光电吊舱陀螺稳像系统的计算机控制研究

论文摘要

双轴陀螺稳定平台是惯性导航系统的重要研究领域之一,也是近期世界科技强国十分重视并重点投入开发的研究领域。光电吊舱陀螺稳像系统是双轴陀螺稳定平台的典型应用与实践,是一部可以对运动目标进行快速捕获,锁定,自动跟踪的机载设备。光电吊舱陀螺稳像系统具有响应速度快、跟踪精度高、可靠性高及造价低等特点。本文针对光电吊舱稳像系统的结构和特点,给出了以TMS320F2812数字信号处理器（digital signal processor-DSP）为核心的系统设计。同时,考虑到光电吊舱在复杂的工作环境中的各项系统参数会在运行中受到的影响发生改变,引入了必要控制算法,实现了光电吊舱的计算机控制设计。由于计算机技术的种种优势,数字技术越来越多的应用了光电吊舱稳像系统的开发。这些新式的计算机控制技术的应用已经成为了当前控制技术领域的焦点。数字信号处理器的诞生使得先进的计算机控制方法得以实现。鉴于以上原因,本文从算法、硬件到软件,设计了一套基于数字信号处理器的光电吊舱稳像系统。本文首先介绍了本课题的背景及研究意义,对光电吊舱稳像系统的工作原理进行了比较详细的研究和介绍,然后进行了稳像系统总体方案与系统结构的分析、仿真及设计,给出了光电吊舱稳像系统计算机控制部分的软件设计与进行了TMS320F2812芯片作为处理器的最小系统电路及相应的驱动电路设计。光电吊舱稳像系统在速度、精度以及抗干扰能力方面均取得了比较好的效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源、背景及意义
• 1.2 稳像系统工作原理
• 1.3 本课题所用的核心器件
• 1.4 论文主要内容
• 第2章 稳像系统计算机控制建模
• 2.1 稳像系统总体设计
• 2.1.1 稳像系统构成
• 2.1.2 稳像系统工作状态
• 2.1.3 系统主要技术指标
• 2.2 稳像系统控制模型建立
• 2.2.2 电机传递函数
• 2.2.3 陀螺仪传递函数
• 2.2.4 其它环节的传递函数
• 2.3 系统模型
• 2.4 扰动力矩分析及干扰对系统精度的影响
• 2.4.1 扰动力矩分析
• 2.4.2 干扰对系统精度的影响
• 2.5 吊舱陀螺稳定系统期望动态特性
• 2.6 参数估算
• 2.7 本章小结
• 第3章 稳像系统计算机控制仿真
• 3.1 数字控制器的实现
• 3.2 采样周期的选择
• 3.3 控制算法的研究
• 3.4 稳像系统的PID分析与校正
• 3.4.1 传递函数
• 3.4.2 方位轴PID分析与校正
• 3.4.3 扰动抑制作用分析
• 3.4.4 俯仰轴PID分析与校正
• 3.4 本章小结
• 第4章 稳像系统硬件设计与实现
• 4.1 整体方案设计
• 4.2 TMS320F2812处理器最小系统构建
• 4.2.1 复位电路的设计
• 4.2.2 时钟电路的设计
• 4.2.3 电源电路设计
• 4.2.4 外部存储器扩展设计
• 4.2.5 Bootloader接口设计
• 4.2.6 JTAG接口设计
• 4.3 硬件系统外部设备设计
• 4.3.1 CPLD接口设计
• 4.3.2 ADC接口设计
• 4.3.3 SCI接口设计
• 4.3.4 CAN接口设计
• 4.3.5 事件管理器接口设计
• 4.4 USB接口设计
• 4.4.1 USB2.0总线特点与组成
• 4.4.2 USB接口电路设计
• 4.5 稳像系统硬件电路的调试
• 4.5.1 DSP最小系统调试
• 4.5.2 外部通讯接口调试
• 4.5.3 USB接口调试
• 4.6 本章小结
• 第5章 稳像系统软件设计与实现
• 5.1 DSP系统软件整体方案设计
• 5.2 DSP系统软件设计特点
• 5.2.1 COFF文件介绍
• 5.2.2 DSP软件系统开发过程
• 5.3 DSP系统软件程序实现
• 5.3.1 DSP编译环境CCS
• 5.3.2 CMD文件的编写
• 5.3.3 存储器的定义和地址操作
• 5.4 DSP系统接口软件设计
• 5.4.1 数据采集程序设计
• 5.4.2 电机驱动程序设计
• 5.4.3 CAN接口程序设计
• 5.5 USB接口软件设计
• 5.5.1 USB芯片固件编程
• 5.5.2 GPIF编程
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