研究生开题报告

北京科技大学

硕士学位研究生

选题报告及文献综述论文题目：新型远程遥控云台控制器的研制与改进

指导教师：李杰

单位：北京科技大学

学号： s2*******

作者：孙宇舟

专业名称：物理电子学

入学时间： 2008年9月

2009年6月20 日

目录

1文献综述 (3)

1.1国内外概况 (3)

1.2确定新型远程遥控云台控制器的研究 (5)

2课题来源和选题意义 (6)

2.1课题来源 (6)

2.2课题目的 (6)

2.3选题意义 (6)

3课题内容和时间安排 (8)

3.1课题内容 (8)

3.2时间安排 (9)

参考文献 (10)

1文献综述

1.1国内外概况

云台广泛应用于监控领域，作为安装、固定摄像机的支撑设备。云台实际上是一个转台系统，由两个电机组成的安装平台，可以带动支座做水平和垂直运动，在远程可以控制其转动方向和位置。当接到动作电压时，电机转动，经减速箱带动垂直传动轮盘转动[1]。

云台种类较多，按照可以运动功能分为水平云台和全方位（全向）云台。按照工作电压分为交流定速云台和直流高变速云台。按照承载重量分为轻载、中载和重载云台。按照负载安装方式分为顶装云台和侧装云台[2]。不同特点的云台适用范围不同，而本课题研究方向倾向于高精度位置定位的重载云台控制系统的实现，希望在低成本的情况下实现高精度定位。

目前国际上转台系统的设计和生产已经产业化，且产品均系列化标准化。美国在飞行仿真转台系统的研制方面处上世界领先地位，其CGC和Carco公司生产的转台代表了当今世界转台研制的最高水平。德国、英国和法国转台的发展深受美国影响，其中德国MBB公司研制的转台系统的性能仅次于美国，具有一定代表性，法国Belfert公司和瑞士Acutroni。公司生产的转台近年来正逐步打入我国市场[3-5]。

我国转台的研制起步于1965年，较美国晚二十余年，但发展速度很快，与国外的差距逐渐缩小。航空工业总公司303所、船总6354所、航天工业总公司102所、502所和803所、哈工大和北航和南航等单位研制了一批转台，在很大程度上满足了国防科研的需要，转台总体性能较国外的差距渐渐缩小[6]。

国内相关单位对高精度转台伺服研究主要集中在以下三个方面，第一是对用于惯导测试和运动仿真的转台研究，用于此目的伺服转台的技术指标高，如中国航空精密机械研究所研制的单轴，双轴，三轴惯导测试和运动仿真设备的伺服转台系统，它们典型的技术指标为角度精度是士2"~士30"，其中TDC¬¬—2型陀螺动态参数测试系统的转台精度在士2"，STS—Z10P型单自由度目标视线运动

仿真器，定位精度是士30"，另外如中国航天科技集团公司第一计量测试研究所研制的DSw—01单轴速率位置转台的性能指标，位置分辨率为0.005°，中国船舶工业六三五四研究所的ST—160，sT—380型单轴位置转台可达士5" 。

第二是对数控机床的伺服转台的研制，如重庆机床厂的TKGB1325D数控转台的定位精度为4.48角秒，北京丹青华瑞科贸有限公司的单轴立式转台DP系统精度为土3弧秒，精密级转台AP系统可达士1弧秒。

第三是对雷达伺服转台的研究，如航天机电集团二院203所研制的计算机控制的转台装置，可用于电磁兼容性测量、天线方向图测量等方面，它的性能指标是为角精度士1°；转角分辨率0.1°。2000年东南大学科技成果《EMC自动测试用转台和天线塔》所提到的转台位置指标是1°，北京友信科技集团的uRT —L—01雷达仿真转台系统的位置精度为20´[7-9]。上述定位仪器一般采用感应同步器作为采集模块，设计为高端应用，例如供"神舟"工程的产品。

控制方法是转台控制系统的核心，是影响转台控制系统性能的关键因素。近年来，针对伺服系统控制问题的各种新的方法不断涌现，经典的控制方法其使用的前提是必须通过一定手段，测得被控对象的数学模型，而且，控制的精度直接与所得到的数学模型的准确度有关。事实上，由于转台系统存在机械摩擦、轴系间力矩祸合、电网波动以及环境干扰等许多非线性和不确定性因素，而且要求转台可在不同的场合下使用，系统的精确数学模型是无法得到的，因此，经典控制是建立在近似的、不准确的数学模型基础上的，一个控制算法只适合于一个特定的对象，不具备通用性[10]。

无需依赖数学模型进行控制，是控制理论最新的发展方向，代表了控制的发展趋势，例如神经网络方法、自适应方法或者模糊控制方法。一般说来具有非线性的控制特征，不过无论选择何种控制方法其最终目的都是一致的，那就是满足转台控制系统高精度、高频响和宽调速的要求。常见的智能控制方法包括模糊逻辑控制和神经网络控制。

和传统的控制方法相比，模糊控制的优点主要表现在[11-15]：

(1)模糊控制无需对被控对象进行精确的数学建模，而是根据经验规则直接建立控制模型；

(2)系统知识库是基于对控制对象的定性认识和经验规则来建立的，而控制

是直接通过语法规则进行模糊推理来进行的；

(3)模糊推理系统是非线性的系统，具有很强的鲁棒性，尤其适应于非线性和非确定性系统。

1.2确定新型远程遥控云台控制器的研究

市场上低端应用转台一般利用模拟式的换向机械碰撞开关或接近开关被动变换转动方向，成本低廉。一般采用步进电机，可以实现间歇停顿、频繁变换正转、反转、定位等动作，但在低速时，容易引起电机的抖动。典型的50齿四相步进电机的的步距角为1.8度，电机转子在这个范围内具有不确定性[16-20]，而这个范围相对于要求的高精度显得太大，精度不可能有效的提高，其应用领域受到限制。

而本论文中采用的数字化的控制系统，采用新型数字式磁敏传感器和直流伺服电机，设计和生产成本较低，而且校正后效果优良，能实时采集数据的同时进行精确定位，更能广泛地有效地市场化应用。