两轴瞄准稳定平台系统的最优实现
一种双轴姿态稳定平台的设计与实现
一种双轴姿态稳定平台的设计与实现吕天慧;蔡志娟;朱红;朱如意;陈灿辉【摘要】机载姿态稳定平台可隔离载体角运动、精确跟踪当地水平面,因此在航空遥感领域中有着广泛的应用前景;通过以微惯性传感器作为主要测量元件,以步进电机作为执行机构,构建了一种双轴姿态稳定平台,进行姿态的闭环控制,克服了传统陀螺稳定平台造价昂贵、设计复杂的特点;试验测试结果表明,该平台可以实现对当地水平面的精确跟踪.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2016(024)002【总页数】3页(P213-215)【关键词】微惯性器件;双轴姿态稳定平台;遥感【作者】吕天慧;蔡志娟;朱红;朱如意;陈灿辉【作者单位】中国运载火箭技术研究院研究与发展中心,北京100076;中国运载火箭技术研究院第十八研究所,北京 100076;中国运载火箭技术研究院研究与发展中心,北京100076;中国运载火箭技术研究院研究与发展中心,北京100076;中国运载火箭技术研究院研究与发展中心,北京100076【正文语种】中文【中图分类】TH703遥感载荷的理想工作条件是载机运动规律精确已知，但实际飞行时，受设备性能、气流以及任务所要求机动性能的影响，载机工作环境往往较为复杂，这对载荷的正常工作产生了重要影响。
而姿态稳定平台则是一种能隔离外界扰动，使载荷保持空间指向相对稳定性的结构装置。
利用姿态稳定平台可以显著提高载荷工作效率，降低其对载机、天气等条件的依赖，减少后处理工作量，并拓展载荷的工作范围[1-2]。
传统的姿态稳定平台通常为陀螺稳定平台，需要采用如挠性陀螺和力矩电机等造价昂贵的设备，同时机械机构复杂、对器件安装要求也较高，使其应用范围限制在高端场合。
本文所述的双轴稳定平台采用DSP芯片作为核心处理单元，以微惯性器件作为主要测量元件，以步进电机作为执行机构，能够实现载荷实时跟踪当地水平，具有规模小、成本低、实现性好、轻便快捷等优点，具有较强推广应用价值。
一种两轴陀螺稳定平台系统[实用新型专利]
![一种两轴陀螺稳定平台系统[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/e89ba3c8dd36a32d72758108.png)
专利名称：一种两轴陀螺稳定平台系统专利类型：实用新型专利
发明人：罗琳,陈少楠,游贵彪,吴振亚申请号：CN201721311974.7
申请日：20171012
公开号：CN207540556U
公开日：
20180626
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型涉及一种两轴陀螺稳定平台系统，包括平台、Y轴支架、X轴支架、陀螺部件，所述平台与所述Y轴支架在Y轴方向上转动连接，所述平台可相对于所述基座在Y轴方向摆动；所述Y 轴支架与所述X轴支架在X轴方向上转动连接，所述Y轴支架和平台一起可相对于所述基座在X轴方向摆动；所述平台与所述陀螺部件的封闭壳体固定连接；所述封闭壳体内设置为真空。
本实用新型的有益之处：在满足较高稳定精度的同时，还具有结构简单、使用方便的特点。
申请人：上海矶怃科技有限公司
地址：201611 上海市松江区新飞路499号2幢3层A区
国籍：CN
代理机构：上海汉声知识产权代理有限公司
代理人：胡晶
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两轴四框架光电稳定平台的稳定解算
两轴四框架光电稳定平台的稳定解算
曹晓平;江华诚
【期刊名称】《光学与光电技术》
【年(卷),期】2011(9)6
【摘要】光电稳定平台常采用两轴四框架的结构形式扩大稳定跟踪范围和提高跟踪精度,内外框架之间由于机械结构连接产生耦合,为建立稳定解算方程,分析两轴四框架光电稳定平台的工作原理,通过各框架转轴坐标旋转关系,利用转移矩阵,推导出稳定解算方程和甲板坐标系的角位移解算公式,在典型工程实际条件下,比较公式计算的理论值与直接利用测角量累加值之间的差别,结果表明在外框架不能很好随动于内框架时,稳定解算时平台相对载体的姿态是内外框架测角量的非线性函数,这对伺服系统位置回路的控制非常关键。
【总页数】5页(P83-87)
【关键词】两轴四框架;稳定平台;转移矩阵;角位移
【作者】曹晓平;江华诚
【作者单位】华中光电技术研究所-武汉光电国家实验室;总装武汉局驻三三○三厂军事代表室
【正文语种】中文
【中图分类】TP273
【相关文献】
1.三框架四轴惯性平台系统弹体姿态角解算方法 [J], 刘静;闫禄;郭宗本;朱志刚
2.多轴稳定平台的解算研究 [J], 吴学群
3.两轴四框架机载光电平台稳定原理分析 [J], 吕宏宇;金刚石;高旭辉
4.机载四框架二轴稳定跟踪平台速率稳定回路控制 [J], 夏静萍;王道波;甄子洋
5.基于ADAMS两轴三框架光电稳定平台动力学分析 [J], 王晶东;许颖;于化东;李妍
