吊舱稳定平台控制系统研究与设计

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光电探测系统作为无人机的“眼睛”,是无人机捕获、识别、跟踪及瞄准目标的主要工具,而吊舱稳定平台是光电探测系统的重要组成部分,它能够隔离吊舱载体产生的各类扰动,通过稳定视轴瞄准线来确保光电成像设备能够获取高精度的目标图像。本文以某吊舱稳定平台控制系统作为研究对象,主要讲述控制系统设计与开发的过程。本文的主要研究内容如下:(1)根据系统研制要求提出了吊舱稳定平台控制系统的总体设计方案,通过估算控制系统载荷完成元部件的选型,并简单介绍了控制系统硬件电路的设计。(2)通过分析吊舱稳定平台的数学模型设计出系统控制环路的调节器,在建立系统Simulink仿真模型的基础上研究分析系统的闭环控制性能,验证吊舱稳定平台控制系统设计方案的可行性。(3)针对经典PID控制技术固有的缺点以及考虑到吊舱稳定平台扰动因素的复杂性,引入自抗扰控制技术ADRC。通过研究ADRC的组成及实现算法设计吊舱稳定平台控制系统的自抗扰控制器,并对比仿真分析基于PID和ADRC控制的系统特性,重点探究ADRC控制策略对控制系统隔离度以及抑制载体扰动能力的改善。(4)首先通过建立吊舱视轴的空间坐标系,从运动学角度分析视轴稳定机理并推导扰动补偿的计算公式,同时研究基于Kalman的陀螺数据滤波降噪算法,并通过实验验证其有效性。然后通过分析控制系统的软件设计需求,建立系统软件主体设计框架,最后按照单一职责软件设计原则完成基于DSP的控制系统软件开发,主要包括主模块、伺服功能模块、控制算法模块以及驱动模块。(5)以吊舱稳定平台为实验对象,对控制系统进行整机联试联调,并通过测试系统的性能和功能来验证控制系统是否满足设计要求,最终完成项目的验收和交付。
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