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为获取高质量的低空遥感影像,无人机机载航拍设备必须固定在高精度增稳云台之上。通过稳定控制技术保持增稳云台在惯性空间中的姿态稳定,从而维持航拍设备视轴的稳定,进而获取稳定清晰的视频图像。为获得稳定、清晰、抖动小的视频图像,研究和设计一款稳定精度高、响应速度快、超调量小的无人机机载增稳云台具有重要理论意义和实用价值。本文分为三部分:1)概述国内外无人机机载增稳云台的发展现状以及稳定控制技术的研究现状;2)论述增稳云台的机械结构、物理模型和所受扰动来源,并对其工作原理进行分析;3)围绕增稳云台的控制,重点开展了增稳云台姿态检测和电机位置伺服控制的研究工作。本文采用MEMS惯性传感器对增稳云台的姿态进行检测,为提高姿态检测精度,将离散Kalman滤波算法应用于多传感器信息融合姿态解算。与互补滤波算法相比,采用离散Kalman滤波算法的姿态检测模块检测精度得到提高。本文选用无刷直流电机作为增稳云台的执行机构。首先,为减小电机力矩脉动,分析了磁场定向控制在无刷直流电机位置伺服控制系统中的应用;其次,分析了该控制系统的三闭环控制结构,并使用MATLAB的SIMULINK工具箱搭建仿真模型;最后,为提高系统动态性能,提出了三闭环控制系统的逻辑规则+PI控制算法。仿真结果表明,采用逻辑规则+PI控制的无刷直流电机位置伺服控制系统具有超调小、稳态精度高、抗扰动性强的特点,在上升时间上,逻辑规则+PI控制仅为PID控制的53.8%。为对上述控制方法进行实验验证,搭建了两轴增稳云台实验样机。在静态实验中,两种控制方法的超调量均很小,各轴稳态误差均小于0.15°,但相对于PID控制,采用逻辑规则+PI控制时,俯仰轴和横滚轴上升时间分别减小了13.4%、11.5%。在动态实验中,增稳云台采用PID控制时,俯仰轴和横滚轴的姿态角最大绝对误差分别小于0.48°、0.52°;采用逻辑规则+PI控制时,俯仰轴和横滚轴最大绝对误差分别小于0.40°、0.43°,俯仰轴和横滚轴的姿态控制精度分别提高了16.7%和17.3%。地面模拟实验和实际飞行实验表明,采用逻辑规则+PI控制的两轴增稳云台具有良好的增稳效果。