基于MEMS陀螺的雙軸穩(wěn)定平臺設計與實現.pdf

1、MEMS(micro-electro-mechanical system)是在融合了多種微細加工技術，并應用現代信息技術的最新成果的基礎上發(fā)展起來的21世紀高科技前沿學科技術。目前，微慣性傳感器在國內外的慣導領域越來越受到重視，并且已經開始應用于穩(wěn)定和瞄準領域。本文以MEMS陀螺作為空間角速率敏感元件，對基于MEMS陀螺的雙軸穩(wěn)定平臺展開研究，通過組成穩(wěn)定平臺控制系統(tǒng)和激光光斑跟蹤系統(tǒng)，實現對視頻設備的慣性空間穩(wěn)定和激光光斑目標的實時跟

2、蹤功能。
　　本文的主要工作是針對MEMS陀螺穩(wěn)定平臺的信號處理、建模、控制器的設計以及跟蹤算法設計等，論文的具體工作如下：
　　(1)穩(wěn)定平臺系統(tǒng)總體設計與實現。結合穩(wěn)定平臺隔離擾動原理和MEMS自身特點，選定平臺組成形式，對平臺總體設計與組成進行規(guī)劃，并給出了穩(wěn)定跟蹤具體的實現方案，最后進行了穩(wěn)定控制系統(tǒng)和光斑跟蹤系統(tǒng)的硬件設計。
　　(2)MEMS傳感器分析與濾波處理。首先，對使用的MEMS傳感器進行標定和All

3、an方差分析實驗；然后，結合MEMS傳感器特性和系統(tǒng)要求設計陀螺濾波處理算法；最后，運用基于Kalman濾波的數據融合算法對MEMS陀螺漂移進行補償。
　　(3)穩(wěn)定平臺建模與控制器設計。首先，對穩(wěn)定平臺各個環(huán)節(jié)進行建模，最終得到平臺的整體模型，通過對電機框架進行掃頻，得到電機框架的準確參數；之后，在系統(tǒng)模型的基礎上設計平臺的速率環(huán)和位置環(huán)控制器，針對摩擦因素對平臺性能造成的影響，設計了基于Stribeck模型的自適應控制率，進行

4、了補償仿真實驗；最后，給出了平臺控制算法在DSP控制器的具體實現過程。
　　(4)激光光斑檢測算法設計與實現。介紹了常用的濾波算法和激光光斑位置檢測算法；給出了單個光斑檢測算法在FPGA內的實現流程，最終通過加入的SOPC嵌入式處理器完成脫靶量信息向DSP控制穩(wěn)定器的實時傳送；此外，為了便于調試和觀察，擴展了視頻緩存電路和DA電路，并編寫了VGA顯示程序。
　　(5)雙軸穩(wěn)定平臺實驗。結合實際實驗環(huán)境和設備，對最終完成的平臺