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《山东科技大学》 2011年
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船用摄像稳定平台测控问题研究

王玉辉  
【摘要】:稳定平台是指能够使被稳定对象在外来干扰作用下相对惯性空间保持方位不变,或在指令力矩作用下能按给定规律相对惯性空间转动的装置。 水面舰船在海上航行中,受风浪影响会产生摇摆现象。船载摄像机受舰艇摇摆的影响而不稳定,常使被摄像目标丢失,所以摄像机必须架设在稳定平台上,通过稳定平台的方位、俯仰和滚转等驱动系统补偿舰艇的摇摆运动,使摄像机始终保持水平状态。本课题正是基于此现状而提出的,课题来源于青岛理工大学与青岛市公安局签订的立项:奥帆赛海上安保指挥系统(编号GAYY2008001)。在此项目基础上开展研究。 该稳定平台有许多方面需要深入研究,本文只对与测量、控制系统有关的各方面开展研究工作。 论文的主要工作如下: 1、分析比较了两轴和三轴稳定平台的运动学特征,选择带有滚转框架的三轴平台进行海上摄像机稳定平台的设计,根据该三轴稳定平台的结构特点,导出了平台运动学和动力学耦合方程;2、采用经典超前-滞后控制和变结构控制两种方法对稳定平台进行了校正。仿真结果表明变结构控制方法具有快速响应、对参数变化及外界干扰具有强鲁棒性。控制性能优于超前滞后控制方法;3、讨论了影响控制系统精度的各因素,并提出解决办法。特别是针对陀螺测量信号中存在的噪声,从陀螺仪实测动态输出数据样本序列入手,建立了时间序列模型。比较了Kalman滤波算法和Sage-Husa自适应滤波算法,得出Sage-Husa算法更适应于该平台,同时对Sage-Husa算法进行改进,提高了算法的效率;4、提出了以FPGA为核心的稳定平台控制系统实现方法,并得以成功应用,取得良好的效果。 本论文主要创新点如下: 1、分析了两轴稳定平台的原理性缺陷,指出两轴稳定系统仅能实现视轴的指向稳定,而对引起视轴旋转方向的扰动无法消除。如果要解决视轴的旋转问题,可行的办法就是建立三轴摄像稳定平台;2、从经典的Kalman滤波算法入手,依据滤波发散的判据,将Sage-Husa自适应滤波算法进行改进,减小了计算量从而提高了系统的实时性;3、提出了基于摩擦补偿的变结构控制方法对稳定平台进行校正。由于变结构控制可在动态过程中,随时根据系统的状态,有目的地不断变化,迫使系统沿预定的“滑动模态”的状态轨迹运动。而该点恰恰符合该稳定平台系统的实际应用背景;4、凭借FPGA高速优点,设计了以FPGA为主控制器的数字控制电路,可对目标的运动迅速做出响应,用尽可能短的时间来调整误差。
【学位授予单位】:山东科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TP273

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 陆建山;水面武器操瞄系统稳定平台姿态测量及控制技术研究[D];南京理工大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 邹东明,刘栖山,陈长青,郭劲;舰载光电跟踪设备视轴稳定分析[J];兵工自动化;2003年01期
2 罗护,范大鹏,张智勇,吴正洪;两轴陀螺稳定系统中陀螺安装的几种方法[J];兵工学报;2005年03期
3 李杰;张文栋;刘俊;;基于时间序列分析的Kalman滤波方法在MEMS陀螺仪随机漂移误差补偿中的应用研究[J];传感技术学报;2006年05期
4 杨金显;袁赣南;徐良臣;;基于灰色模型的微机械陀螺温度漂移建模研究[J];传感技术学报;2007年07期
5 叶军,杨立芳,吉智军,郭朝阳;框架轴承摩擦力矩的测量与分析计算[J];轴承;2001年04期
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中国博士学位论文全文数据库 前6条
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2 王连明;机载光电平台的稳定与跟踪伺服控制技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2002年
3 张克勤;滑模变结构控制理论及其在倒立摆系统中的应用研究[D];浙江大学;2003年
4 周长义;三轴飞行仿真转台控制系统设计与控制算法研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2005年
5 姬伟;陀螺稳定光电跟踪平台伺服控制系统研究[D];东南大学;2006年
6 张智永;光电稳定伺服机构的关键测控问题研究[D];国防科学技术大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 陈浩;舰载武器稳定平台控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
2 吴树平;车载三轴稳定平台控制系统的研制[D];南京理工大学;2007年
3 任远航;陀螺稳定伺服平台设计[D];南京理工大学;2008年
4 刘加富;基于模糊PID控制的船载稳定平台[D];大连海事大学;2009年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 周成朋;基于有功负荷ON-OFF调制的电力系统稳定控制[J];安徽电气工程职业技术学院学报;2005年01期
2 吴剑威;唐立新;;基于根轨迹法与串联PID法的激光操作控制系统设计[J];合肥师范学院学报;2010年03期
3 钟伟红;关宏伟;;基于单纯形法的PID参数优化设计[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2006年03期
4 高立新;;FPGA实验开发板的设计与研制[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2010年05期
