三轴陀螺稳定平台控制系统设计与实现
三轴陀螺仪设计报告
三轴陀螺仪设计报告1. 简介三轴陀螺仪是一种用于测量和检测物体在空间中的旋转运动的设备。
在航空航天、船舶、汽车和无人机等领域中具有广泛的应用。
本设计报告旨在介绍三轴陀螺仪的设计原理、工作方式和应用场景。
2. 设计原理三轴陀螺仪基于陀螺效应工作原理。
陀螺效应是指当一个陀螺体在作用力的作用下发生旋转时，会受到一个反作用力，使其保持稳定。
三轴陀螺仪通过测量陀螺体在三个轴向上的旋转角速度，来实现对物体旋转运动的检测和测量。
3. 工作方式三轴陀螺仪通常由三个轴向组成：X轴、Y轴和Z轴。
每个轴向上都配有一个陀螺体，并通过传感器来测量陀螺体的转动。
当物体发生旋转时，陀螺体会偏离原始位置，造成测量信号的变化。
三轴陀螺仪的工作方式可以分为三个步骤：步骤1：传感器测量陀螺体通过传感器感知旋转运动，传感器通常采用微机电系统（MEMS）技术。
传感器会感知到陀螺体的转动，并将此转动转换成电信号。
步骤2：信号处理三轴陀螺仪会将传感器测量得到的信号进行处理和滤波，以消除噪声和误差。
信号处理可以采用数字滤波器和算法来实现。
步骤3：输出结果经过信号处理后，三轴陀螺仪会输出三个轴向上的旋转角速度。
这些输出结果可以用于导航、控制和稳定等应用。
4. 应用场景三轴陀螺仪在许多领域中被广泛应用，以下是一些应用场景的示例：航空航天在航空航天领域中，三轴陀螺仪被用于飞行器的导航、姿态控制和稳定系统。
通过测量飞行器的旋转角速度，可以实现飞行器的精准控制和稳定飞行。
汽车在汽车领域中，三轴陀螺仪常用于车辆稳定控制、车辆定位和导航系统。
通过检测车辆的倾斜和旋转运动，可以实现车辆的动态控制和安全驾驶。
无人机在无人机领域中，三轴陀螺仪被用于无人机的姿态控制和姿态稳定。
通过测量无人机的旋转角速度，可以实现无人机的平稳飞行和精准控制。
5. 总结三轴陀螺仪是一种用于测量和检测物体旋转运动的设备。
它基于陀螺效应工作原理，通过测量陀螺体的转动来实现对旋转运动的检测和测量。
三轴陀螺漂移测试转台台体动力学建模及控制系统设计
１ 三 轴转 台动 力学分析 的理论依 据 三轴 转 台是一 个复杂 的 多框 架 结构 ，通过气 浮轴承 将 各框架 连接 起来 ，在 台体设计 时 已在可 能 的范
围内赋予了台体结构以最大 的刚度，对这样一个结构进行动态分析有 以下三种方法：① 用有限元理论
对 结构进行 动 力学 分析 ：② 用 实验 的方法对 系统 在 已知激 励 下 的响应 数据进 行分 析 ，如对 结构 进行 锤 击 实验 ：③ 将 以上 两种 方法相 结合 ，用 实测数 据修 正有 限元 模 型， 然后进 行分 析 。
Ｌ ＵＯ ｉ ｇ ＣＨＥ Ｐ ｎ ， ＡＮＧ ａ ｇ ｘ ｏ ｇ Ｊ ， ｎ Ｎ ｉｇ Ｗ Ｇｕ ｎ － ｉ ｎ
（ ｅ ａｔ ｎ ｏ Ｃ ｎｒｌ ｎ ｉ ｅ ｎ ， ａｂｎ ｎｔｕｅ ｆ ｅｈ ｏｏ ｙ Ｈ ｂｎ１０ ０ ， ｈｎ ） Ｄ ｐｒ ｍｅｔ ｆ ｏ ｔ Ｅ ｇｎ ｒ ｇ Ｈ ｒｉ Ｉｓｔｔ ｏ Ｔ ｃｎ ｌｇ ， ａ ｉ ５ ０ １Ｃ ｉａ ｏ ｅｉ ｉ ｒ
６ ５
服 系 统最为 不利 的相对位 置条 件下 进行分 析 的，如 图 １ 示 。 所 台体动 力学分 析 的精 度 ， 决 于有 限元建模 的精度 ，而有 取 限元建 模的 精度取 决于对 建模对 象 的理解 。 面对 转 台几个主 下
要 的建 模 问题进行 论述 ：
① 气 浮 轴承 的有 限元建模 将气 浮轴 承简化 为一组 弹簧进 行研 究 ， 体建模 时将 其简 具 化 为杆 单元 。杆 单元分 二组 ，分别 支撑 在轴承 的两 端 的回转 中 心 上 和 台体 上 ，杆 的参数可 以通 过 计算确 定 。方法 如下 ：
Ｌ ＇ — ｉ ｍ ｒｆｔｓ ｂｅｉ ｔｅｂ ｓ ｅｉｎｏ ｏ ｔ ｌ ｙ ｔ ｍ． Ｉｅ ａ ｓ ｕ ｅｘ ｇ ｙ ｄ ｔ ｅ ｔ ｌ ａ ｉ ｄ ｓ ｆ ｎ ｒ ｓｅ ｉ ｔ ａ ｓｈ ｃ ｇ ｃ ｏｓ
惯性导航系统原理_三轴陀螺稳定平台(4)
0 0 1
ωωiirrffxy
ωiaaz
环架角速度
sinθr sinθ f sinθa + sinθr sinθ f cosθa
0 0
cosθr sinθ f sinθa
cosθr
sinθ f
cos
θa
ωωiibbbbyx
0
T3 0
0
ωibbz
基座角速度
2010.05.21
10
5.2.1角速度耦合关系分析
=
−ωωiffixffxcsoisnθθaa
+
ωr iry
cosθ
f
+
ωr iry
cosθ
f
sin θ a cosθa
ωiaaz
ωa iaz
ωωiiaaaaxy
=
ωf ifx
cosθa
−ωiffx sin θa
+
ωf ify
+
ωf ify
sin θ a cosθa
ωiaaz
f
+
ωb ibx
sin
θr
sinθ f
+
ωb ibz
cosθr sinθ f
ωωiiffffyx
=
ωiffz
ωr iry
