1、 毕业设计开题报告 计算机科学与技术 基于 VR101 三维姿态模块的水平稳定平台的设计与实现 一、 综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 随着精密机械、微电子技术、数字信号处理技术、功率电子技术和伺服驱动技术的飞速发展，以及陀螺仪等精密惯性敏感元件的发展和性能指标的日益提高，使得稳定平台技术的研究有了很大的发展。 1、国内外研究动态 在国外， 在陀螺稳定技术的主要研究方向是小型化、数字化和集成化 。 美国作为空间技术发展最快、起步最早的国家，在转台等惯导测试设备的研制方面具有丰富的 经验，居于世界领先地位。 稳定平台在国外的应用日益广泛，产品遍布地基、车载、舰载、机载、弹载以及航天
2、等各个领域。 40 年代末出现的坦克火炮稳定器，大大提高了行进间射击的精度 1,2。 50 年代在坦克中应用的双轴稳定器，其稳定精度约为士 3 密位 3。 90 年代以后的新一代主战坦克的瞄准具中都配备有伺服稳定头 4。皮尔金顿公司为英军挑战者 n 型坦克研制了炮长主瞄准具，最近又研制出可供装甲战车车长和炮长用的猎鹰组件式装甲战车瞄准系统及车长独立稳定周视组合瞄准具。猎鹰瞄准系统具有双轴伺服稳定头、直接观察用的瞄准具组件、 8-12 微米热成像装置以及 Nd-IAG 激光测距机，可使装甲车辆在静止和行进中捕获目标，并可导引导弹 5,6。 在国内，对精密稳定平台的研究起步较晚， 80 年代开始研
3、制火控系统瞄准具稳定平台， 90 年代才开始研制精密陀螺稳定平台。中科院长春光机所、成都光电所、航空 618 所、华中光电技术研究所、清华大学都相继开展了这方面的研究工作。国内在精密稳定平台的研制方面与国际先进水平相比还有很大差距。但是也有较成熟的产品如：航天北控集团公司研制的船用卫星天线稳定跟踪平台；电子科技集团第 26 研究所研制的 CJWP 系列监视稳定平 台系统等 2,3。 2、 选题的依据和意义 本课题主要研究的是编写怎样的算法把获得的空间信息（倾角仪读数、温度读数和陀螺仪读数）转换成正确的命令输出给电机驱动，使电机驱动驱动电机让平台始终保持水平。 而且，现存已有好多实现控制的理论成
4、果可以作为参考。目前检索到的主要控制方法 7,8,9有 : (l)李雅普诺夫方法综合渐近稳定系统 俄国数学力学家李雅普诺夫于十九世纪 90 年代建立的运动稳定性理论，是研究动态系统的最有力最基本的工具之一。只要能够找到判定李雅普诺夫函数和其导数的符号的办法，即可设计出满足稳定条件的 控制器。 (2)变结构控制 目前变结构控制理论己形成了一种学科体系。变结构控制的一大优点是对系统的振动和干扰具有完全的鲁棒性。变结构控制作为控制系统的一种设计方法，一般来说，包括三个步骤 :(a)用状态变换化为简约型 ;(b)将滑动模态的研究化为镇定问题 ;(c)用趋近律方法求解变结构控制。 (3)逆系统理论 目前
5、这一理论己建立了比较完善的设计理论，其中包括逆系统方法原理、可逆性理论、解祸与线性化理论、系统镇定及非线性状态估计等一系列重要的结果。 (4)微分代数控制理论 微分代数方法是最近才出现的一种非线性控制系 统分析和设计方法。用微分代数方法在某些问题上取得了有希望的结果，已成为与微分几何相辅的工具。其主要成果有 :（ a）非线性系统的秩和可逆性； (b)动态扩张理； (c)动态解藕； (d)动态输入输出线性化； (e)无穷 (有穷 )零结构； (f)动态完全线性化； (g)动态模型匹配。 本课题的选择，对稳定平台的基本知识和现阶段的研究进行了深入的了解；同时知道了 AVR 单片机控制机制的原理，和
6、控制方法；明白了各感应元器件作用与缺陷。本课题提出了一个创新之处，即用滞后倾角仪来修正陀螺仪的漂移。 通过对本课题的研究，不仅可以拓宽自己的 知识面，提高自己的学习能力和专业技术水平，而且可以在 AVR 单片机自动化控制方面获得宝贵的体会和经验。 二、研究的基本内容，拟解决的主要问题： 研究的基本内容： 1. 了解 ATmega162 单片机基础知识。 2. 了解平台的机械结构。 3. 了解电机和感应元件（温度感应器，倾角仪，陀螺仪）的工作机制与特性。 4. 学会用 C 语言开发 AVR 单片机。 拟解决的主要问题： 1. 用温度感应器的读数来修正倾角仪和陀螺仪的读数。 2. 设计算法消除或减
7、弱倾角仪的滞后性与陀螺仪的漂移对水平平台的影响。 三、 研究步骤、方法及措施： 步骤：首先阅读国内相关研究成果 ，制定出论文的研究目标和需要实现的功能，再是编写论文的提纲，然后是根据论文提纲，收集资料，接着对收集到的资料进行筛选，整理，学习，再接着编写代码进行实践。最后根据实践结果撰写论文正文。 方法：资料检索法，参考文献查找法，比较分析法和数据统计法； 措施：通过图书馆借阅书本和上互联网进行查找资料。 参考文献 1 任远航 . 陀螺稳定伺服平台设计 . 硕士学位论文 , 2008 年 6 月 2 周漩 . 陀螺稳定平台数字控制系统设计 . 工程硕士学位论文 , 2008 年 12 月 3 周
8、结华 . 基于运动载体的平台稳定系统控 制方法研究 . 硕士学位论文 , 2009 年 5 月 4 肖万选 . 几种稳定平台驱动系统的传动型式 J. 舰船电子对抗， 2000 5 张叶 , 曲宏松 , 王延杰 . 基于双 DSP 平台的实时跟踪系统设计 . 微计算机信息 , 2006,22 6 李向旭 , 张曾科 , 姜敏 . 两轴稳定平台的模糊 PID 复合控制器设计与仿真 , A1671 637X (2010)01 0069 04 7肖万选 . 几种稳定平台驱动系统的传动型式 J. 舰船电子对抗， 2000 8 王芳菲 . 两自由度稳定平台的控制策略分析 . 硕士学位论文 , 2009 年 6 月 9 余第喜 . 基于单片机的稳定平台控制系统的研究和实现 . 阜阳师范学院学报 (自然科学版 ), 2008 年 3 月 . 第 25 卷第 1 期