5 王辉;孙世群;熊鸿斌;;城市工业废水排放量灰色预测的研究[J];安徽化工;2006年04期
6 张春,郭兴众;双环模糊调速系统的设计与仿真研究[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2003年02期
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8 程泽武;;成品烟箱输送装置的改进设计[J];安徽建筑;2010年06期
9 魏宁;边宽江;袁志发;;基于ARIMA模型的陕西省GDP分析与预测[J];安徽农业科学;2010年09期
10 温丽;;农村劳动力流动影响农产品价格的实证研究——基于VEC模型的方法[J];安徽农业科学;2010年33期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 胡伟明;;基于STM32纯电动汽车电驱控制研究[A];“2011西部汽车产业·学术论坛”暨四川省汽车工程学会四届第九次学术年会论文集[C];2011年
2 陈秀;刘勇夫;冀晓童;高扬;徐青;王辉;;基于起停式飞剪矢量控制系统的研究[A];2011年河北省冶金信息化自动化年会论文集[C];2011年
3 隋树林;孙立宏;姚文龙;袁健;;融合改进UKF/SIFT信息的自主光学导航方法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 杨俊春;胡军;吕孝乐;;高超声速飞行器再入段滑模跟踪控制设计[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 梁捷;陈力;;漂浮基空间机械臂姿态、关节协调运动的模糊变结构滑模控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
6 陈志煌;陈力;;漂浮基双臂空间机器人本体与末端抓手协调运动的模糊滑模控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
7 张健;孙鹤旭;雷兆明;梁涛;;一种基于干扰观测器的滑模控制器设计方法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
8 朱熀秋;李烽;潘伟;孙晓东;;无轴承异步电机转子磁场定向控制研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
9 朱通;朱熀秋;孙永波;郝晓红;;无轴承永磁薄片电机试验平台及驱动系统设计[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
10 毛行静;陈力;;漂浮基空间机械臂末端爪手惯性空间轨迹跟踪的改进滑模变结构控制方案[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王婷;EMD算法研究及其在信号去噪中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 夏全喜;车载组合导航系统关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 戴运桃;粒子群优化算法研究及其在船舶运动参数辨识中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 丁国强;惯性导航系统传递对准技术关键问题研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 王小旭;非线性SPKF滤波算法研究及其在组合导航中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 张涛;GPS/SINS超紧密组合导航系统的关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 张勤拓;机载导弹SINS动基座传递对准技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 冷欣;船用增压锅炉汽包水位预测控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
9 田峰敏;水下地形导航模型求解与导航区初选策略研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
10 陈世同;高精度光纤陀螺建模及信号处理技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 凌刚;基于DSP+FPGA的永磁同步电动机伺服驱动器研究[D];安徽工程大学;2010年
2 李华英;航空发动机多变量鲁棒控制方法研究[D];南昌航空大学;2010年
3 于张喜;立式刨切机机构设计优化[D];山东科技大学;2010年
4 汤雪;时间序列线性表示方法及其相似性度量算法研究[D];山东科技大学;2010年
5 刘鲁艳;基于PJR-2X型喷浆机器人的开放式算法平台研究与设计[D];山东科技大学;2010年
6 高圆圆;基于FPGA的跑步机变频调速系统的设计研究[D];山东科技大学;2010年
7 翟清震;电流型Z源逆变器主电路控制策略研究[D];山东科技大学;2010年
8 魏光宇;二维转台控制系统[D];长春理工大学;2010年
9 李洋;基于PCI总线的高速、高分辨CCD图像采集系统的研制[D];长春理工大学;2010年
10 姜成玉;基于支持向量机的时间序列预测[D];辽宁师范大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李夕兵,刘志祥;基于重构相空间充填体变形规律的灰色预测研究[J];安全与环境学报;2004年06期
2 刘义;郭建都;郭黎霞;;基于RBF算法的前馈惯性稳定平台PID控制回路的设计[J];车辆与动力技术;2011年01期