ωr irx
cosθ f
+ θ&f
+
ωr irz
sinθ
f
−ωirry sinθ f
+
ωr irz
cosθ
f
2010.05.21
ωωiirrrrxy
=
ωibbx
0
sinθ f
三轴云台原理
三轴云台原理
三轴云台是一种常见的摄影设备，它可以帮助摄影师在拍摄过
程中保持相机的稳定，从而获得清晰、平滑的画面。
三轴云台的原
理是基于陀螺仪和加速度计的工作原理，通过精密的控制系统来实
现对相机的稳定控制。
本文将详细介绍三轴云台的原理及其工作过程。
首先，三轴云台由三个轴组成，分别是俯仰轴、横滚轴和偏航轴。
俯仰轴负责控制相机的俯仰运动，即上下运动；横滚轴负责控
制相机的横滚运动，即左右运动；偏航轴负责控制相机的偏航运动，即旋转运动。
通过这三个轴的协同工作，可以实现对相机姿态的稳
定控制。
其次，三轴云台的工作原理主要依赖于陀螺仪和加速度计。
陀
螺仪是一种测量角速度的传感器，可以感知相机的旋转运动；加速
度计是一种测量加速度的传感器，可以感知相机的线性运动。
通过
实时获取陀螺仪和加速度计的数据，并结合控制算法，可以精确地
计算出相机当前的姿态，并实时调整三轴云台的运动，从而保持相
机的稳定。
三轴云台的工作过程可以简单概括为以下几个步骤，首先，陀
螺仪和加速度计感知相机的运动状态，并将数据传输给控制系统；
其次，控制系统根据传感器数据计算出相机的姿态，然后通过电机
驱动三轴云台进行相应的调整；最后，三轴云台根据控制系统的指令，对相机进行实时的稳定控制，从而保证拍摄的画面清晰、平滑。
总之，三轴云台是一种利用陀螺仪和加速度计实现相机稳定控
制的摄影设备，通过精密的控制系统和电机驱动，可以实现对相机
姿态的实时调整，从而获得高质量的拍摄画面。
希望本文能够帮助
大家更好地理解三轴云台的原理和工作过程。
稳定器三轴教学设计方案
一、教学目标1. 让学生了解稳定器三轴的基本原理和功能，掌握稳定器三轴的操作方法。
2. 培养学生动手实践能力，提高学生在摄影、摄像、无人机等领域中的应用能力。
3. 培养学生团队协作精神，提高学生在实际工作中沟通与协调能力。
4. 培养学生对科技产品的关注和兴趣，激发学生的创新意识。
二、教学内容1. 稳定器三轴的基本原理2. 稳定器三轴的组成部分3. 稳定器三轴的操作方法4. 稳定器三轴在摄影、摄像、无人机等领域的应用5. 稳定器三轴的维护与保养三、教学过程1. 导入通过展示稳定器三轴在摄影、摄像、无人机等领域的应用案例，激发学生的学习兴趣，引导学生思考稳定器三轴的重要性。
2. 理论讲解（1）稳定器三轴的基本原理讲解稳定器三轴的平衡原理、陀螺仪原理等，使学生了解稳定器三轴的工作原理。
（2）稳定器三轴的组成部分介绍稳定器三轴的各个组成部分，如电机、陀螺仪、传感器、控制器等，使学生了解稳定器三轴的结构。
（3）稳定器三轴的操作方法讲解稳定器三轴的基本操作方法，如开关机、模式切换、参数设置等，使学生掌握稳定器三轴的基本操作。
3. 实践操作（1）组装稳定器三轴引导学生进行稳定器三轴的组装，培养学生的动手实践能力。
（2）操作稳定器三轴在教师指导下，学生进行稳定器三轴的操作，验证所学理论知识。
4. 案例分析分析稳定器三轴在摄影、摄像、无人机等领域的应用案例，使学生了解稳定器三轴在实际工作中的重要性。
5. 总结与评价（1）总结本节课所学内容，回顾稳定器三轴的基本原理、操作方法等。
（2）对学生的实践操作进行评价，指出优点和不足，提出改进建议。
四、教学评价1. 学生对稳定器三轴的基本原理和功能的掌握程度。
2. 学生动手实践能力的提高。
3. 学生在摄影、摄像、无人机等领域的应用能力。
4. 学生团队协作精神的培养。
5. 学生对科技产品的关注和兴趣。
五、教学资源1. 教学课件2. 稳定器三轴实物3. 摄影摄像设备4. 无人机5. 网络资源六、教学时间安排1. 导入：10分钟2. 理论讲解：30分钟3. 实践操作：40分钟4. 案例分析：20分钟5. 总结与评价：10分钟总计：110分钟通过本方案，旨在使学生掌握稳定器三轴的基本原理、操作方法以及在摄影、摄像、无人机等领域的应用，提高学生的实践能力和创新能力。
三轴测试转台控制系统设计
三轴测试转台可以在实验室条件下模拟飞行器在空中实际飞行时的各种姿态，复现其运动时的动力学特征，从而对它们的制导系统、控制系统及其相应器件的性能进行反复仿真和测试，获得试验数据，并据此对其进行重新设计和改进，达到总体设计的性能指标要求。仿真转台性能的优劣直接关系到仿真实验的逼真性和置信度，是保证航空、航天型号产品和武器系统的精度和性能的基础。随着飞行器型号的不断更新，性能的日益提高，对导航和制导设备的性能和精度的要求也在不断提高。这就给仿真转台的整体制造水平提出了新的课题，也给转台控制系统的设计与实现提出了更高的要求[2][3]。
三轴测试转台具有内、中、外三个回转自由度的万向框架，如图2-2所示每个框架由一套驱动元件驱动，负责控制转台的一个方向运动。其中，外框架负责飞行器偏航姿态模拟，中框架负责飞行器俯仰姿态模拟，内框架负责飞行器自旋转模拟。三个框架组合运动，便可以模拟飞行器在空中的各种飞行姿态[9]。
