1、 毕业论文文献综述 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、前言 伴随着社会的发展和科技的进步，人们需要借助各类科学仪器来认识和改造世界，发现并研究未知领域。然而，大多数仪器需要一个相对稳定的工作环境，是故需要大量辅助技术和仪器。而稳定平台技术就是其中之一。稳定平台最先于 20 世纪 50 年代 应用于各类先进的武器装备 1,2。 而且，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、倾角仪等精密惯性敏感元件的性能指标快速提高，使得稳定平 台技术的研究有了很大的发展。近几年，陀螺稳定平台被广泛应用于现代武器系
2、统领域 3，随着国防武器装备水平的发展，对装备的快速反应和机动能力以及跟踪和打击能力提出了更高的要求，不仅要求有很高的稳态精度，良好的动态品质，还要求有很强的灵活性和可靠性。同时，它也走向其他更广阔的领域，走向了广大人民群众。 科技手段在国防事业以及人民日常生活中正发挥着越来越重要的作用。 二、正文 1、稳定平台的介绍 稳定平台是一种能够使被稳定对象相对某惯性空间保持某种方位不变，或者在指令力矩作用下，按给定规律调节被稳定对象位置方位的 装置。它 作为一种安放在运动物体上的设备，具有隔离运动物体扰动的功能 ，被广泛应用在现代武器装备和民用设施中，特别是舰、船的灯光引导和灯光助降、自动跟踪雷达、
3、导弹发射平台和惯性导航等系统之中 3,4。目前，舰、船常用的稳定平台多采用电机作为驱动元件，结构简单，系统可靠性高。 稳定平台系统集惯性导航技术、微惯性传感器应用技术、数据采集及信号处理技术、精密机械设计技术、精密机构运动学和动力学建摸仿真技术、开放式运动控制技术和系统工程技术等于一身，技术实现难度大，其中姿态敏感元件和驱动方式对整个系统的性能及成本起着 决定性作用，所以系统理论还不很成熟，并且通用产品不多。 2、稳定平台研究方向 自从第一台稳定平台诞生至今已经有半个多世纪的历史，世界各国的专家们在研制高性能稳定平台方面作了大量卓有成效的工作 5。对稳定平台各项性能指标的实现，除靠结构方案、布
4、局型式、驱动元件及驱动方式的正确设计外，关键是要选择与其相适应的控制方案。 对于稳定平台控制系统，设计人员从改进机械和电路两方面入手。就目前所检索到的文献来看： 2.1、机械模块 其主要的研究方向有以下几个方面 : (l)带宽的扩展 提高平台的带宽可以加快平台系统的响应 速度，提高精度。 随着航空、航天设备、导弹等被仿真体的动态性能的提高，对仿真设备的频带要求越来越高。仿真平台伺服系统的频带是指相位滞后 -90 或幅值衰减到 -3dB 时的频率值 6。 (2)精度问题 高精度指标主要包括各框架轴的转角位置精度及两个框架的轴线垂直度和相交度。位置精度一般从稳态误差和静态误差两方面体现出来，稳态误
5、差是由系统跟踪信号所产生的误差，静态误差主要是由执行元件与负载的摩擦，控制器和放大器的死区、滞环、零偏、零漂等非线性以及测量元件的误差引起的 7,8,9。 (3)各框架间的动力学藕合问题 通过两轴平台模型的建立可以看出 :两个框架同时运动时，不仅会带来各框架轴上转动惯量的变化，还会引起框架间力矩的藕合 9。然而，讨论框架间力矩藕合的理论较多，但实例应用中成功的不多。 (4)机械结构谐振问题 在大惯量功率系统中，都几乎共同面临着一个结构谐振问题。两轴平台的结构谐振主要是由各框架电机传动机构的柔性与大负载惯量引起的，它有一定的谐振频率，如果这一谐振频率接近平台系统频宽，将使系统的稳定性受到威胁 1
6、0。 (5)驱动电机的研究 转台的驱动方式主要有液压驱动和电机驱动两种。液压驱动有转角小、配套设施 复杂、不易维护等缺点 ;力矩电机驱动虽然有很多好处，但也有很多问题，如高速上不去、力矩波动大、电刷火花严重、电刷摩擦力矩大、电刷需要不断维护等问题都影响到转台的控制精度 11。力矩电机的这些不足都需要在以后的研究中不断克服和改进。 (6)高精度传感器的研究 通常在平台中采用的传感器有测速机、感应同步器和光电轴角编码器等。陀螺仪作为精密测角传感器，近二十几年已经被广泛应用在平台中 2,12。而且陀螺仪发展也比较快，已经由过去的单一测量形式发展到多方位测量及测量多元素，其精度也在不断的提高。 2.2
7、、电路模块 通过电路提高系统性能，会使得平台电子系统复杂化，并且增大了平台系统电路部分的体积、成本和故障发生率。随着微处理器和大规模集成电路技术的飞速发展，数字技术开始应用于惯性技术领域，同时也为稳定平台伺服控制系统的改善提供了新的解决方案。 随着微处理器和大规模集成电路技术的飞速发展，数字技术开始应用于惯性技术领域，同时也为稳定平台伺服控制系统的改善提供了新的解决方案 1。特别在 1997 年 ,由 ATMEL 公司 挪威 设计中心的 A 先生与 V 先生利用 ATMEL 公司的 Flash 新技术 , 共同研发出 RISC 精简指令集的高速 8 位单片机 （ AVR）以来，将使原来的模拟电
8、子系统基本上被基于 AVR 的数字控制系统所取代 13。这样不仅可以克服模拟器件容易老化的缺点，而且控制方案可以由软件编程完成，易于修改。在微计算机基础上，许多复杂算法只要通过编程便可实现，从而为各种现代控制理论方法在平台稳定回路系统中的应用研究提供了方便。 3、发展方向 目前的稳定平台，一般都是有由敏感元件感知平台的空间姿态，并将相关数据传给微 处理器，再由其将处理后的结果转换成命令，发送给电机驱动器，最后由电机驱动器驱动电机工作使平台保持稳定。 而机械方面的改进，受到设计方法、材料、加工工艺水平等方面的限制，实施困难。稳定平台技术的发展重点是如何更好的应用问处理器，来数字控制 4。所以，今
9、后会向着软件方向研究与突破。哪一款软件或者算法能更高效地统合各元器件，更完美地达到目的，那么，包含它的稳定平台技术将是最好的。 三、总结 综上所述，稳定平台集惯性导航、数据采集及信号处理、精密机械动力学建模和仿真、电机运动控制、图像处理等多项技术于一身，是以机 电一体化、目标识别自动控制技术为主体、多个学科有机结合的产物。稳定平台技术在军事和民用等各个领域将获得了更加广泛与深入的应用。 参考资料 1 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 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 任远航 .
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