3 杨蒲;李奇;;陀螺稳定平台自适应分层滑模速度控制[J];兵工学报;2008年07期
4 陆建山;王昌明;宋高顺;张爱军;;基于卡尔曼滤波的交互式多模型GPS定位方法研究[J];兵工学报;2011年06期
5 王璐;赵忠;邵玉梅;贺海鸥;罗进;;磁罗盘误差分析及补偿[J];传感技术学报;2007年02期
6 姬伟;李奇;;光纤陀螺信号误差分析与滤波算法的研究[J];传感技术学报;2007年04期
7 吉训生;王寿荣;;硅微陀螺漂移数据滤波方法研究[J];传感技术学报;2008年02期
8 袁赣南;梁海波;何昆鹏;谢燕军;;MEMS陀螺随机漂移的状态空间模型分析及应用[J];传感技术学报;2011年06期
9 崔铭;;粒子滤波在MEMS陀螺仪初始对准中的应用[J];传感技术学报;2011年09期
10 钟辰;金海红;任腾;田柳;;基于遗传算法的数字罗盘误差补偿方法研究[J];传感技术学报;2012年06期
中国博士学位论文全文数据库 前8条
1 陈益;具有目的域的光电稳定跟踪系统满意控制策略[D];南京理工大学;2010年
2 刘付强;船用卫星天线微型姿态测量系统关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2008年
3 张爱军;水下潜器组合导航定位及数据融合技术研究[D];南京理工大学;2009年
4 雷金利;大负载光电稳定平台技术研究[D];长春理工大学;2009年
5 王建宇;舱外航天服关节力学特性测试机器人系统的研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
6 王明东;发电机组灰色预测可拓控制方法研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
7 陈鹏展;交流伺服系统控制参数自整定策略研究[D];华中科技大学;2010年
8 宋高顺;MIMU辅助卫星测姿技术研究[D];南京理工大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 门义双;具有通用惯性单元的坦克火控系统方案研究[J];车辆与动力技术;2003年01期
2 邹东明,刘栖山,陈长青,郭劲;舰载光电跟踪设备视轴稳定分析[J];兵工自动化;2003年01期
3 纪明;高精度光电二级稳定系统的运动隔离和补偿分析[J];兵工学报;1996年04期
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5 纪明;光电二级稳定系统控制通道融合技术[J];兵工学报;2000年04期
6 张奕群,高钟毓;两步非线性最小方差法在微机械陀螺测量火箭弹自旋角中的应用[J];兵工学报;2001年01期
7 罗护,范大鹏,张智勇,吴正洪;两轴陀螺稳定系统中陀螺安装的几种方法[J];兵工学报;2005年03期
8 周瑞青,吕善伟,刘新华;捷联式天线平台的稳定性研究[J];北京航空航天大学学报;2003年06期
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中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 汤铭;;卫星跟踪稳定平台实现[A];中国电子学会电子机械工程分会2007年机械电子学学术会议论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前7条
1 王连明;机载光电平台的稳定与跟踪伺服控制技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2002年
2 王建立;光电经纬仪电视跟踪、捕获快速运动目标技术的研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2002年
3 毕永利;多框架光电平台控制系统研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2004年
4 周长义;三轴飞行仿真转台控制系统设计与控制算法研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2005年
5 胡浩军;运动平台捕获、跟踪与瞄准系统视轴稳定技术研究[D];国防科学技术大学;2005年
6 姬伟;陀螺稳定光电跟踪平台伺服控制系统研究[D];东南大学;2006年
7 张智永;光电稳定伺服机构的关键测控问题研究[D];国防科学技术大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 贾可亮;车载式卫星天线控制器跟踪控制方法的研究[D];山东师范大学;2001年
2 张智永;移动载体稳定跟踪平台测控技术研究[D];国防科学技术大学;2002年
3 李楷;小型光电跟踪系统设计[D];郑州大学;2003年
4 温丽华;灰色系统理论及其应用[D];哈尔滨工程大学;2003年
5 胡涛;车载卫星天线随动系统的设计与研究[D];南京工业大学;2003年
6 杨泽;车载天线稳定系统的设计及工程实现[D];南京理工大学;2004年
7 邹达明;动力调谐陀螺仪漂移测试与建模研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
8 王继东;移动载体稳定跟踪平台测控关键技术研究[D];国防科学技术大学;2003年
9 何海;灰色动态建模技术与应用[D];华中科技大学;2004年
10 赵梅娟;GM(1,1)模型的改进及其应用[D];江苏大学;2005年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 吴国亮;李树林;潘勇;张新;;大负载稳定平台精度检测技术研究[J];声学与电子工程;2011年02期
2 罗护;范大鹏;盛德军;;基于虚拟样机天线稳定平台仿真设计方法[J];机床与液压;2006年01期