图2：深入超低速的速率精度和速率平稳性、动态测角精度检测方法的研究。
(7)加强功能性专一的转台设备的研究，降低多用性，使转台简化。避免多种功能集于一种转台的误区。
1.3 本文的主要研究内容
本论文以实际课题为背景，对设计过程中的一些理论和实际问题进行了分析研究。在该课题中我主要承担三轴测试转台控制器的设计。论文研究的主要内容如下：
2.2 三轴测试转台控制系统的原理
由于普通上位计算机不适宜直接控制电机，所以系统采用上位机和下位机两级控制结构。总体控制原理方案如图2-3所示。
图2-3 系统总体控制原理方案
三轴云台原理
三轴云台原理
三轴云台原理是指通过三个轴向的运动来实现云台的稳定控制。
云台是一种用于摄影、航拍等领域的设备，通过控制云台的运动，可以使相机保持稳定，消除震动，从而获得清晰、平稳的影像。
云台的三个轴向分别是俯仰轴、横滚轴和偏航轴。
俯仰轴用于控制相机的上下运动，横滚轴用于控制相机的左右运动，偏航轴用于控制相机的旋转运动。
通过控制这三个轴向的运动，可以实现相机在三维空间内的任意姿态调整。
云台的稳定控制原理是通过陀螺仪和电机的配合实现的。
陀螺仪是用来检测云台的姿态变化的传感器，可以感知设备的旋转角度和加速度。
当相机发生姿态变化时，陀螺仪会检测到相应的信号，并通过控制电机的运动来实现云台的稳定。
在云台中，电机起到了关键的作用。
电机通过转动云台的轴向来调整相机的姿态。
一般来说，云台会采用无刷电机，因为无刷电机具有高效率、低噪音、长寿命等优点。
通过控制电机的转速和方向，可以实现相机姿态的调整。
除了陀螺仪和电机，云台还需要一个控制系统来控制整个过程。
控制系统一般由微处理器、传感器和驱动器等组成。
微处理器负责接收陀螺仪的反馈信号，并根据信号来控制电机的运动。
传感器用于检测云台的工作状态，驱动器用于控制电机的转动。
三轴云台的原理是通过控制俯仰轴、横滚轴和偏航轴的运动，结合陀螺仪、电机和控制系统的配合，实现相机的稳定控制。
云台通过保持相机的稳定性，可以获得清晰、平稳的影像，满足摄影和航拍等领域的需求。
随着技术的不断发展，三轴云台的应用范围也在不断扩大，为我们带来了更多的拍摄可能性。
三轴稳定平台实验报告
三轴稳定平台实验报告三轴稳定平台实验报告引言：三轴稳定平台是一种用于保持相机、望远镜、无人机等设备稳定的装置。
它通过三个轴向的稳定控制，能够抵消外界的震动和晃动，从而保证设备拍摄或观测的稳定性。
本文将介绍我们对三轴稳定平台进行的实验，并讨论实验结果。
实验目的：1. 了解三轴稳定平台的工作原理和结构；2. 掌握三轴稳定平台的操作方法；3. 分析三轴稳定平台在不同环境条件下的稳定性。
实验步骤：1. 搭建三轴稳定平台实验装置；2. 将相机固定在稳定平台上，并调整相机的位置和角度；3. 在不同条件下进行实验拍摄，包括静止、行走、震动等；4. 分析拍摄结果并进行数据处理。
实验结果：通过实验，我们发现三轴稳定平台在各种条件下都表现出了良好的稳定性。
无论是在静止状态下还是在行走过程中，相机都能够保持稳定，拍摄到清晰的画面。
即使在受到外界震动的情况下，稳定平台也能够及时调整，保持相机的稳定性。
实验分析：三轴稳定平台的稳定性主要依赖于其内部的陀螺仪和加速度计。
陀螺仪可以感知设备的旋转角度，而加速度计则可以感知设备的加速度。
通过对这些数据的实时监测和分析，稳定平台能够根据设备的状态进行相应的调整，从而保持设备的稳定。
此外，稳定平台还采用了闭环控制系统，能够根据设备的反馈信息进行实时调整。
当设备受到外界干扰时，稳定平台能够通过控制系统对电机进行精确的控制，从而抵消外界干扰，保持设备的稳定性。
实验总结：三轴稳定平台是一种非常有效的设备稳定装置。
通过实验我们发现，它能够在各种条件下保持设备的稳定，为用户提供清晰、稳定的拍摄或观测体验。
在无人机、航拍、科学研究等领域，三轴稳定平台都有着广泛的应用前景。
然而，三轴稳定平台也存在一些局限性。
首先，它对设备的重量和尺寸有一定的限制，不适用于大型设备的稳定。
其次，稳定平台的价格较高，不适合普通用户。
此外，稳定平台在极端环境下的稳定性还有待改进。
未来，我们希望能够进一步改进三轴稳定平台的性能，提高其稳定性和适用性。
三轴陀螺仪稳定器原理
三轴陀螺仪稳定器原理三轴陀螺仪稳定器是常用的一种姿态控制器，用于控制无人机、飞行器、航模等飞行器的飞行姿态。
它基于陀螺仪的测量数据，通过PID控制算法来实现对飞行器姿态的稳定控制。
下面将分别从三个方面介绍三轴陀螺仪稳定器的原理，包括陀螺仪原理、PID控制原理以及三轴陀螺仪稳定器的工作原理。
一、陀螺仪原理陀螺仪是一种基于角动量守恒定律的转动仪器，它能够测量物体的转动角速度。
常见的三轴陀螺仪由三个互相垂直的旋转轴组成，分别对应物体在三个方向上的转动角速度。
当物体绕主轴转动时，主轴转动的惯性会抵消外力的作用，使主轴保持一个相对稳定的方向，这种稳定的方向就可以用来测量物体的转动角速度。
