基于MEMS惯性测量单元的多功能稳定平台关键技术研究
发布时间：2020-12-21 04:37
目前部分高校对于惯性导航的教学模式依然处于理论教学部分,开展的实验课程也仅仅停留在仿真阶段,缺少一台系统的实验教学设备。以高校实践教学为研究应用背景,设计一款将MEMS稳定平台应用于实验教学,同时又具有标定测试转台功能的仪器。本仪器集多个功能于一体,包括稳定平台、三轴位置转台、三轴速率转台、摇摆台,一机多用,相较于传统的测试标定转台具有体积小、成本低的优点。此设备一方面可以作为高校开展实践教学的试验仪器,辅助教师完成惯性技术相关课程以及嵌入式编程等相关实验;另一方面,也可满足中低精度MEMS惯性器件部分指标的标定需求。多功能集成有利于提升设备的性价比,特别是在实验教学中具有“一机多用”的优势。本文的主要内容为:首先,MEMS惯性测量单元是一种多传感器信息融合的非线性系统,易受外界噪声干扰导致输出姿态精度不高,针对此问题,文中分别对MEMS惯性器件进行姿态测量建模分析,找到系统的误差项,然后提出一种改进型的扩展卡尔曼滤波算法(EKF),使得MEMS惯性测量单元静态精度达到0.5°,动态精度达到1°。然后,针对仪器控制控制系统在运行过程中出现的系统超调问题,提出模糊自适应PID控制算法,通...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
稳定平台在各国武器装备领域的应用Fig1-1applicationofstabilityplatforminthefieldofweaponequipmentofvariouscountries
LITE-NINGG4瞄准吊舱
中北大学学位论文4台设备的尺寸。根据集成MEMS惯性器件的发展趋势，国外诸多发达国家逐步将稳定平台技术从机载、舰载等武器装备向着民用的无人机航拍、天文望远镜以及摄像稳定系统中发展。例如美国的大双筒哥伦布望远镜系统、TMT光学望远镜稳定跟踪系统，以及X-47B无人机系统均搭载了基于MEMS惯性器件的稳定平台系统[19-21]。目前国外已经将稳定平台技术由武器系统向着民用领域过渡，极大的丰富了无人机航拍、摄像头光电吊舱以及摄影防抖等领域相关工作。我国与上世纪90年代开展对稳定平台的研发工作，相较于国外发达国家理论技术薄弱。不过，随着我国对稳定平台技术的不断重视，国产稳定平台技术已经取得了重大突破，目前已经到了自主研发的阶段。我国于20世纪90年代开始对军用机载光电稳定装置开展相关研究，取得喜人成果。1989年，中科院成都光电所成功研制出了可用于机载吊舱的稳定设备[22]。20世纪90年代初期，北京618所也开展了稳定平台的研制工作，所设计的稳定平台设备精度较高可达到0.1mrad[23]。清华大学与华中光电技术研究均参与到陀螺稳定平台系统的研发中，所设计的稳定平台设备均已投入使用[24]。并且国内部分研究院所已经将MEMS惯性器件应用于稳定平台开发中。国防科技大学于2005年自主研发了一款MEMS二轴稳定平台，并且在实用中验证了仪器精度，平台采用MEMS陀螺，有效降低了整个稳定平台系统的成本[25]，其实物图如图1-3所示：图1-3国防科技大学MEMS两轴稳定平台系统Fig1-3MEMStwoaxisstableplatformsystemofNationalUniversityofDefenseScience2009年，哈尔滨工程大学的蔡美华设计了一款基于MEMS振动陀螺的稳定吊舱，利用滑动平均—卡尔曼滤波算法提升姿态解算精度，并设计自抗扰控制器实现仪器的
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于LabVIEW的模糊自适应PID控制在恒压供水系统中的应用[J]. 朱多林,韦彪,栗金晶,刘嘉祥,刘欢. 节能. 2020(04)
[2]基于模糊PID控制算法的微小型三轴稳定平台[J]. 徐文武,李孟委,张鹏. 仪表技术与传感器. 2020(04)
[3]串联模糊PID控制的四旋翼无人机控制系统设计[J]. 胡改玲,桂亮,权双璐,郭婷,王永泉,王军平. 实验技术与管理. 2019(03)
[4]多功能MEMS稳定平台实验仪设计[J]. 张胜男,张鹏,李孟委,王威,李维刚. 河南理工大学学报(自然科学版). 2019(03)
