
• 4.4 系统时域仿真分析小结45-46
• 4.5 单轴主动减振控制系统频域仿真分析46-50
• 4.5.1 单轴主动减振控制系统阶跃响应频谱47-48
• 4.5.2 无扰动的主动减振控制算法频谱分析48-49
• 4.5.3 带正弦扰动的主动减振控制系统仿真频谱分析49-50
• 4.6 系统频域仿真分析小结50
• 4.7 本章小结50-51
• 第五章 系统实验平台搭建与模块测试51-63
• 5.1 引言51
• 5.2 系统整体框架设计51-55
• 5.2.1 减振执行模块53-54
• 5.2.2 振动检测与控制单元模块54-55
• 5.2.3 减振执行器驱动模块55
• 5.2.4 电源模块55
• 5.3 系统控制程序设计及测试方案55-62
• 5.3.1 振动加速度检测测试实验57-60
• 5.3.2 A/D转换测试实验60-61
• 5.3.3 减振云台驱动测试实验61-62
• 5.4 本章小结62-63
• 结论63-65
• 参考文献65-68
• 攻读学位期间发表的论文及获奖68-70
• 致谢70-71
• 附录71-75

【参考文献】

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本文编号：1007767