简单来说，陀螺仪就是利用旋转物体的惯性来测量转动角速度的一种传感器。
二、PID控制原理PID控制是一种基于反馈控制的控制方法，它通常用于控制系统的稳定性和精度。
PID控制器通过不断调节输出信号的比例(P)、积分(I)和微分(D)三个参数，来实现对控制对象的精确控制。
简单来说，PID控制器就是通过不断调整控制参数，使系统输出和目标值之间的误差最小化，从而实现对系统的精确控制。
三、三轴陀螺仪稳定器的工作原理三轴陀螺仪稳定器的工作原理就是在陀螺仪的基础上，通过PID控制算法来控制飞行器的姿态稳定。
具体流程如下：1.陀螺仪测量角速度。
2.通过微处理器将陀螺仪的测量数据转化为姿态角度。
3.将目标姿态角度和实际姿态角度之间的误差进行计算。
4.通过PID控制算法计算出控制输出信号。
5.控制输出信号经过PWM驱动电机，控制飞行器的转动。
6.通过循环调整PID控制器的参数，控制输出信号的精确性和稳定性。
通过以上的过程，三轴陀螺仪稳定器就能够实现对飞行器姿态的稳定控制。
当飞行器发生偏差时，陀螺仪能够测量到角速度，PID控制算法能够计算出正确的输出信号，从而实现对飞行器的调整和稳定。
一种陀螺稳定平台的设计与实现
一种陀螺稳定平台的设计与实现作者：姚兆李久超朴慧京来源：《科技资讯》2016年第33期摘要：陀螺稳定平台，也称为惯性平台或者陀螺平台，简而言之，就是通过对陀螺仪特性的利用，来保证平台台体方位稳定的一种装置。
陀螺稳定平台主要用于对运动载体姿态进行测量或者对载体上的部分设备起稳定作用，无论航天器、舰船、飞机或者导弹，都离不开对陀螺稳定平台的运用。
该文就在陀螺稳定平台的基础上，研究设计了性价比相对较高的一种陀螺稳定平台，即低空遥感小型三轴陀螺稳定平台，这种平台不仅精度高、稳定性强，而且成本相对较低，非常适用于测绘领域。
关键词：低空遥感三轴陀螺稳定平台设计中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）11（c）-0018-02随着科学技术的不断发展，无人机低空遥感系统不再局限于对影像图制作的实现，也逐步进军摄影测量立体测图专用领域。
因为飞机航拍时难免受到杂散气流和机体自身震动的影响，所以其有效载荷的姿态稳定性会受到影响，甚至出现航拍漏洞等严重问题，但是，如果将小型三轴陀螺稳定平台运用其中，就会显著提高无人机有效载荷的姿态精度，因此，笔者意在设计一种以三轴铝合金为平台的低空遥感小型三轴陀螺稳定平台，以满足小区域大比例尺地形的立体测绘工作需求。
1 国内外相关技术的研究现状阐述1.1 国外相关技术的研究现状针对如何加强无人机有效载荷的稳定性控制，国外目前主要存在两种方式。
第一种是运用独立的稳定平台。
这种方式的优点在于计算相对简单、精度较高，且反应较快，缺点也同样明显，即价格昂贵、结构复杂、体积过大，并且补偿范围相对较小，因此，这种独立的稳定平台只能应用到大型的军用高端无人机，例如美国的捕食者无人机和以色列的侦察兵无人机。
第二种是采用捷联方式。
这种方式与第一种的优缺点恰恰相反，捷联方式的优点在于价格便宜、结构简单、体积较小，且补偿范围相对较大，缺点则是可靠性和精度相对较低，因此，这种方式更适用于小型低空遥感无人机。
基于MEMS微惯性器件的三轴稳定平台
２０１７年 ／ 第９期 物联网技术９1 作品简介本设计主要应用于实验教学。
平台采用领先的智能传感器技术，包括三轴MEMS 陀螺、三轴MEMS 加速度计和三轴MEMS 磁强计传感器。
平台控制系统由姿态信息采集和姿态解算与动力控制两个基本单元组成。
姿态信息检测单元通过MEMS 陀螺仪检测平台的俯仰、横滚航向角获取陀螺和加速度计数据，由MEMS 加速度计对姿态信息进行校正，经处理后发送给姿态解算与动力控制单元，然后由该单元将获取到的惯性传感数据进行数据融合，解算姿态信息，并利用控制策略控制平台动力系统，使平台的横滚内框保持平稳。
平台姿态解算加入Kalman 滤波技术，由嵌入式单片机完成，由电机执行，采用PWM 波控制。
学生可分别做陀螺、加速度、电子罗盘和航姿综合实验等。
本实验系统有助于学生理解和掌握惯性导航、航向姿态、运动状态测量的原理、技术及其应用。
MEMS 三轴稳定平台系统如图1所示。
六自由度IMU 姿态测量单元如图2所示。
三轴稳定平台模型如图3所示。
图1 稳定平台系统组成图2 六自由度IMU 姿态测量单元 图3 三轴稳定平台模型图2 工作原理2.1 整体方案平台控制系统由姿态信息采集和姿态解算与动力控制两个基本单元组成，如图4所示。
姿态信息检测单元获取陀螺、加速度计、磁罗盘的数据，经处理后发送给姿态解算与动力控制单元，然后由该单元将获取到的惯性传感数据进行数据融合，解算俯仰和横滚、航向姿态信息，并利用控制策略控制平台动力系统，使平台的横滚内框保持平稳。
三轴稳定平台原理框图如图4所示。
2.2 姿态采集姿态检测单元主要负责三轴MEMS 陀螺仪、三轴加速度基于ＭＥＭＳ微惯性器件的三轴稳定平台中北大学蒋孝勇，米瑞甫，程 壑，杜 睿指导老师：李孟委摘 要：随着微电子技术的发展，民用和军用设备微型化、低功耗及多功能化成为发展趋势，文中设计了应用于实验教学的基于MEMS 微惯性器件的三轴稳定平台。
