基于MEMS陀螺的两轴稳定平台控制系统设计与实现

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稳定平台通常是一种搭载于运动载体如直升机、舰艇等军用设备上,集成了多种学科技术的伺服平台控制系统,通过传感元器件采集自身位姿信号,对平台进行伺服控制,使稳定平台可以隔离来自运动载体的扰动,保持其视轴稳定不变。本文对基于MEMS陀螺的两轴稳定平台高精度控制系统开展研究,主要内容如下所示:首先,通过对稳定平台进行运动学分析,推导出稳定平台隔离外部载体扰动的补偿方程,得出稳定平台稳定模式下的工作原理。在此基础上,针对稳定平台的性能指标,进行总体设计。其次,提出了一种改进的CEEMDAN-LWT去噪算法,对LWT算法中小波阈值函数与小波阈值的选取进行改进。实验结果表明,相比于CEEMDAN滤波算法以及LWT滤波算法,该算法在MEMS陀螺输出信号去噪处理中更有效。接着,针对稳定平台系统中的非线性环节,提出改进BFO的参数辨识算法。其中对BFO算法中的趋化与迁移操作进行改进,并应用改进的BFO算法对Hammerstein标准测试函数进行参数辨识实验。实验结果表明,该辨识算法比传统的BFO算法与最小二乘法具有更好的辨识效果。然后,针对系统高精度、强抗扰的性能要求,采用了一种外环FOPID-内环PID的双环控制器,且为了改善FOPID控制器参数过多,不便调节的问题,使用PSO优化算法对FOPID控制器进行参数整定。实验结果表明,相比于传统的PID控制器,该控制器在本文所研究的稳定平台系统中控制性能更优,抗干扰能力更强。最后,对稳定平台软件系统进行了具体设计,主要包括系统的主控程序、系统初始化以及中断调用子程序,通过测试,说明了本文上述理论研究的可行性。
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