[5]自适应模糊PID控制器的设计及MATLAB仿真[J]. 宋超,曹翱,温家玺. 现代制造技术与装备. 2018(07)
[6]姿态航向测量与误差补偿方法研究[J]. 王昌刚,刘强,韩瑜. 传感器与微系统. 2014(11)
[7]一种基于两轴陀螺稳定平台速度补偿算法[J]. 吴逸民,阎凯,郗小鹏. 机电技术. 2014(05)
[8]MEMS三轴数字陀螺仪标定方法研究[J]. 彭孝东,陈瑜,李继宇,闫国琦,张铁民. 传感器与微系统. 2013(06)
[9]基于ARM的低成本微型捷联航姿系统设计[J]. 牛晓航,刘诗斌,冯文光. 测控技术. 2012(11)
[10]基于模糊PID的焊枪伺服控制系统研究[J]. 张乃禄,付龙飞,任源,孙国鹏,赵歧. 西安石油大学学报(自然科学版). 2011(02)
博士论文
[1]串并联式稳定平台姿态测量和控制技术研究[D]. 孟红波.南京理工大学 2017
[2]水面运动平台下高精度红外成像跟踪关键技术研究[D]. 吴滢跃.中国科学院研究生院(上海技术物理研究所) 2015
[3]水面武器操瞄系统稳定平台姿态测量及控制技术研究[D]. 陆建山.南京理工大学 2013
[4]基于陀螺的舰载光电经纬仪视轴稳定技术研究[D]. 蔡立华.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2011
[5]机载光电稳定平台数字控制关键技术研究[D]. 庞新良.国防科学技术大学 2007
[6]陀螺稳定光电跟踪平台伺服控制系统研究[D]. 姬伟.东南大学 2006
硕士论文
[1]手持稳定云台的设计与实现[D]. 丁佰印.哈尔滨工程大学 2018
[2]基于四元数非线性滤波的四旋翼姿态测量系统研究[D]. 伏家杰.南京航空航天大学 2018
[3]稳定平台的控制算法研究[D]. 柁旭东.哈尔滨工程大学 2017
[4]云台稳定系统研究[D]. 韦啸成.中北大学 2017
[5]基于STM32的小型无人机飞行控制系统设计[D]. 杨磊.东北农业大学 2016
[6]微型航姿系统的设计与姿态解算算法研究[D]. 刘琼.重庆邮电大学 2016
[7]舰载光电跟踪设备抗冲击性能研究[D]. 吕治军.中国科学院研究生院(光电技术研究所) 2016
[8]多传感器融合室内导航技术研究[D]. 王晨阳.哈尔滨工程大学 2015
[9]旋转导向钻井工具姿态参数的模拟计算[D]. 王晓翠.西安石油大学 2014
[10]小型无人机载吊舱控制系统研究[D]. 宋砚波.长春理工大学 2014
本文编号：2929200
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
稳定平台在各国武器装备领域的应用Fig1-1applicationofstabilityplatforminthefieldofweaponequipmentofvariouscountries
LITE-NINGG4瞄准吊舱
中北大学学位论文4台设备的尺寸。根据集成MEMS惯性器件的发展趋势，国外诸多发达国家逐步将稳定平台技术从机载、舰载等武器装备向着民用的无人机航拍、天文望远镜以及摄像稳定系统中发展。例如美国的大双筒哥伦布望远镜系统、TMT光学望远镜稳定跟踪系统，以及X-47B无人机系统均搭载了基于MEMS惯性器件的稳定平台系统[19-21]。目前国外已经将稳定平台技术由武器系统向着民用领域过渡，极大的丰富了无人机航拍、摄像头光电吊舱以及摄影防抖等领域相关工作。我国与上世纪90年代开展对稳定平台的研发工作，相较于国外发达国家理论技术薄弱。不过，随着我国对稳定平台技术的不断重视，国产稳定平台技术已经取得了重大突破，目前已经到了自主研发的阶段。我国于20世纪90年代开始对军用机载光电稳定装置开展相关研究，取得喜人成果。1989年，中科院成都光电所成功研制出了可用于机载吊舱的稳定设备[22]。20世纪90年代初期，北京618所也开展了稳定平台的研制工作，所设计的稳定平台设备精度较高可达到0.1mrad[23]。清华大学与华中光电技术研究均参与到陀螺稳定平台系统的研发中，所设计的稳定平台设备均已投入使用[24]。