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文檔簡介
1、第六章 多功能通用平臺系統(tǒng)工程預研工作最后的成品是一個實驗裝置,不是一個完整的系統(tǒng),它離真正的應用有一定的差距,除了第五章所述的幾個問題之外,主要體現(xiàn)在:雙軸穩(wěn)定。由第二章可以得知,采用雙軸平臺時,因為在滾轉方向的角運動沒有被隔離,所以CCD相機的鏡頭隨著基座的搖擺而滾動,其敏感的圖象也是搖擺的,這樣獲取的圖像仍然是不清晰的,在一些視線穩(wěn)定應用領域,這是有局限性的。要克服這一點,就必須再加一個框架,設計三軸穩(wěn)定平臺。但是用戶的要求是多種多樣的,在有的應用領域雙軸平臺也足夠。在多樣化的應用條件下,如何在較短的時間內,提供滿足不同應用領域的視線穩(wěn)定系統(tǒng),是擺在設計者面前的問題。在前面的工作基礎之上
2、,筆者提出了一個工程項目上的解決方案多功能通用平臺系統(tǒng)工程(Multi-Function Universal Platform System,MFUPS)。6.1 功能定位MFUPS將將是一套通用用的機電系統(tǒng)統(tǒng)。根據(jù)以前前的工作,估估計在整個工工程項目完成成之后,MFFUPS將具具有以下功能能有:采用模塊化設計計方法,云臺臺可以拆卸,可可以根據(jù)實際際需要組成雙雙軸或三軸環(huán)環(huán)架系統(tǒng)。云臺本體可以安安裝在靜基座座上,加上定定制的控制系系統(tǒng)裝置后就就可作為靜基基座的定向系系統(tǒng)和跟蹤測測量云臺。當在臺體上安裝裝光纖陀螺儀儀,加上可選選的控制系統(tǒng)統(tǒng)裝置后可以以作為高可靠靠的雙軸或三三軸穩(wěn)定平臺臺??梢园?/p>
3、放放在車輛、船船舶與空間飛飛行器上,用用于各種不同同規(guī)格、不同同重量負載的的穩(wěn)定、隔振振和定向。當在臺體上安裝裝CCD鏡頭頭,加上定制制的伺服控制制系統(tǒng)裝置與與CCD圖像像檢測系統(tǒng)就就可以作為視視頻跟蹤與測測量系統(tǒng),如如經緯儀裝置置。當在臺體上安裝裝CCD鏡頭頭與光纖陀螺螺儀,加上可可選的伺服控控制系統(tǒng)裝置置與CCD圖圖像檢測系統(tǒng)統(tǒng),就可以作作為機載、車車載、船載的的CCD目標標跟蹤與測量量系統(tǒng)。由以上可以看到到,MFUPPS是一個高高性能、多功功能的運動控控制系統(tǒng),研研制成功后,它它將在軍事、民民用領域中有有廣泛的應用用前景。其主主要用途:靜基座跟蹤測量量裝置,作為為高可靠性的的經緯儀;高精
4、度、高可靠靠雙軸或三軸軸負載自適應應穩(wěn)定平臺;高可靠的坦克、武武裝直升機瞄瞄準線穩(wěn)定跟跟蹤系統(tǒng);高性能、高可靠靠的動基座電電視圖像跟蹤蹤系統(tǒng);天線指向穩(wěn)定系系統(tǒng)。6.2 基本考考慮可以采用多種控控制方式:遙控方式(reemote contrrol)手柄控制方式(joysttick ccontrool)計算機控制方式式(compputer basedd conttrol)以上控制裝置可可依據(jù)具體的的應用來由用用戶定制。并并利用適當?shù)牡目刂品椒▽Σ煌呢撦d載實現(xiàn)自適應應控制??煽啃员WC:元件保證采用無刷直接驅驅動電機作為為執(zhí)行電機,采采用無機械轉轉子的光纖陀陀螺作為穩(wěn)定定的傳感器。無無刷電機和光
5、光纖陀螺的平平均無故障時時間遠比有刷刷電機和機械械陀螺要長,維維護也簡單,對對工作環(huán)境的的要求低。結構設計保證可靠的安全保護護措施,采用用滑刷實現(xiàn)平平臺外環(huán)連續(xù)續(xù)旋轉,這樣樣可以從根本本上防止平臺臺在意外情況況下出現(xiàn)安全全事故。采用限位開關和和擋塊結構實實現(xiàn)內環(huán)或滾滾轉環(huán)的兩級級安全保護。急停處理。當出出現(xiàn)事故時,采采用硬件方法法使系統(tǒng)自動動停止伺服,從從而使事故造造成的損壞降降低到最低程程度。容錯的控制系統(tǒng)統(tǒng)設計和完善善的軟件故障障診斷采用數(shù)字控制和和模擬控制相相結合的方法法,當一種控控制方法失效效或出現(xiàn)故障障時,另一種種控制仍然可可以使系統(tǒng)連連續(xù)工作。由由此帶來的另另外一個好處處是:模擬控
