船用攝像穩(wěn)定平臺(tái)測控問題研究.pdf

1、穩(wěn)定平臺(tái)是指能夠使被穩(wěn)定對象在外來干擾作用下相對慣性空間保持方位不變，或在指令力矩作用下能按給定規(guī)律相對慣性空間轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置。
　　水面艦船在海上航行中，受風(fēng)浪影響會(huì)產(chǎn)生搖擺現(xiàn)象。船載攝像機(jī)受艦艇搖擺的影響而不穩(wěn)定，常使被攝像目標(biāo)丟失，所以攝像機(jī)必須架設(shè)在穩(wěn)定平臺(tái)上，通過穩(wěn)定平臺(tái)的方位、俯仰和滾轉(zhuǎn)等驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)補(bǔ)償艦艇的搖擺運(yùn)動(dòng)，使攝像機(jī)始終保持水平狀態(tài)。本課題正是基于此現(xiàn)狀而提出的，課題來源于青島理工大學(xué)與青島市公安局簽訂的立項(xiàng)：奧帆

2、賽海上安保指揮系統(tǒng)（編號(hào)GAYY2008001）。在此項(xiàng)目基礎(chǔ)上開展研究。
　　該穩(wěn)定平臺(tái)有許多方面需要深入研究，本文只對與測量、控制系統(tǒng)有關(guān)的各方面開展研究工作。
　　論文的主要工作如下：
　　1、分析比較了兩軸和三軸穩(wěn)定平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，選擇帶有滾轉(zhuǎn)框架的三軸平臺(tái)進(jìn)行海上攝像機(jī)穩(wěn)定平臺(tái)的設(shè)計(jì)，根據(jù)該三軸穩(wěn)定平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，導(dǎo)出了平臺(tái)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)耦合方程；2、采用經(jīng)典超前-滯后控制和變結(jié)構(gòu)控制兩種方法對穩(wěn)定平臺(tái)進(jìn)行

3、了校正。仿真結(jié)果表明變結(jié)構(gòu)控制方法具有快速響應(yīng)、對參數(shù)變化及外界干擾具有強(qiáng)魯棒性?？刂菩阅軆?yōu)于超前滯后控制方法；3、討論了影響控制系統(tǒng)精度的各因素，并提出解決辦法。特別是針對陀螺測量信號(hào)中存在的噪聲，從陀螺儀實(shí)測動(dòng)態(tài)輸出數(shù)據(jù)樣本序列入手，建立了時(shí)間序列模型。比較了Kalman濾波算法和Sage-Husa自適應(yīng)濾波算法，得出Sage-Husa算法更適應(yīng)于該平臺(tái)，同時(shí)對Sage-Husa算法進(jìn)行改進(jìn)，提高了算法的效率；4、提出了以FPGA為

4、核心的穩(wěn)定平臺(tái)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法，并得以成功應(yīng)用，取得良好的效果。
　　本論文主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下：
　　1、分析了兩軸穩(wěn)定平臺(tái)的原理性缺陷，指出兩軸穩(wěn)定系統(tǒng)僅能實(shí)現(xiàn)視軸的指向穩(wěn)定，而對引起視軸旋轉(zhuǎn)方向的擾動(dòng)無法消除。如果要解決視軸的旋轉(zhuǎn)問題，可行的辦法就是建立三軸攝像穩(wěn)定平臺(tái)；2、從經(jīng)典的Kalman濾波算法入手，依據(jù)濾波發(fā)散的判據(jù)，將Sage-Husa自適應(yīng)濾波算法進(jìn)行改進(jìn)，減小了計(jì)算量從而提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性；3、提出了基于摩擦