基于动调陀螺的双轴稳定平台控制系统研究

摘要

陀螺稳定平台由于具有隔离载体扰动以及跟踪目标的作用，在军事和民用领域都得到了相当广泛的应用。目前，稳定平台的高精度实现是其主要的发展方向，而陀螺仪信号的精度是其中最重要的因素之一。本文查看了大量与陀螺稳定平台相关的文献资料，针对陀螺仪信号的处理进行了深入研究，在此基础上实现了双轴稳定平台控制系统。
　　论文首先介绍了陀螺稳定平台及陀螺信号处理的发展现状，并对双轴陀螺稳定平台的结构和工作原理进行了分析与介绍，对平台中所用的关键惯性元件——动力调谐陀螺仪的结构和原理也进行了说明。
　　然后对系统的硬件进行了设计，包括总体框架设计及具体电路设计，主要包括信号采集模块、电机驱动模块、CAN通信模块和DSP最小系统模块。在此基础上完成了主要硬件模块的测试。
　　在完成硬件设计之后，针对动力调谐陀螺仪的信号进行了误差分析，给出了其系统误差的数学模型，包括静态误差模型和动态误差模型。随后介绍了三种用于对陀螺仪信号的随机误差进行处理的滤波算法，分别阐述了其原理并给出了具体设计方法。在此基础上利用MATLAB对三种滤波算法进行了设计和仿真，得到了仿真结果，并对其滤波效果和相位延迟都进行了分析。
　　最后对陀螺稳定平台控制系统的软件部分进行了设计，并进行了软硬件联调，给出了实际调试的结果，系统完成了基本的功能。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景及其意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 陀螺稳定平台的研究现状

1．2．2 陀螺及其信号处理的研究现状

1．3 论文主要内容

2 稳定平台原理

2．1 稳定平台系统结构

2．2 双轴陀螺稳定平台系统的原理

2．3 动力调谐陀螺仪

2．3．1 结构和原理

2．3．2 坐标系及其角度表达式

2．4 本章小结

3 系统硬件设计及其测试

3．1 系统硬件结构

3．1．1 信号采集模块

3．1．2 电机驱动模块

3．1．3 CAN通信模块

3．1．4 DSP最小系统

3．2 系统主要模块测试

3．2．1 信号采集模块

3．2．2 电机驱动模块

3．2．3 CAN通信模块

3．3 本章小结

4 陀螺误差分析及其处理方法

4．1 陀螺信号误差分析

4．1．1 陀螺漂移误差的分类

4．1．2 产生误差的原因

4．2 陀螺系统误差的补偿

4．2．1 静态漂移误差模型

4．2．2 动态漂移误差模型

4．3 陀螺随机误差的滤波算法

4．3．1 陀螺仪噪声对系统的影响

4．3．2 滑动平均滤波

4．3．3 FIR滤波

4．3．4 小波变换滤波

4．4 陀螺信号滤波仿真

4．4．1 陀螺信号滤波设计与延迟分析

4．4．2 滤波结果分析

4．5 本章小结

5 系统软件设计与调试

5．1 系统软件设计

5．1．1 控制算法

5．1．2 系统主程序设计

5．1．3 中断程序设计

5．1．4 采样及信号处理程序设计

5．1．5 系统各状态下的控制程序设计

5．2 调试结果分析

5．3 本章小结

6 总结与展望

6．1 本文工作总结

6．2 有待研究的问题

致谢

参考文献