基于MEMS惯性器件的两轴稳定平台研究

【摘要】稳定平台能有效隔离运动平台扰动、使灵动载荷相对惯性空间保持稳定,常用于视轴稳定、相对姿态稳定、方位跟踪等用途,应用领域广泛、前景广阔,目前平台稳定系统姿态检测以成本较高的光学陀螺为主要检测元件,不利于稳定平台的推广应用,本文据此背景在调研和查阅了大量资料的基础上,以价格较低、易批量化生产的MEMS惯性器件作为姿态检测部件,并以此为基础设计了一种小型化的平台稳定系统,系统利用MEMS陀螺和加速度计对平台姿态信息进行检测,然后根据二者传感信息解算平台姿态角,利用控制策略控制平台动力系统使其保持平稳。论文首先论述了所设计两轴稳定平台的结构和工作原理,对本文所述的平台稳定系统的控制系统构成做了详细描述。然后,针对控制系统所包含的姿态检测和姿态解算与控制两大部分的设计分别予以展开论述。在硬件方面,重点介绍了包括主控制器最小系统、惯性器件信号采集电路、数据传输电路、平台动力系统控制电路在内的器件选型和电路设计依据。软件方面,介绍了MEMS惯性器件的噪声分析以及信号处理方法。分析了以陀螺和加速度计为基础的姿态角解算方法,针对不同的姿态解算方法,利用实验测试数据进行了解算效果对比,最终确定了以互补融合算法为基础的数据解算实现方法。紧接着,论述了利用姿态角信息进行稳定平台姿态控制的控制模型及实现方法。对姿态检测单元尤其是MEMS陀螺的标定测试方法进行了详细的描述,给出了测试结果,并对数据处理前后的效果进行了对比分析。最后,对稳定平台系统进行了基本的稳定测试,并对测试结果进行了相关分析。
【作者】李锡广；
【导师】李孟委；
【作者基本信息】中北大学，精密仪器及机械，2014，硕士
【关键词】MEMS；惯性技术；陀螺；稳定平台；Kalman滤波；

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