基于MEMS陀螺的雙軸穩(wěn)定平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、MEMS(micro-electro-mechanical system)是在融合了多種微細(xì)加工技術(shù)，并應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)的最新成果的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的21世紀(jì)高科技前沿學(xué)科技術(shù)。目前，微慣性傳感器在國(guó)內(nèi)外的慣導(dǎo)領(lǐng)域越來(lái)越受到重視，并且已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用于穩(wěn)定和瞄準(zhǔn)領(lǐng)域。本文以MEMS陀螺作為空間角速率敏感元件，對(duì)基于MEMS陀螺的雙軸穩(wěn)定平臺(tái)展開(kāi)研究，通過(guò)組成穩(wěn)定平臺(tái)控制系統(tǒng)和激光光斑跟蹤系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻設(shè)備的慣性空間穩(wěn)定和激光光斑目標(biāo)的實(shí)時(shí)跟

2、蹤功能。
　　本文的主要工作是針對(duì)MEMS陀螺穩(wěn)定平臺(tái)的信號(hào)處理、建模、控制器的設(shè)計(jì)以及跟蹤算法設(shè)計(jì)等，論文的具體工作如下：
　　(1)穩(wěn)定平臺(tái)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。結(jié)合穩(wěn)定平臺(tái)隔離擾動(dòng)原理和MEMS自身特點(diǎn)，選定平臺(tái)組成形式，對(duì)平臺(tái)總體設(shè)計(jì)與組成進(jìn)行規(guī)劃，并給出了穩(wěn)定跟蹤具體的實(shí)現(xiàn)方案，最后進(jìn)行了穩(wěn)定控制系統(tǒng)和光斑跟蹤系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。
　　(2)MEMS傳感器分析與濾波處理。首先，對(duì)使用的MEMS傳感器進(jìn)行標(biāo)定和All

3、an方差分析實(shí)驗(yàn)；然后，結(jié)合MEMS傳感器特性和系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)陀螺濾波處理算法；最后，運(yùn)用基于Kalman濾波的數(shù)據(jù)融合算法對(duì)MEMS陀螺漂移進(jìn)行補(bǔ)償。
　　(3)穩(wěn)定平臺(tái)建模與控制器設(shè)計(jì)。首先，對(duì)穩(wěn)定平臺(tái)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行建模，最終得到平臺(tái)的整體模型，通過(guò)對(duì)電機(jī)框架進(jìn)行掃頻，得到電機(jī)框架的準(zhǔn)確參數(shù)；之后，在系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)平臺(tái)的速率環(huán)和位置環(huán)控制器，針對(duì)摩擦因素對(duì)平臺(tái)性能造成的影響，設(shè)計(jì)了基于Stribeck模型的自適應(yīng)控制率，進(jìn)行

4、了補(bǔ)償仿真實(shí)驗(yàn)；最后，給出了平臺(tái)控制算法在DSP控制器的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程。
　　(4)激光光斑檢測(cè)算法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。介紹了常用的濾波算法和激光光斑位置檢測(cè)算法；給出了單個(gè)光斑檢測(cè)算法在FPGA內(nèi)的實(shí)現(xiàn)流程，最終通過(guò)加入的SOPC嵌入式處理器完成脫靶量信息向DSP控制穩(wěn)定器的實(shí)時(shí)傳送；此外，為了便于調(diào)試和觀察，擴(kuò)展了視頻緩存電路和DA電路，并編寫(xiě)了VGA顯示程序。
　　(5)雙軸穩(wěn)定平臺(tái)實(shí)驗(yàn)。結(jié)合實(shí)際實(shí)驗(yàn)環(huán)境和設(shè)備，對(duì)最終完成的平臺(tái)