该平台采用领先的智能传感器技术设计而成，可实现完全自主姿态监测，有助于学生了解陀螺稳定平台并掌握相关原理、技术及其应用，为陀螺稳定平台的深入研究打下坚实基础。
基于三阶干扰观测器的三轴mems陀螺稳定控制
关键词:ＭＥＭＳ 陀螺仪ꎻ三阶干扰观测器ꎻ全局滑模控制器ꎻ不匹配干扰
中图分类号:ＴＰ２７３ 文献标识码:Ａ 文章编号:１００４ － １６９９(２０２０)０２ － ０２５９ － ０７
ＭＥＭＳ 陀螺仪是一种基于微纳技术新兴的角速
量 / 执行陀螺和后来居上的光学陀螺ꎬ其结构设计上
２.Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎꎬＦｕｚｈｏｕ ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＦｕｚｈｏｕ ３５０１１６ꎬＣｈｉｎａꎻ
３.Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＦｕｊｉａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＦｕｚｈｏｕ ３５０１０８ꎬＣｈｉｎａ)
双轴闭环跟踪幅值量级相同但频率不同的正弦轨迹?避免微弱信号检测问题?设计合适的自适应律估计包括角速率信号在内的所有系统参数?该操作模式从更高维度考察了陀螺的全动态?摆脱了驱动模态和检测模态的传统概念?给单微振子多轴mems陀螺仪结构设计创造了新思路?也为现代控制理论在多轴运动控制中的应用提供了契机?自parks操作模式提出以来?自适应控制16自抗扰控制17h控制18滑模控制1920等先进控制理论得到快速应用?在parks操作模式启发下?james21于2006年提出了一种单质量块三轴mems陀螺仪结构?并将parks的双轴闭环扩展为三轴闭环?自适应过程可以估计三个轴向的角速度?在此概念陀螺的研究中?fei等人提出了很多基于滑模控制理论的复合智能控制器?采用自适应过程估计并更新模糊逻辑2224或神经网络权值矩阵2526?来逼近系统总的参数不确定和外界干扰?将滑模切换项的增益由总的不确定和干扰上界变为其逼近误差的上界?很大程度上削弱了控制信号的抖振?考虑不确定动态的估计精度问题?zhang27等人利用复合学习网络大大提高了不确定动态的估计精度和收敛速度?wang2829等人则利用慢时变干扰观测器disturbanceobserver?dob直接估计干扰本身?但其本质上仍为自适应过程?导致观测器与控制器无法独立设计?可独立设计的滑模观测器和干扰观测器在汽车轮胎力估计30和转台运动控制中31已有相关应用?但以上研究均假设参数不确定和外界干扰为匹配形式?而针对陀螺系统中的不匹配成分?文献32利用一种可独立设计的非线性干扰观测器实现常值干扰的估计?he33等人采用一种新颖的pd滑模面和一阶dob实现陀螺三轴常值不匹配干扰的在线估计?并引入一补偿因子优化跟踪误差?本文针对频率成分更加复杂的不匹配干扰并考虑设计冗余?提出一种三阶dob在线估计三个轴向的不匹配干扰?考虑陀螺存在阻尼刚度不对称的情况下?其初态一般不为零?文献33的pd滑模面无法保证全局鲁棒性?为此设计一新的非线性滑模面保证滑模运动的全局鲁棒性?相比文献31的pi全局滑模面表现出更好的动态性能?最后?滑模面的可达性由指数趋近律34保证?1三轴mems陀螺建模z轴陀螺等效示意图如图1所示
三轴伺服移动平台控制系统的设计
金华职业技术学院J I N H U A P O L Y T E C H N I C毕业教学环节成果（2014届）题目三轴伺服移动平台控制系统的设计学院信息工程学院专业电气自动化班级自动化111学号201131010350102姓名指导教师2014年5月30日金华职业技术学院毕业教学成果目录摘要 (3)英文摘要 (3)引言 (4)1 三轴伺服移动平台控制系统简介 (5)2 控制系统结构及工作原理................................. 错误!未定义书签。
3 主要器件选型 (6)3.1 可编程控制器的选型 (7)3.2 触摸屏的选型 (7)4 I/O口分配表 ........................................... 错误!未定义书签。
5 控制系统电路设计 (8)5.1 PLC外围接线图 (8)5.2 伺服电机控制电路图 ............................... 错误!未定义书签。
5.3 横移电机控制电路图 ............................... 错误!未定义书签。
6传感器................................................. 错误!未定义书签。
6.1 左右移动位置传感器 ............................... 错误!未定义书签。
