二自由度簡(jiǎn)易云臺(tái)增穩(wěn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、二自由度簡(jiǎn)易云臺(tái)增穩(wěn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目簡(jiǎn)介： 本課題要求學(xué)生在查閱相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，利用單片機(jī)、IMU姿態(tài)測(cè)量元件、舵機(jī)等設(shè)備搭建二自由度增穩(wěn)控制平臺(tái)，設(shè)計(jì)姿態(tài)數(shù)據(jù)的讀取程序，設(shè)計(jì)舵機(jī)的控制程序，設(shè)計(jì)增穩(wěn)平臺(tái)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，對(duì)所設(shè)計(jì)的程序進(jìn)行調(diào)試，實(shí)現(xiàn)云臺(tái)的增穩(wěn)控制。項(xiàng)目方案：本課題分以下步驟展開(kāi)研究：2014年4月 2014年10月收集有單片機(jī)接口程序設(shè)計(jì)方面的資料，學(xué)習(xí)相關(guān)理論知識(shí)；2014年11月2014年12月學(xué)習(xí)MWC飛行控制板的程序設(shè)計(jì)技術(shù)；2015年1月2015年4月設(shè)計(jì)板載姿態(tài)傳感器數(shù)據(jù)讀取；2015年5月 2015年8月設(shè)計(jì)舵機(jī)控制程序和平臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)，測(cè)試平臺(tái)增穩(wěn)性能；2015年9

2、月2015年10月撰寫(xiě)研究報(bào)告、結(jié)題，項(xiàng)目鑒定。本項(xiàng)目主要使用MWC飛行控制板和舵機(jī)實(shí)現(xiàn)二自由度平臺(tái)的增穩(wěn)控制預(yù)期成果：本項(xiàng)目要求完成如下成果：設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)二自由度增穩(wěn)平臺(tái)的軟、硬件系統(tǒng)，搭建增穩(wěn)平臺(tái)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，完成系統(tǒng)的負(fù)載測(cè)試。完成研究報(bào)告一份。二自由度云臺(tái)概述:云臺(tái)是一種安裝、固定攝像裝置的支撐設(shè)備，用于攝像裝置與支撐物的聯(lián)結(jié)。其英文名稱(chēng)為Pan-Tilt(簡(jiǎn)稱(chēng)PT),即可以在水平方向和俯仰方向旋轉(zhuǎn)的機(jī)械裝置。主要用于安裝監(jiān)控、動(dòng)態(tài)攝像等需要進(jìn)行運(yùn)動(dòng)圖像（視頻）捕捉的場(chǎng)合或環(huán)境，使采集方式更直接方便；在需要搖擺和擺動(dòng)的機(jī)構(gòu)中，如機(jī)械臂等，也利用云臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)可接觸范圍的延伸和擴(kuò)展。根據(jù)云臺(tái)的回

3、轉(zhuǎn)特點(diǎn)可以分為只能左右旋轉(zhuǎn)的水平旋轉(zhuǎn)平臺(tái)和既能左右旋轉(zhuǎn)又能上下旋轉(zhuǎn)的全方位云臺(tái)，即二自由度（2-Degree of Freedom）云臺(tái)，簡(jiǎn)稱(chēng)2-DOF云臺(tái)。增穩(wěn)的意義：比如飛行器在飛行過(guò)程中，由于自身的抖動(dòng)以及外界因素對(duì)它的影響，它的姿態(tài)不斷變化，裝在上面的圖像采集裝置一起變化，導(dǎo)致圖像的不穩(wěn)定。如果采用反饋控制原理，先測(cè)量姿態(tài)變化，再傳輸?shù)娇刂蒲b置（舵機(jī)），達(dá)到穩(wěn)像的目的。將一個(gè)二自由度的穩(wěn)像平臺(tái)與遙控直升機(jī)恰當(dāng)?shù)亟Y(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了在飛行過(guò)程中跟蹤目標(biāo)穩(wěn)定圖像，保持圖像質(zhì)量的功能。平臺(tái)增穩(wěn)平臺(tái)增穩(wěn)是將全部的光學(xué)系統(tǒng)和敏感元件安裝在一個(gè)用環(huán)架系統(tǒng)懸掛起來(lái)的臺(tái)體上并用陀螺等慣性傳感器安裝于臺(tái)體

4、上，形成陀螺穩(wěn)定平臺(tái)。根據(jù)環(huán)架系統(tǒng)穩(wěn)定軸的數(shù)量，可分為單軸兩軸和三軸穩(wěn)定平臺(tái)。當(dāng)環(huán)架的支承軸無(wú)任何干擾力矩作用時(shí)，平臺(tái)將相對(duì)慣性空間始終保持在原來(lái)的方位上當(dāng)平臺(tái)因干擾力矩作用而偏離原來(lái)的方位時(shí)陀螺敏感平臺(tái)變化的姿態(tài)角或角速率反饋到控制核心，經(jīng)過(guò)一系列算法處理送出控制量給環(huán)架的力矩電機(jī)通過(guò)力矩電機(jī)產(chǎn)生補(bǔ)償力矩對(duì)干擾力矩進(jìn)行補(bǔ)償，從而使平臺(tái)保持穩(wěn)定而平臺(tái)的穩(wěn)定也就保證了其上的光學(xué)系統(tǒng)的視軸的穩(wěn)定，即視軸的穩(wěn)定是通過(guò)對(duì)整個(gè)臺(tái)體的 穩(wěn)定來(lái)實(shí)現(xiàn)的，目前來(lái)看平臺(tái)增穩(wěn)是最有效，最實(shí)際的方案。用Arduino編輯MWC程序，是用PID算法進(jìn)MWC行飛行穩(wěn)定性控制的程序，三個(gè)字母分別代表比例（P）-積分（I）-微分（D）。用FIDI工具把程序上傳到飛控板，F(xiàn)IDI是一種USB轉(zhuǎn)TTL電平的信號(hào)轉(zhuǎn)換工具。穩(wěn)定控制算法在工程實(shí)際中應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制簡(jiǎn)稱(chēng)PID控制。它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為自動(dòng)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象或不能通過(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)