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大俯仰角度的两轴两框架平台稳定技术
大俯仰角度的两轴两框架平台稳定技术李红光;纪明;吴玉敬;郭新胜;彭侠【摘要】为了解决大俯仰角度方位平台稳定性能降低的问题,利用两轴两框架稳定平台稳定原理,分析在传统方位陀螺安装方式下,大俯仰角度时方位平台稳定性能降低的原因以及正割补偿带来的噪声等问题,提出在方位平台上安装2个正交的方位、横滚陀螺,解算出瞄准线方位惯性角速度,从而实现大俯仰角度下的方位稳定控制方法.仿真实验验证了该方法可以提升大俯仰角度下两轴两框架平台的方位稳定控制性能,减小陀螺噪声对控制性能的影响,在同等条件下,方位稳定误差峰峰值由450 urad减小为250 urad.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2015(036)006【总页数】6页(P823-828)【关键词】光电稳定平台;两轴平台;大俯仰角度;瞄准线角速度【作者】李红光;纪明;吴玉敬;郭新胜;彭侠【作者单位】西安应用光学研究所,陕西西安710065;西安应用光学研究所,陕西西安710065;西安应用光学研究所,陕西西安710065;西安应用光学研究所,陕西西安710065;西安应用光学研究所,陕西西安710065【正文语种】中文【中图分类】TN29目前，光电系统普遍采用的稳定平台是两轴结构，包括两轴两框架和两轴四框架，其中两轴两框架以其机构简单、成本低、体积小等特点，应用十分广泛。
两轴两框架稳定平台通常采用两只陀螺作为惯性速率传感器，均安装在俯仰平台上，且2个敏感轴和光轴均正交，陀螺数据分别通过方位、俯仰控制电路驱动方位、俯仰电机，形成速率闭环，从而实现光电系统的稳定。
从某些光电系统的战术指标来看，在稳定平台俯仰角度很大时仍需要正常瞄准跟踪目标，而此时两轴两框架稳定平台的方位轴的稳定性能降低，稳定指标已经无法满足系统要求[1-2]。
本文在分析两轴两框架稳定平台稳定原理的基础上，针对该问题，提出了利用两只陀螺分别测量方位转台的方位轴与横滚轴的扰动速率，通过解算代替原来方位陀螺，实现方位平台的速率闭环控制，实现在俯仰角度很大时方位平台稳定性能基本保持不变。
二轴稳定跟踪平台速率稳定回路控制
ＸＩＡ Ｊｉｎｇ·ｐｉｎｇ，ＷＡＮＧ Ｄａｏ·ｂｏ，ＺＨＥＮ Ｚｉ—ｙａｎｇ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ＆Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００１６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｌｏｏｐ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｕｒ··ｇｉｍｂａｌ ａｎｄ ｔｗｏ··ａｘｉｓ ａｉｒｂｏｒｎｅ ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｉｓ ｍｏｄｅｌｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｎａｌｙｓｉｓ．Ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｉｎ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｌｏｏｐ，ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ
匕（Ｊ）＝二·已（ｓ）
由终值定理知，角速度稳态误差和角度稳态
误～‰差＝＝分躲ｌ别也掣为（：。ｉｍ＝。蚴弘面百雨刁％覃磊等羞编焉州‰，小心）（ｊ）
为保证角速度和角度稳态误差为零，速度校正 环节需包含２个积分环节。经计算后初步确定校正
环节形式为Ｇｖ（ｓ）：掣，即高阶ＰＩ校正环节。
２）高阶ＰＩ校正加超前校正环节 在反馈控制系统中，设置积分环节以消除稳态 误差，将降低系统动态稳定性。所以在设计Ｇ。（ｓ）必 须权衡系统稳态误差、稳定性与动态性能之间的关 系。为改善系统的动态性能，在高阶ＰＩ校正的基础 上增加超前校正环节：
２机理分析与数学建模
以内俯仰速率稳定控制回路为例进行分析。在 该回路中，陀螺将敏感到的角速度信号经速度校正 环节和功率放大环节送给内框架的电机，控制电机 产生与干扰力矩大小相等、方向相反的补偿力矩， 控制原理框图如图２。
两轴捷联稳定跟踪平台关键技术
两轴捷联稳定跟踪平台关键技术
王翠;高岭
【期刊名称】《内燃机与配件》
【年(卷),期】2018(000)022
【摘要】作为目前较为先进的近距离位标器形式,两轴捷联稳定器实现了定位的准确性以及追踪的有效性,充分满足了现代化战争形势下,武器定位技术的使用要求.为了进一步提升两轴捷联稳定跟踪平台的实用价值,文章从多个维度出发,对两轴以及捷联技术进行全面梳理,总结过往有益经验,实现关键技术的持续突破,为其在实践阶段中的应用提供了理论参考.
