一种吊舱姿态稳定控制系统的设计与实现

发布时间：2020-04-05 10:43

【摘要】：吊舱涉及精密机械、光学设计、传感器技术、信号处理、图像处理、自动控制等多个学科领域。吊舱在军事领域扮演着重要的角色,在民用领域也有了长足的发展,在多种应用场景下均可以快速高效的应对各种突发状况,完成侦察、搜救等各项任务,有重要的研究意义。本文首先以吊舱为研究对象,对系统进行了总体方案设计。根据设计任务书中吊舱主要技术指标的规定要求,对主控芯片、速度检测元件、位置检测元件、电机驱动执行单元、光学传感器等伺服稳定平台的主要元器件进行了选型。根据吊舱的受力情况对电机的数学模型进行了计算分析,得到了系统传递函数。完成了速度环和位置环的双回路设计,建立了相应的控制系统模型。其次,完成了以TMS320F28335芯片为核心的系统硬件电路的搭建与设计。主要有主芯片数据处理电路设计、电源电路设计、速度检测电路设计、串口通讯电路设计、电机驱动电路设计、电流检测电路设计、电源控制电路设计、过温保护电路设计和光耦隔离电路等设计组成。再次,以方位轴为例,在系统中加入经典PID控制器进行校正,系统精度得到明显改善,但是对较强扰动的抑制能力仍然不足,无法满足技术指标要求。因此引出模糊PID控制算法,通过数字仿真并与经典PID控制算法的结果进行了比对,验证了模糊PID控制策略的优越性和有效性。完成了吊舱姿态稳定控制系统的软件设计,对主程序设计流程、各个中断程序设计流程和模糊PID控制算法程序设计流程进行了说明介绍。最后,介绍了吊舱及硬件电路板实物。并完成了转动范围、转动速度、转速精度、定位精度等转动控制试验测试,完成了系统光学传感器成像的试验和调试,并在不同视场下对不同目标进行了跟踪功能测试,各项性能指标均满足设计任务书的技术指标要求。
【图文】：

原理图,原理图,电机,姿态稳定控制

第 2 章吊舱姿态稳定控制系统总体设计系统的驱动芯片。它的额定电流值为 3A，最大电流值为 6A。它对电压有，12V~55V 范围内的电压都可以匹配并保证正常工作。它可以兼容多种方向、制动、PWM 三种逻辑信号，完成相应的改变电机转动方向、完成电机 PWM 的控制[24]。内部设置有多种形式的保护电路，确保电机驱动系根据上述分析 LMD18200 可以确保电机的正常工作，并且可以对电机的运示，过热保护功能可以保证电机在非正常状态下的自我保护。LMD1820下图。

等效电路图,等效电路,电机,关系方程

[28]，它的等效电路见下图所示。图2.3 电机等效电路经过分析，得到以下关系方程：aabtaaaIREddIV L （2-12）twdfddM M J（2-13） beE K（2-14）其中，Va为电枢电压，Ra为电枢电阻，Ia为电枢电流，La为电枢电感，，Md为电枢力矩，Mf为干扰力矩
【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】：V241

【参考文献】