基于VR101三维姿态模块的水平稳定平台的设计与实现【文献综述】.doc

毕业论文文献综述计算机科学与技术基于VR101三维姿态模块的水平稳定平台的设计与实现一、 前言伴随着社会的发展和科技的进步，人们需要借助各类科学仪器来认识和改造世界，发现 并研究未知领域然而，大多数仪器需要一个相对稳定的工作环境，是故需要大晕辅助技术 和仪器而稳定平台技术就是其中之一稳定平台最先于20世纪50年代应用于各类先进的 武器装备而且，随肴精密机械、微电子技术、数字信号处理技术、功率电子技术和伺服 驭动技术的飞速发展，以及陀螺仪、倾角仪等精密惯性敏感元件的性能指标快速提高，使得 稳定平台技术的研究有了很大的发展近儿年，陀螺稳定平台被广泛应用于现代武器系统领 域⑶，随着国防武器装备水平的发展，对装备的快速反应和机动能力以及跟踪和打击能力提出 了更高的要求，不仅要求有很高的稳态精度，良好的动态品质，还要求有很强的灵活性和可 靠性同时，它也走向其他更广阔的领域，走向了广大人民群众科技手段在国防事业以及人民LI常生活中正发挥着越来越重要的作用二、 正文稳定平台是一种能够使被稳定对象相对某惯性空间保持某种方位不变，或者在指令力矩 作用下，按给定规律调节被稳定对象位置方位的装置它作为一种安放在运动物体上的设备, 具有隔离运动物体扰动的功能，被广泛应用在现代武器装备和民用设施中，特别是舰、船的 灯光引导和灯光助降、自动跟踪雷达、导弹发射平台和惯性导航等系统之中目前，舰、 船常用的稳定平台多采用电机作为驱动元件，结构简单，系统可靠性高。

稳定平台系统集惯性导航技术、微惯性传感器应用技术、数据采集及信号处理技术、精 密机械设计技术、精密机构运动学和动力学建摸仿真技术、开放式运动控制技术和系统工程 技术等于一身,技术实现难度大，其中姿态敏感元件和驱动方式对整个系统的性能及成本起 着决定性作用，所以系统理论还不很成熟，并且通用产品不多2、稳定平台研究方向自从第一台稳定平台诞生至今己经有半个多世纪的历史，世界各国的专家们在研制高性 能稳定平台方面作了大量卓有成效的工作〔％对稳定平台各项性能指标的实现，除靠结构方案、 布局型式、驱动元件及驱动方式的正确设计外，关键是要选择与其相适应的控制方案对于稳定平台控制系统，设计人员从改进机械和电路两方面入手就目前所检索到的文 献来看：2.1、机械模块其主要的研究方向有以下儿个方面：⑴带宽的扩展提高平台的带宽可以加快平台系统的响应速度，提高精度随着航空、航天设备、导弹等被仿真体的动态性能的提高，对仿真设备的频带要求越来 越高仿真平台伺服系统的频带是指相位滞后・90或幅值衰减到.3dB时的频率值〔6】2) 精度问题高精度指标主要包括各框架轴的转角位置精度及两个框架的轴线乖直度和相交度位置 精度一般从稳态误差和静态误差两方面体现出来，稳态误差是巾系统跟踪信号所产生的误差, 静态误差主要是由执行元件与负载的摩擦，控制器和放大器的死区、滞环、零偏、零漂等非 线性以及测量元件的误差引起的亿制。

3) 作框架间的动力学藕合问题通过两轴平台模型的建立可以看出:两个框架同时运动时，不仅会带来各框架轴上转动惯 量的变化，还会引起框架间力矩的藕合⑼然而，讨论框架间力矩藕合的理论较多，但实例应 用中成功的不多4) 机械结构谐振问题在大惯量功率系统中，部儿乎共同面临着一个结构谐振问题两轴平台的结构谐振主要 是由各框架电机传动机构的柔性与大负载惯量引起的，它有一定的谐振频率，如果这一谐振 频率接近平台系统频宽，将使系统的稳定性受到威胁"】5) 驱动电机的研究转台的驭动方式主要有液压驱:动和电机驱:动两种液压驰动有转角小、配套设施复杂、 不易维护等缺点;力矩电机驱动虽然有很乏好处，但也有很多问题，如高速上不去、力矩波动大、电刷火花严重、电刷摩擦力矩大、电刷需要不断维护等问题都影响到转台的控制精度10力矩电机的这些不足都需要在以后的研究中不断克服和改进6) 高精度传感器的研究通常在平台中采用的传感器有测速机、感应同步器和光电轴角编码器等陀螺仪作为精 密测角传感器，近二十几年已经被广泛应用在平台+[2J21o而且陀螺仪发展也比较快，已经由 过去的单一测量形式发展到多方位测量及测量多元素，其精度也在不断的提高。