并且国内部分研究院所已经将MEMS惯性器件应用于稳定平台开发中。国防科技大学于2005年自主研发了一款MEMS二轴稳定平台，并且在实用中验证了仪器精度，平台采用MEMS陀螺，有效降低了整个稳定平台系统的成本[25]，其实物图如图1-3所示：图1-3国防科技大学MEMS两轴稳定平台系统Fig1-3MEMStwoaxisstableplatformsystemofNationalUniversityofDefenseScience2009年，哈尔滨工程大学的蔡美华设计了一款基于MEMS振动陀螺的稳定吊舱，利用滑动平均—卡尔曼滤波算法提升姿态解算精度，并设计自抗扰控制器实现仪器的
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于LabVIEW的模糊自适应PID控制在恒压供水系统中的应用[J]. 朱多林,韦彪,栗金晶,刘嘉祥,刘欢. 节能. 2020(04)
[2]基于模糊PID控制算法的微小型三轴稳定平台[J]. 徐文武,李孟委,张鹏. 仪表技术与传感器. 2020(04)
[3]串联模糊PID控制的四旋翼无人机控制系统设计[J]. 胡改玲,桂亮,权双璐,郭婷,王永泉,王军平. 实验技术与管理. 2019(03)
[4]多功能MEMS稳定平台实验仪设计[J]. 张胜男,张鹏,李孟委,王威,李维刚. 河南理工大学学报(自然科学版). 2019(03)
[5]自适应模糊PID控制器的设计及MATLAB仿真[J]. 宋超,曹翱,温家玺. 现代制造技术与装备. 2018(07)
[6]姿态航向测量与误差补偿方法研究[J]. 王昌刚,刘强,韩瑜. 传感器与微系统. 2014(11)
[7]一种基于两轴陀螺稳定平台速度补偿算法[J]. 吴逸民,阎凯,郗小鹏. 机电技术. 2014(05)
[8]MEMS三轴数字陀螺仪标定方法研究[J]. 彭孝东,陈瑜,李继宇,闫国琦,张铁民. 传感器与微系统. 2013(06)
[9]基于ARM的低成本微型捷联航姿系统设计[J]. 牛晓航,刘诗斌,冯文光. 测控技术. 2012(11)
[10]基于模糊PID的焊枪伺服控制系统研究[J]. 张乃禄,付龙飞,任源,孙国鹏,赵歧. 西安石油大学学报(自然科学版). 2011(02)
博士论文
[1]串并联式稳定平台姿态测量和控制技术研究[D]. 孟红波.南京理工大学 2017
[2]水面运动平台下高精度红外成像跟踪关键技术研究[D]. 吴滢跃.中国科学院研究生院(上海技术物理研究所) 2015
[3]水面武器操瞄系统稳定平台姿态测量及控制技术研究[D]. 陆建山.南京理工大学 2013
[4]基于陀螺的舰载光电经纬仪视轴稳定技术研究[D]. 蔡立华.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2011
[5]机载光电稳定平台数字控制关键技术研究[D]. 庞新良.国防科学技术大学 2007
[6]陀螺稳定光电跟踪平台伺服控制系统研究[D]. 姬伟.东南大学 2006
硕士论文
[1]手持稳定云台的设计与实现[D]. 丁佰印.哈尔滨工程大学 2018
[2]基于四元数非线性滤波的四旋翼姿态测量系统研究[D]. 伏家杰.南京航空航天大学 2018
[3]稳定平台的控制算法研究[D]. 柁旭东.哈尔滨工程大学 2017
[4]云台稳定系统研究[D]. 韦啸成.中北大学 2017
[5]基于STM32的小型无人机飞行控制系统设计[D]. 杨磊.东北农业大学 2016
[6]微型航姿系统的设计与姿态解算算法研究[D]. 刘琼.重庆邮电大学 2016
[7]舰载光电跟踪设备抗冲击性能研究[D]. 吕治军.中国科学院研究生院(光电技术研究所) 2016
[8]多传感器融合室内导航技术研究[D]. 王晨阳.哈尔滨工程大学 2015
[9]旋转导向钻井工具姿态参数的模拟计算[D]. 王晓翠.西安石油大学 2014
[10]小型无人机载吊舱控制系统研究[D]. 宋砚波.长春理工大学 2014
本文编号：2929200
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/2929200.html