【总页数】2页(P201-202)
【作者】王翠;高岭
【作者单位】九江职业技术学院,九江332007;九江职业技术学院,九江332007【正文语种】中文
【相关文献】
1.两轴捷联稳定跟踪平台关键技术分析 [J], 付奎生
2.跟踪微分算法在半捷联稳定平台中的应用研究 [J], 刘伟;朱斌;樊键;尹彦东
3.捷联稳定技术在两轴光电跟踪仪中的应用 [J], 刘小强;寿少峻;宋晓明;邢军智
4.两轴捷联稳定跟踪平台关键技术 [J], 王翠;高岭;
5.非线性跟踪微分器在半捷联稳定平台中的应用 [J], 史鹏杰; 张红刚; 高军科
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两轴瞄准稳定系统最优实现分析的开题报告
两轴瞄准稳定系统最优实现分析的开题报告一、选题背景随着科技的不断发展，现代军事装备中的火控系统也在不断升级和完善。
其中，两轴瞄准稳定系统是一种非常重要的技术，在现代战争中起到了重要作用。
两轴瞄准稳定系统通过对武器的精确控制，可以实现高精度的瞄准和射击，从而提高军事装备的战斗力和作战效果。
因此，深入研究两轴瞄准稳定系统的最优实现方法以及相关的优化策略具有实际应用价值和重要意义。
二、选题意义1. 提高军事装备的战斗力和作战效果通过两轴瞄准稳定技术的应用，可以提高军事装备的作战精度和效率，从而提高其战斗力，并且可以降低误伤率，保障作战效果。
2. 推动军事科技的发展两轴瞄准稳定系统是一项重要的军事科技，通过对其进行深入研究，不仅可以优化现有系统，提高其性能和稳定性，还可以为未来系统的研发提供参考和借鉴。
3. 促进国防技术工业的发展两轴瞄准稳定系统的研究和开发需要大量的技术支持和工业基础，因此开展相关研究工作可以促进国防技术工业的发展，促进国防建设的进步。
三、研究内容1. 研究两轴瞄准稳定系统的原理和基本结构及其性能特点。
2. 探究两轴瞄准稳定系统中存在的优化问题，例如系统稳定性问题、精度问题、抗干扰问题和实时性问题等。
3. 设计两轴瞄准稳定系统的最优实现方法，通过数学模型和仿真实验验证系统的性能和稳定性。
4. 提出优化策略，针对系统中存在的问题提出相应的优化方法，并在实际系统中进行应用和验证。
四、研究方法本项目拟采用以下研究方法：1. 理论分析法通过对两轴瞄准稳定系统的原理和性能进行深入的理论分析，探究系统中存在的问题和优化空间，并制定相应的解决方案。
2. 数学建模法使用数学模型描述两轴瞄准稳定系统，包括控制系统、动力学系统等。
通过对系统进行数学建模，可以进行仿真实验，并验证系统的性能和稳定性。
3. 实验验证法通过设置实验平台，对两轴瞄准稳定系统的性能和稳定性进行验证，包括抗振动性能、精度和实时性等。
四、论文结构本论文将包括以下部分：第一章：引言本章主要介绍两轴瞄准稳定系统研究的背景、意义和相关研究现状，提出选题的必要性和重要性，并概述本论文的研究内容和方法。
基于DSP+FPGA的两轴稳定平台控制系统设计
基于DSP+FPGA的两轴稳定平台控制系统设计李衡;曹文喆【摘要】为了实现两轴稳定平台的控制,设计了一种基于DSP+FPGA架构的伺服控制系统,描述了该系统的组成及工作原理,并给出了具体硬件电路设计和相关的软件设计.开展相关验证工作,结果表明,该系统具有较高的响应速度和稳定精度,两轴的隔离度均小于2%,能够有效的隔离载体扰动.同时,该系统为后续复杂的控制算法提供了验证平台.【期刊名称】《数字技术与应用》【年(卷),期】2016(000)006【总页数】3页(P6-8)【关键词】TMS320C28346;稳定平台;控制系统;陀螺【作者】李衡;曹文喆【作者单位】四川九洲电器集团有限责任公司四川绵阳 621000;四川九洲电器集团有限责任公司四川绵阳 621000【正文语种】中文【中图分类】TP273稳定平台控制系统由伺服控制器、稳定平台以及负载等组成。