6.2上下移动位置传感器................................ 错误!未定义书签。
6.3 车位检查传感器 ................................... 错误!未定义书签。
7安装................................................... 错误!未定义书签。
7.1控制系统接线图 (9)7.2 控制柜电气元件布局图 ............................. 错误!未定义书签。
3陀螺稳定平台
第3章陀螺稳定平台3.1 概述3.2 陀螺稳定平台的构成方式3.3 双自由度陀螺构成单轴稳定平台的原理3.4* 三轴陀螺稳定平台3.5 本章小节13.1 概述陀螺具有定轴性和进动性。
定轴性是指转子轴具有相对惯性空间指向保持不变的能力。
进动性是指按照要求的规律相对惯性空间旋转的能力。
利用陀螺来控制被控对象的角运动。
控制角运动包含两个含义：一是隔离运载体的角运动对被控对象的角运动的影响;二是能使被控对象按指令要求的规律旋转，指向始终跟踪变2动着的方向。
陀螺稳定平台：以陀螺为敏感元件，能隔离基座的角运动并能使被控对象按指令旋转的机电控制系统称为陀螺稳定平台。
陀螺稳定平台包括：1、惯性平台（精度高，三轴）2、陀螺稳定装置（精度低，一般少于三轴）陀螺稳定平台的稳定作用是能自动产生卸荷力矩对消干扰力矩。
卸荷力矩分为两类1、陀螺力矩32、伺服力矩陀螺稳定平台的主要类型1、直接式陀螺稳定平台--干扰力矩由陀螺力矩对消2、间接式陀螺稳定平台--干扰力矩由伺服力矩对消3、指示式陀螺稳定平台--干扰力矩由伺服力矩对消4、动力式陀螺稳定平台--干扰力矩由伺服力矩和陀螺力矩对消（过渡过程中起作用）5、指示-动力式陀螺稳定平台--干扰力矩由伺服力矩和陀螺力矩对消（过渡过程中起作用，但作用很小）4陀螺稳定平台的基本功能：一是稳定功能，即对外界干扰起对消作用。
如基座角运动是一种外界干扰，在稳定平台与基座的轴承连接处将引起摩擦力矩作用在平台上，或由于几何约束关系台体被强制带动跟随基座一起旋转，稳定平台能自动产生卸荷力矩对消摩擦力矩，同时能产生适当的反旋转对消被基座带动的强制旋转；二是跟踪功能，即能跟踪指令，按要求的角速度旋转，确保平台的坐标轴指向要求的方位。
53.2 陀螺稳定平台的构成方式可由单自由度陀螺构成，也可由双自由度陀螺构成一个单自由度陀螺可以构成单轴陀螺稳定平台，稳定轴是单自由度陀螺的敏感轴（输入轴），即转子缺少转动自由度的那个轴。
【精编_推荐】三轴惯性陀螺测试转台控制系统的研制
三轴惯性陀螺测试转台控制系统的研制摘要：介绍了三轴惯性陀螺测试转台的工作方式及其控制系统的功能，研究了以８０５１单片机为系统控制核心的转台控制器的硬件及软件设计问题，提出了采用８０５１单片机及Ｉｎｔｅｌ８２５４定时／计数器对步进电机进行开环位置及速度控制的解决方案。
关键词：陀螺测试转台单片机步进电机运动控制导航系统是飞行器的重要组成部分。
惯性陀螺仪表普遍应用于各种类型的飞行器的导航系统中，它反映了飞行器的飞行姿态以及其它重要导航信息，保证了人为或自动驾驶仪对飞行器进行控制的安全性与准确性。
为了确保惯性陀螺仪表工作的可靠性，需要对仪表进行定期的校验，用测试转台测试陀螺仪表是比较常用的方法。
某机场所使用的测试转台大部分存在老化严重以及功能单一的问题，尤其是部分转台还是老式的手动转台，很难保证校准精度，所以需要研制新型数字化的低成本的高精度陀螺测试转台及其控制系统。
１陀螺测试转台及其控制系统介绍陀螺测试转台主要由高精度转台及其控制系统组成。
三轴转台由ψ轴转台、θ轴转台、φ轴转台三个子系统组成，分别实现三个轴的转动。
各子系统由台体、驱动系统、转动系统以及执行机构组成。
选用步进电机作为各子系统驱动装置，经蜗轮蜗杆及齿轮减速后输出旋转运动。
转台的三个子系统中，θ轴转台固定在ψ轴转台的转盘上，φ轴转台固定在θ轴转台的转盘上。
将被测试陀螺仪表固定于φ轴转台的转盘上，按测试要求控制转台各轴进行旋转，模拟飞机飞行中的各种姿态，陀螺仪表则输出相应的姿态信息，比较转台的姿态与仪表的输出即可校对仪表偏差。
各子系统的运转由其控制器控制。
控制器的主要功能是接收操作人员的控制指令，对控制面板输入的控制参数进行计算或转换，变为步进电机的运转控制信号，输出到测试转台；转台在控制器的控制下可工作在速度、转角、自动等模式；转台控制器能够与上位计算机进行串行通讯，并执行上位计算机的控制指令。
转台与控制器之间通过航空插头连接起来，其传输的信号包括步进电机的驱动信号和惯性陀螺仪的反馈信号。
无人机三轴云台的稳定控制研究
