步进云台自适应稳姿控制研究

发布时间：2025-07-09 04:30

　　云台由于能搭载各种仪器设备,有扩展和延伸仪器设备工作空间、补偿运行过程中的各种扰动对于仪器设备影响的功用,而广泛应用在诸多领域和场合。本文研究的内容是具有高速响应能力并兼具动态稳定性能的自适应稳姿步进云台,设计并实现了一套完整的二自由度步进云台控制系统,主要工作如下:(1)该云台控制系统在硬件上由环架机械结构、两相混合式步进电机和细分驱动器、姿态传感器MPU6050、主控制器为S3C2440的开发板MINI2440组成。软件上,搭建arm-linux交叉编译环境,在MINI2440上构建嵌入式Linux操作系统,并在此基础上实现云台控制软件和电机驱动程序。(2)建立了适用于该云台的坐标系,同时推导了获取较为稳定、准确的姿态信息时涉及的相关方法,并由主控制器以I2C接口与MPU6050通信采集原始数据进行相关计算,以验证该方法可行性。(3)由两相混合式步进电机的电压平衡方程和运动平衡方程推导出其数学模型。为了满足步进电机对广频率范围的要求,提出一种频变频脉冲调制技术,具有不受占空比、不受频率限制的优势;实现了电机驱动程序,探索了 Linux调用该驱动程序并产生脉冲信号的过程。比较了三种控制...

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 课题背景
    1.2 课题目的与意义
    1.3 国内外研究现状
    1.4 本文主要结构
2 云台软硬件结构及组成
    2.1 云台机械结构
    2.2 云台的硬件组成
    2.3 云台控制软件编译及运行环境
    2.4 云台性能分析与控制软件设计
    2.5 本章小结
3 云台姿态处理
    3.1 姿态传感器的工作方式及安装校准
        3.1.1 坐标系的建立
        3.1.2 姿态传感器的工作方式
        3.1.3 姿态传感器校准
    3.2 云台姿态描述及姿态处理
        3.2.1 姿态的描述
        3.2.2 姿态的更新
        3.2.3 姿态解算
        3.2.4 姿态融合
    3.3 姿态数据对比
        3.3.1 原始采样数据
        3.3.2 加速度计和陀螺仪的解算角
        3.3.3 解算融合角
    3.4 本章小结
4 云台运动控制
    4.1 云台数学模型
        4.1.1 两相混合式步进电机数学模型
        4.1.2 两相混合式步进电机转动惯量计算
        4.1.3 云台、步进电机控制相关性分析
    4.2 云台步进电机驱动技术
        4.2.1 细分驱动技术和频变频脉冲调制技术
        4.2.2 电机驱动程序及脉冲产生过程
    4.3 云台步进电机控制曲线及实控情形分析
        4.3.1 三种步进电机控制曲线
        4.3.2 电机实控过程分析
        4.3.3 控制过程中的干扰因素及应对措施
    4.4 本章小结
5 云台控制算法
    5.1 传统PID控制算法与改进
        5.1.1 传统整定与自适应整定
        5.1.2 变论域模糊自适应PID控制算法的组成
    5.2 模糊控制器
        5.2.1 模糊化
        5.2.2 模糊规则和模糊推理
        5.2.3 解模糊
    5.3 变论域控制器
        5.3.1 伸缩因子及变论域思想
        5.3.2 论域的传递变换过程
        5.3.3 变论域控制器的实现
    5.4 变论域模糊自适应PID控制算法仿真研究
        5.4.1 仿真方法
        5.4.2 伸缩因子研究
        5.4.3 变论域、模糊及传统算法效果比较
    5.5 本章小结
6 云台控制方案
    6.1 姿态域的描述
    6.2 控制策略
    6.3 控制参数与目标域的确定
    6.4 集成测试及控制曲线决策
    6.5 本章小结
7 结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文
致谢



本文编号：4057160