在工作时，需要实时地获取负载的角速度和角位置信息，从而形成一个闭环系统，通过不断地调整姿态或位置来隔离载体运动带来的干扰，从而精确保持动态姿态基准［1］。
由于目前控制系统对精度、运算量以及实时性都有比较高的要求，所以通常采用DSP做为控制器的运算核心，使得复杂的算法以及功能能够快速的实现。
本文设计的稳定平台控制系统采用TI公司的TMS320C28346DSP芯片作为运算单元，其工作频率达到300Hz，具有强大浮点运算能力，片内集成了516KRAM，同时，本设计还有采用FPGA作为接口器件，能够方便灵活的扩展A/D转换器、D/A转换器以及各种接口的传感器。
稳定平台主要由框架、角度传感器、电机和速度传感器组成，稳定平台根据需求的不同，可以采用两轴、三轴或两轴四框架等结构形式，本设计中采用的是两轴结构形式，组成框图如图1所示，外框架为方位框架，内框架为俯仰框架。
该稳定平台具有方位和俯仰两套独立的稳定控制回路，两个控制回路结合起来可使安装内框的光学相机在空间中具有稳定视轴的功能。
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图２ 单 路 扫 描 控 制 组 成 框 图
收 稿 日期 ：０１ — ３ ０ ２ ００ —３
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第 １卷 ２
第１卷 ２
期 ２１ ７ ０ 年月 ０ 第７
镶 钳参
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Ｊ ｌ．２ ０ ｕ ｙ ０１
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两轴 瞄准稳 定平 台系统 的最优实现
车 体姿 态 信 息
Ｐ，Ｒ ，Ｈ ，
炮 塔转 动信 息
Ｙ
控 制 系 统计 算机
方 位 高 低 编 码
差两 个 分量 。但 是 ，影 响测 角精 度 和伺 服 系统 精 度 的系 统误差 分 量 常常 比 随机误 差 分量 要 大 ，因
此 ．如何 减 少 系统误 差 就成 为提 高伺 服 系统 和雷
成 如 图２ 示 。 所
航 参数 ．故 可完 成 稳定 控 制 。下 面 以重 庆 巴 山仪
器 厂开 发 的一种 新 的卫 星 天线 的 稳定 与 跟 踪 系统
为 例来进 行 分析 。该 系统 采用 捷联 式 激 光 陀螺 惯 性 导航 系 统 ｆＩ Ｓ Ｌ Ｎ ）的 数学 平 台来 给 出天 线 相 对 于地 理 坐标 系 的控 制信 号 ，以使 天线 能稳 定 在 地 理 坐标 系 中不受 机座 角 运 动 的干扰 ，这种 系统 称 为捷 联 式 陀 螺稳 定 系 统 。 该 系统 采 用 Ｌ １ Ｓ １ Ｖ 的经
种稳 定 观测 目标 的平 台 。本 设 计 基 于激 光 陀螺 由度速 率 陀螺 稳定 平 台 的若 干关 键技 术 ，以便 为
捷 联惯 导稳 定 系统 原 理 ，主要 研 究 基 于两 个单 自
索 控 制来 提高 整个 系 统 的精 度 。
Ｇ Ｓ卜— 激光 陀螺惯导系统 Ｐ 移动 载体角度与经纬度
燮 卜 奎 叫 茎
自动 控 制 搜 索控 制
图 １ 用 Ｌ ＮＳ 成 的 移 动 卫 星 通 信 天 线 稳 定 系 统 框 图 Ｉ 组