acceleration estimation and compensation are added to the system control loop.It’s indicated the three-axis pan-tilt control requirements can be met by the design of the cloud axis platform control system which is robust to anti-interference and control accuracy is high.Keywords：Three-axis pan-tilt;Sage-Husa adaptive filtering algorithm;UD decomposition; motion acceleration estimation and compensation;fuzzy PID目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (1)§1.1课题研究背景及意义 (1)§1.2稳定云台国内外研究现状 (2)§1.3稳定云台控制方法分析 (2)§1.4课题研究内容及论文结构 (3)第二章三轴云台系统模型描述 (5)§2.1三轴云台结构原理 (5)§2.2三轴云台姿态角描述 (5)§2.3三轴云台控制系统模型建立 (7)§2.4三轴云台扰动力矩分析 (8)§2.5本章小结 (8)第三章姿态测量传感器数据融合算法 (9)§3.1姿态测量与数据融合 (9)§3.2Sage-Husa自适应滤波算法 (9)§3.3UD分解方法 (11)§3.4改进的Sage-Husa自适应滤波器 (12)§3.4.1系统模型设计 (12)§3.4.2测量方程 (12)§3.4.3观测方程 (13)§3.4.4基于UD分解算法的Sage-Husa自适应滤波计算步骤 (14)§3.5仿真实验与结果分析 (14)§3.5.1采用单位阶跃信号作为仿真信号 (15)§3.5.2实际采集数据的对比试验 (17)§3.6本章小结 (19)第四章运动加速度抑制算法 (20)§4.1运动加速度模型 (20)§4.1.1运动加速度模型 (20)§4.1.2运动加速度估计 (20)§4.1.3姿态及运动加速度更新 (21)§4.1.4补偿算法的理论依据 (21)§4.1.5补偿算法的收敛性及其改进 (21)§4.2仿真验证 (22)§4.3实物验证 (24)§4.4本章小结 (26)第五章三轴云台控制器设计 (27)§5.1三轴云台PID控制器设计 (27)§5.1.1PID控制理论基础 (27)§5.1.2基于PID算法的三轴云台设计 (28)§5.2基于模糊PID的三轴云台控制 (29)§5.2.1模糊PID控制理论基础 (29)§5.2.2模糊控制器设计 (31)§5.2.3基于模糊PID的姿态控制 (36)§5.3仿真实验与结果分析 (37)§5.3.1Matlab/Simulink仿真 (37)§5.3.2仿真实验与结果分析 (37)§5.4本章小结 (39)第六章三轴云台总体设计与验证 (40)§6.1三轴云台控制算法的改进 (40)§6.2仿真验证 (42)§6.3三轴云台硬件验证平台介绍 (44)§6.3.1硬件整体设计 (44)§6.3.2主控芯片 (45)§6.3.3惯性测量模块 (45)§6.3.4电机控制模块 (46)§6.3.5PWM模块 (47)§6.3.6电源模块设计 (47)§6.4三轴云台控制器的可靠性设计 (48)§6.5本章小结 (48)第七章总结与展望 (50)§7.1总结 (50)§7.2展望 (51)参考文献 (52)致谢 (55)作者在攻读硕士期间主要研究成果 (56)第一章绪论第一章绪论§1.1课题研究背景及意义机载三轴云台是机载相机的载体，用于稳定机载相机，在对地观测时使机载相机能够获取高精度、无失真的对地观测影像，是机载测绘技术的重要研究方向之一。
三轴稳定器原理
三轴稳定器原理三轴稳定器是一种用于摄影和摄像的设备，它可以帮助摄影师和摄像师在拍摄过程中保持画面的稳定性。
它通过使用三个轴来实现对相机或摄像机的稳定控制，从而减少因为手持摄影或运动拍摄而产生的晃动和抖动。
在本文中，我们将深入探讨三轴稳定器的原理，以及它是如何实现对画面稳定性的控制的。
首先，我们来了解一下三轴稳定器的组成。
三轴稳定器通常由三个轴组成，分别是俯仰轴、横滚轴和偏航轴。
俯仰轴负责控制相机或摄像机的上下运动，横滚轴负责控制左右运动，而偏航轴负责控制水平旋转。
通过这三个轴的协同作用，三轴稳定器能够实现对画面的全方位稳定控制。
其次，三轴稳定器的原理是基于陀螺仪和加速度计的。
陀螺仪用于检测相机或摄像机的旋转运动，而加速度计则用于检测其线性运动。
通过实时监测相机或摄像机的运动状态，三轴稳定器能够及时做出反馈控制，从而实现对画面的稳定性控制。
另外，三轴稳定器还采用了闭环控制系统。
闭环控制系统是一种通过不断监测输出信号并对其进行反馈控制，以维持系统稳定运行的控制系统。
在三轴稳定器中，陀螺仪和加速度计不断监测相机或摄像机的运动状态，并将监测到的数据反馈给控制系统，控制系统再根据这些数据做出相应的调整，以保持画面的稳定性。
最后，三轴稳定器的原理还涉及到电机控制。
三轴稳定器中的电机负责根据控制系统的指令对相机或摄像机进行稳定控制。
