自由度简易云台增稳控制系统设计

二自由度简易云台增稳控制系统设计

工程简介：本课题要求学生在查阅相关资料的基础上，利用单片机、IMU姿态测量元件、舵机等设备搭建二自由度增稳控制平台，设计姿态数据的读取程序，设计舵机的控制程序，设计增稳平台的机械结构，对所设计的程序进行调试，实现云台的增稳控制.

工程方案：

本课题分以下步骤展开研究：

2014年4月~ 2014年10月

收集有单片机接口程序设计方面的资料，学习相关理论知识；

2014年11月~2014年12月

学习MWC飞行控制板的程序设计技术；

2015年1月~2015年4月

设计板载姿态传感器数据读取；

2015年5月~ 2015年8月

设计舵机控制程序和平台机械结构，测试平台增稳性能；

2015年9月~2015年10月

撰写研究报告、结题，工程鉴定.

本工程主要使用MWC飞行控制板和舵机实现二自由度平台的增稳控制

预期成果：

本工程要求完成如下成果：

设计并实现二自由度增稳平台的软、硬件系统，搭建增稳平台的机械结构，完成系统的负载测试.完成研究报告一份.

二自由度云台概述:

云台是一种安装、固定摄像装置的支撑设备，用于摄像装置与支撑物的联结.其英文名称为Pan-Tilt(简称PT),即可以在水平方向和俯仰方向旋转的机械装置.主要用于安装监控、动态摄像等需要进行运动图像（视频）捕捉的场合或环境，使采集方式更直接方便；在需要摇摆和摆动的机构中，如机械臂等，也利用云台来实现可接触范围的延伸和扩展.

根据云台的回转特点可以分为只能左右旋转的水平旋转平台和既能左右旋转又能上下旋转的全方位云台，即二自由度（2-Degree of Freedom）云台，简称2-DOF云台.

增稳的意义：

比如飞行器在飞行过程中，由于自身的抖动以及外界因素对它的影响，它的姿态不断变化，装在上面的图像采集装置一起变化，导致图像的不稳定.如果采用反馈控制原理，先测量姿态变化，再传输到控制装置（舵机），达到稳像的目的.将一个二自由度的稳像平台与遥控直升机恰当地结合在一起，实现了在飞行过程中跟踪目标稳定图像，保持图像质量的

功能.

平台增稳

平台增稳是将全部的光学系统和敏感元件安装在一个用环架系统悬挂起来的台体上．并用陀螺等惯性传感器安装于台体上，形成陀螺稳定平台.根据环架系统稳定轴的数量，可分为单轴．两轴和三轴稳定平台.当环架的支承轴无任何干扰力矩作用时，平台将相对惯性空间始终保持在原来的方位上．当平台因干扰力矩作用而偏离原来的方位时．陀螺敏感平台变化的姿态角或角速率反馈到控制核心，经过一系列算法处理．送出控制量给环架的力矩电机．通过力矩电机产生补偿力矩对干扰力矩进行补偿，从而使平台保持稳定．而平台的稳定也就保证了其上的光学系统的视轴的稳定，即视轴的稳定是通过对整个台体的稳定来实现的，目前来看平台增稳是最有效，最实际的方案.

用Arduino编辑MWC程序，MWC是用PID算法进行飞行稳定性控制的程序，三个字母分别代表比例（P）-积分（I）-微分（D）.用FIDI工具把程序上传到飞控板，FIDI是一种USB转TTL 电平的信号转换工具.

稳定控制算法

在工程实际中．应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制．简称PID控制.它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为自动控制的主要技术之一.当被控对象的结构和参数不能完全掌握．或得不到精确的数学模型时．控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定．这时应用PID控制技术最为方便.即当我们不完全了解一个系统和被控对象．或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时．最适合用PID控制技术.PID控制．实际中也有PI和PD控制.PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的.