2.2、电路模块通过电路提高系统性能，会使得平台电子系统复杂化，并且增大了平台系统电路部分的 体积、成本和故障发生率随着微处理器和大规模集成电路技术的飞速发展，数字技术开始 应用于惯性技术领域，同时也为稳定平台伺服控制系统的改善提供了新的解决方案随着微处理器和大规模集成电路技术的飞速发展，数字技术开始应用于惯性技术领域， 同时也为稳定平台伺服控制系统的改善提供了新的解决方案⑴特别在1997年，由ATMEL公 司挪威设计中心的A先生与V先生利用ATMEL公司的Flash新技术，共同研发出RISC精简 指令集的高速8位单片机(AVR)以来，将使原来的模拟电子系统基本上被基于AVR的数字 控制系统所取代[方这样不仅可以克服模拟器件容易老化的缺点，而且控制方案可以由软件 编程完成，易于修改在微计算机基础上，许多复杂算法只要通过编程便可实现，从而为各 种现代控制理论方法在平台稳定回路系统中的应用研究提供了方便3、发展方向目前的稳定平台，一般都是有由敏感元件感知平台的空间姿态，并将相关数据传给微处 理器，再由其将处理后的结果转换成命令，发送给电机驱动器，最后由电机驱动器驱动电机 工作使平台保持稳定。

而机械方面的改进，受到设计方法、材料、加工工艺水平等方面的限制，实施困难稳 定平台技术的发展重点是如何更好的应用问处理器，来数字控制叫 所以，今后会向着软件方 向研究与突破哪一款软件或者算法能更高效地统合笞元器件，更完美地达到目的，那么， 包含它的稳定平台技术将是最好的0三、总结综上所述，稳定平台集惯性导航、数据采集及信号处理、精密机械动力学建模和仿真、 电机运动控制、图像处理等多项技术于一身，是以机电一体化、目标识别自动控制技术为主 体、多个学科有机结合的产物稳定平台技术在军事和民用等各个领域将获得了更加广泛与 深入的应用参考资料[I] 王芳菲.两自由度稳定平台的控制策略分析.硕士学位论文，2009年6月[2J周漩.陀螺稳定平台数字控制系统设计.工程硕士学位论文，2008年12月[3] 任远航.陀螺稳定伺服平台设计.硕士学位论文，2008年6月[4] 张明亮.船载天线稳定平台系统的研究.硕士学位论文.2007年3月[5] 余第喜.基于单片机的稳定平台控制系统的研究和实现.阜阳师范学院学报(日然科学版), 2008年3月，第25卷第1期[6] 余亚群，韩军，王建明，陈静.车载稳定平台伺服电机的选用.西安光学精密机械研究所，[A] 1002-6673( 2007)06-065-03[7] 董本京.双轴速率陀螺仪工作原理探讨[J].钻采工艺，1998年第21卷第4期[8] 朱国力，文香稳，潘明华.曲线拟合在倾角仪测量误差补偿中的应用.华中科技大学学报(自然科学版)，第38卷第5期[9] 朱国力，文香稳，潘明华.曲线拟合在倾角仪测量误差补偿中的应用.华中科技大学学报(自然科学版)，第38卷第5期[10] 李向旭,张曾科,姜敏.两轴稳定平台的模糊一PID复合控制器设计与仿真.[A]:1671-637X (2010)01-0069-04[II] 张明亮，史小路.基于运动控制卡的步进电机随动系统设计.北京科技大学机械工程学院,[A]l 002-6673(2007)01-138-020[12] 周结华.基于运动载体的平台稳定系统控制方法研究.硕士学位论文，2009年5月[13] 沈文，Eagle lee,詹卫前.AVR单片机C语言开发入门指导.清华大学出版社，2003。