电机通过对相机或摄像机的姿态进行调整，从而实现对画面的稳定性控制。
总的来说，三轴稳定器的原理是基于陀螺仪和加速度计的实时监测和闭环控制系统的反馈调整，再结合电机的稳定控制，以实现对相机或摄像机画面的全方位稳定性控制。
通过了解三轴稳定器的原理，我们可以更好地理解它是如何实现对画面稳定性的控制的，从而更好地应用于摄影和摄像工作中。
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同等精度的情况下，陀 测量时会引入附加相
结构小型化困难
好，体积尺寸较小的不同型号陀螺可供选择。
陀螺实际安装的时候，需要十分注意陀螺的安装方式，一定要保证各陀螺敏感轴与各自 框架轴线的水平，并且相互 之间保持垂直，以免造成陀螺敏感轴方向上的误差和各轴系之间的祸合效应。本系统方位和俯仰轴系的陀螺均安转在方 位内 框上，有效避免了外框尺寸过大，从而保证负载框具有较小的转动惯量。同时，每个框架都有一个独立的直流力矩 电机直接驱动，这种驱动方式省去了减速机构，有效地消除了齿轮间隙误差问题。由于其祸合刚度高，增大了系统的机
中图分类号：Ｕ “． ６ １ 文献标识码：Ａ
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了整个稳定平台的机械特性。 通常情况，根据陀螺的安装位置不同，稳定平台系统可分为进动陀螺、
伺服连接以 及随动平台 方式几种 ［ 其特征与优缺点见表 １ 本系统选 类型 ， ］ ２ 。
的内框上， 系统工作时， 速率陀螺测
量载体在空间三个轴 向的转动角速 度， 经处理后反馈到电机上， 控制力 矩电机转动，使光轴快速对准 目 标。 这种方式精度高， 系统快速性好。 虽
械共振频率，因而有利于提高系统的频带响应和定位精度。
２ 稳定平台控制系统设计
２１ 稳定平台隔离扰动原理分析 ．
运动载体在飞行过程中，无论受到哪个方向的外力干扰，都会造成位于内框上的摄像头晃动，影响图像的稳定性，
以 至系统无法实现精确跟踪。 根据刚体卡尔丹角坐标变换和矢量分解原理 ， 得到稳定平台 ］ ｓ ［ 可以 各框架运动方程：
电视成像导引设备作为惯导武器的核心部分，对武器命中目 标的精度起着十分重要的作用。由 于导弹在飞行过程中，
受到发动机和空气阻力等因素的影响，弹体始终处于剧烈震动摇摆中，这将造成电视导引头成像系统摄取图像的清晰度下
降，甚至无法锁定目 标图像，导致电 视跟踪器不能正常工作，因此如何在运动条件下获得清晰的图像成为电视成像制导武
中三轴陀螺稳定平台的控制系统设计与数字实现。实际测试表明，该系统能够快速精确的消除扰动，具有良 好的稳定性能。
１ 稳定平台机械结构设计
根据电视跟踪系统总体设计要求，陀螺伺服稳定平台要完成两大任务：① 在运动过程中，实时隔离导引头外扰动，
收稿 日期：２０一５０ ；修回日期：２０一２０ ０６０一８ ０７０一６ 作者简介： 杨蒲（ ７ ， ， 士 主 研究 为 月 良 控 系 、 能 制、 结 控 Ｅ ａ： ｇ ０ ＠ｏ ．ｍ ９ １ 一） 博 生， 要 方向 伺 郧 踪 制 统 智 控 变 构 制。一ｉ ｙ Ｐ ０ ｔ ｃ 男 ｍ ａ ｕ ｌ ｎ Ｚ ｍｏ
进动陀螺方式
伺服连接方式
随动平台方式
摄像 设备与陀螺 固定 摄像设备与陀螺分开 连接 电路简单，结构紧凑
螺需要较大的角动量
摄像机和陀螺均 安装在内框上 精度高， 快速性好
连接 结构灵活， 易于小型化
角，精度很难保证
然不利之处是陀螺装在内框架上， 平 台小型化比较困难， 但随着陀螺技术
的进步， 前市场上己有多种性能良 目
器 统中 个 键问 利 陀 空 测 机” 特 构 陀 稳 平台 即 效 离 弹 波 对 统 像的 响 系 如一 关 题。 用 螺“ 间 度 的 点 成 螺 定 ， 有 隔 了 体 动 系 成 影 ，
保证了 视轴的 稳定， 又可获得满意的 跟踪精度川 本文以自 。 行开发的 某小型高精度三轴电 视导引 背景， 头为 具体介绍了 系统
联 系 人：李奇 （ ６ ，男， ９ １ 一） ３ 教授， 博士生导师。 一ａ： ｑｋ ．ｏ． Ｅ ｉ ｈ一ｊ ｇｖ ｃ ｍ ｌ 画ｓ ｎ
１２ ７
中国惯性技术学报
２０ 年 ４ ０７ 月
稳定视轴；② 完成导引头目 标的快速准确跟踪。为了实现规定的各主要功
能， 伺服稳定平台采用了以支架式底座为主体的三轴正交的框架式结构。 如
定义 优点 缺点
图 １三轴稳定平台的结构示意图
ｉ Ｉ ｅ ａ ｓｔ ｉｚ ｔ ｔ ｅａ ｕ ．ｈ ｅ ｘ ａ ｌｅ ｕ ｂ ｙ ｎ 用了随动平台方式， 它是将光学镜头、 摄像机和速率陀螺均安装在稳定平台 Ｆｇ Ｔ ｒ 一 ｉｓ ｂ ｉ ｄ ｒ ａｌｌ ｏｔ
表 １不同类型平台的系统性能 几ｂｌ ｅ ｒ ａｃ ｏ ｄ ｒ ｔ ｉ ｓ ｆ ｌｆ ｓ ．Ｐｒ ｍ ｎ ｅ ｆ ｉ ｅ ｋ ｄ ｏ Ｐ ｏ ｏ ｆ ｅ ｆ ｎ ｎ ｔ ｍ ａ ｒ
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