3 肖作江;杨成禹;杨瑞宁;田成军;;光电对抗稳定平台强光能干扰技术研究[J];仪器仪表学报;2006年S1期
4 李慧忠;王庆丰;;电液伺服水平稳定平台的控制研究[J];机床与液压;2007年02期
5 张亚梅;常晓玲;;基于光纤陀螺的车载稳定平台控制方式研究[J];光电技术应用;2007年05期
6 吴金彪;;滚珠丝杠副在天线座稳定平台中的应用[J];舰船电子对抗;2008年02期
7 吴学文;黄士冲;;舰载雷达稳定平台模型参考自适应控制[J];雷达与对抗;1993年04期
8 崔莹莹;夏群力;祁载康;;导引头稳定平台隔离度模型研究[J];弹箭与制导学报;2006年01期
9 陈国虎;徐俊;俞竹青;;天线稳定平台控制系统的研究[J];江苏工业学院学报;2006年01期
10 王志伟;祁载康;王江;;滚-仰式导引头跟踪原理[J];红外与激光工程;2008年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王振收;徐非骏;;机载SAR稳定平台动态性能测试方法[A];2005年机械电子学学术会议论文集[C];2005年
2 汤铭;;卫星跟踪稳定平台实现[A];中国电子学会电子机械工程分会2007年机械电子学学术会议论文集[C];2007年
3 乐敬明;;车载雷达天线的稳定[A];1999中国控制与决策学术年会论文集[C];1999年
4 程辉明;王振收;;雷达稳定平台综述[A];2005年机械电子学学术会议论文集[C];2005年
5 闵君;;强激光武器的研究现状[A];中国造船工程学会电子技术学术委员会2006学术年会论文集(上册)[C];2006年
6 李军强;彭勇;闫文辉;;旋转导向钻井工具稳定平台振动模态计算[A];2006年石油装备学术研讨会论文集[C];2006年
7 李亦君;孟卫华;;基于DSP的某型光电跟瞄平台控制系统设计[A];全国第十届信号与信息处理、第四届DSP应用技术联合学术会议论文集[C];2006年
8 邓志平;张永科;彭晓乐;;图像导引头伺服稳定平台控制器的数字化分析[A];2007年光电探测与制导技术的发展与应用研讨会论文集[C];2007年
9 乐敬明;;无人机载SAR雷达波束稳定技术[A];中国电子学会电子机械工程分会2007年机械电子学学术会议论文集[C];2007年
10 许照东;陈松灿;李辛;;稳定平台动态精度分析及改进[A];2006年全国光电技术学术交流会会议文集(A 光电系统总体技术专题)[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 赵志峰;筑牢加快崛起的稳定平台[N];廊坊日报;2007年
2 徐昕;浪潮难抵460万诱惑[N];中国计算机报;2003年
3 本报记者 侯晓轩;“稳定商用平台”带来了什么?[N];计算机世界;2003年
4 刘虹;稳定的价值[N];中国企业报;2003年
5 ;Vista:流行的时尚品[N];中国计算机报;2006年
6 通讯员 阿依贤木;古城乡加强党员服务群众工作[N];昌吉日报;2007年
7 孙杰 林宗坚 崔红霞;前景广阔的无人机低空遥感监测系统[N];中国测绘报;2003年
8 张友海;强化“五种意识”确保平安稳定[N];菏泽日报;2006年
9 史宣;夯实标准化基础 打造安全稳定平台[N];西部法制报;2007年
10 本报记者 孙光海;PC只用三年?[N];计算机世界;2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王立玲;并串联光电稳定平台伺服控制系统研究[D];河北大学;2014年
2 赵明;半捷联光电稳定平台误差分析与补偿研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2014年
3 陆建山;水面武器操瞄系统稳定平台姿态测量及控制技术研究[D];南京理工大学;2013年
4 石利霞;机载光电对抗稳定平台目标跟踪干扰技术研究[D];长春理工大学;2009年
5 庞新良;机载光电稳定平台数字控制关键技术研究[D];国防科学技术大学;2007年
6 白雪梅;全景航空相机动态分辨率检测系统关键技术研究[D];长春理工大学;2009年
7 刘慧;滚摆式导引头伺服机构稳定跟踪技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2011年
8 张永祥;基于陀螺仪的船载电子稳像技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2006年
9 张智永;光电稳定伺服机构的关键测控问题研究[D];国防科学技术大学;2006年
10 赵元;准一维系统中量子热输运性质的研究[D];华中科技大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 任天辉;舰载稳定平台伺服系统设计与研究[D];厦门大学;2014年
2 刘长顺;车载光电稳定平台结构设计与优化[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2014年
3 武晓春;车载稳定平台随动系统设计[D];西安工业大学;2013年
4 贺天舒;小型双轴水平稳定平台的设计与实现[D];浙江海洋学院;2013年
5 郭新胜;车载稳定平台伺服控制系统设计[D];南京理工大学;2004年
6 肖飞;水上稳定平台关键技术研究[D];南京理工大学;2014年
7 李筱凡;并联船载稳定平台的研究[D];江苏科技大学;2013年
8 郭惜久;水面稳定平台测控系统研究[D];南京理工大学;2011年
9 李耀东;旋转导向钻井工具稳定平台控制理论与方法研究[D];西安石油大学;2012年
10 夏旭;船用稳定平台运动规划算法研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
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