该 系 统设 计 的极 值 搜索 控 制是 一 种 螺旋 收 敛 型 圆锥 控 制 方式 ，它 由时 间合 成 正交 的 两路 正余
弦 信 号 分 别 加 在 空 间 上 成 正 交 的 两根 轴 而 组 成 ， 并 采用 极 值控 制 方法 自动 扫描 搜索 以寻 找通 信 卫 星 ，从 而 使 系统 跟踪 卫 星 时 的误 差 为 最小 ，其组
第７ 期
电子元 器 件 壶 用
Ｅｌ ｔｏ ｉ ｍ ｐ ｎｅ ｔ＆ Ｄｅ ｉ ｅＡｐ ｉ ａｉｎｓ ｅｃｒ ｎ ｃＣｏ ｏ ｎ ｖ ｃ ｐｌｃ ｔ ｏ
Ｖ０ ．２ Ｎｏ７ １１ ．
２ ０ ７ ０１ 年 月
Ｊ ｌ ．２ ０ ｕｙ ０１
２ 两 轴 瞄 准 稳 定 系统 方 案
雷达 的测 角误 差 一般 包括 随 机误 差 和 系统 误
高精 度 、高 可靠性 的稳定 平 台提供 可行 方 案 。
１ 捷 联 惯 导 稳定 系 统 的 工 作 原 理
捷联 惯 导 稳 定 系统 是 将 惯性 敏 感 器 件 ｆ 陀螺 或 加速 度 计１直接 捆 绑 在 承载 机 体 上 。 由 于捷 联 系 统敏感 器 件 可 以直 接给 出载 体 坐标 系 的所 有 导
王 晖 ．李 小松
（ 西安 电子 工程研 究所 ，陕西 西安 摘 ７０ ０ ） １ １０
要 ：稳 定 系统是 集搜 索 、跟 踪 功 能 于一体 的 天线 驱动 系统 的重要 组 成部 分 ，其主要 特 点
是 高精 度 （ 踪）和 宽调 速 范 围。文 中给 出了在 载体扰 动情 况下 ，隔 离载体 扰 动 ，提 高 系统 跟
工
天线 座
达测 角精 度 的一 个重 要 因素 。系 统误 差 通 常是 由 动 态 滞 后 、天 线 座 不 水 平 、方 位 与 俯 仰 轴 不 正
交 、电轴 偏 斜 、地 球 重力 异 常 引 起 的 重力 下垂 、
运 动干 扰 ；同时 ，系 统 中还 有辅 助 的 自动极 值 搜
索 控 制 ，故 可使 系统 跟 踪 卫 星 时 的误 差 为 最小 。
此外 ．系统 还 可利 用 准确 跟踪 卫 星 的信 息来 校 正
导航 系统 中的陀 螺 因长 时间工 作 引起 的漂移 。 采用 ＬＮ 组成 的移 动卫 星通 信 天线 稳定 系统 ＩＳ 如 图 １ 示 。该 系 统 基 本 上是 通过 ＬＮ 提 供 的姿 所 ＩＳ
精度 、保 证跟 踪低 速 平稳 性的 相 关设计 方 法。 关键词 ：稳定 跟踪 系统 ；卡 尔曼滤 波 Biblioteka 直流 伺服 系统 ；速 率 陀螺
０ 引 言
稳 定平 台是精 确 定位 、跟踪 、制 导 和测 角 测 距 等 系统 的 一个 重要 组 成部 分 。其 主要 功 能 是 为 精 确 定位 、跟 踪 、制 导 和测 角测 距 等设 备 提 供平 台 ，克 服 载 体 扰 动 等对 系统 的影 响 ， 以便 快 速 、
准 确 、稳 定 、可靠 地 完成 对 目标 的测量 、截 获 和
跟踪。 为 了解 决 某 武 器 系统 雷达 稳 定 跟 踪 的要 求 ，
本 文 为集成 于跟踪 雷 达上 的多种 光 电设 备 提 供 了
一
态信 号并 经 过 坐标 变换 来 将 天线 的指 向角前 馈 于 天 线伺 服 系统 ，其 相 当于 不 断 完 成 的初 始对 准 。 对 于陀螺 漂 移 的修 正 ，该 系统 则 利用 组 合导 航 系 统 的输 出和 天线 俯 仰轴 和 方位 轴 上 的角 度传 感 器 输 出来修 正 天线 矢 量 和系 统误 差 ．并 通 过极 值 搜