6、控制可以使伺伺服系統(tǒng)達到到很高的剛度度保證控制的的平滑性,并并且一旦計算算機程序控制制失效(如計計算機死鎖時時)時仍可有有效的實現(xiàn)系系統(tǒng)的安全控控制,而利用用數(shù)字控制則則可以對系統(tǒng)統(tǒng)進行可靠的的程序監(jiān)控和和各種基于解解析冗余的容容錯控制和故故障診斷算法法,從而降低低硬件冗余處處理電路帶來來的額外成本本。采用軟件和硬件件故障診斷相相結合的辦法法,實現(xiàn)系統(tǒng)統(tǒng)的在線故障障診斷和處理理。集成化的解決方方式與模塊化化、系列化的的處理相結合合實現(xiàn)系統(tǒng)的的通用化和多多功能。集成化的解決辦辦法:基于DSP/AASIC集成成化電子電路路實現(xiàn)云臺運運動的精密規(guī)規(guī)劃和高速控控制。這樣可可以縮小電路路系統(tǒng)的體積積。采
7、用小體積驅動動器的無刷直直接驅動電機機作為系統(tǒng)的的執(zhí)行器。采用雙軸或三軸軸小體積光纖纖陀螺儀作為為平臺穩(wěn)定的的傳感器。模塊化處理:平臺環(huán)架的模塊塊化處理:一一般來說,應應用于實際的的平臺系統(tǒng)為為兩軸或三軸軸的,為了面面向用戶及時時推出用戶需需要的平臺系系統(tǒng),采用模模塊化處理,即即在兩軸平臺臺的基礎之上上,第三軸配配置是可以拆拆卸的。也就就是說:平臺臺既可以進行行三軸配置,又又可以作為兩兩軸配置。最最終將實現(xiàn)平平臺的通用性性和多功能??刂蒲b置的模塊塊化處理:采采用DSP/ASIC電電路作為底層層運動控制器器,IPC通通過遠程串行行數(shù)字接口或或者專門遙控控電路作為遠遠距離監(jiān)控和和數(shù)據(jù)處理。監(jiān)監(jiān)控計
8、算機、底底層控制電路路,遙控電路路、手柄控制制電路分別按按功能模塊化化。系列化處理:模模塊化解決一一定重量和尺尺寸檔次下不不同功能(如如:動基座攝攝像機要求33軸穩(wěn)定,激激光器、天線線要求雙軸穩(wěn)穩(wěn)定)負載的的要求,為了了滿足不同檔檔次尺寸和重重量的負載的的要求,需要要將產品系列列化,以適應應不同檔次負負載的要求,以以保證平臺結結構的緊湊。高動態(tài)性能以滿滿足重負載穩(wěn)穩(wěn)定剛度要求求。這由所選選的光纖陀螺螺的輸出特性性保證。采用模擬輸出光光纖陀螺,其其數(shù)字化電路路由用戶定制制。這樣可以以保證系統(tǒng)性性能的優(yōu)化。6.3實體配置置根據(jù)不同級別別和應用場合合的要求,MMFUPS分分為三個主要要實體,每一一個
9、實體面向向一類具體的的應用,其基基本功能逐漸漸完善和全面面:1. 手柄控制制云臺(用于于靜基座跟蹤蹤架和定位定定向系統(tǒng))云臺系統(tǒng)的主主要部件有:環(huán)架三軸或者雙軸環(huán)環(huán)架,模塊化化體制,各個個環(huán)架可拆卸卸。主機(IPC)為性能可靠的小小體積工業(yè)用用PC機。主主機接收操作作者的指令(通通過手柄和鍵鍵盤),將其其送至運動控控制卡,實現(xiàn)現(xiàn)操作者對系系統(tǒng)的有效監(jiān)監(jiān)控和干預。同同時,主機接接收運動控制制卡傳來的系系統(tǒng)的運行信信息,經過處處理后提供給給操作者,為為操作者的決決策提供依據(jù)據(jù)。精密運動控制卡卡控制電路核心為為高性能DSSP,為了縮縮小電路體積積,采用在系系統(tǒng)可編程邏邏輯器件作為為運動控制DDSP的
10、外設設和數(shù)字I/O擴展。采采用性能可靠靠的串行傳輸輸方式(如RRS-2322/485接接口形式)。對對模擬接口電電路作特殊處處理,保證電電磁兼容性能能在允許的范范圍之內。運動控制卡的任任務是接收從各個端口口(模擬端口口和數(shù)字端口口)傳送來的的傳感器數(shù)據(jù)據(jù)(如碼盤、陀陀螺、接近開開關等)和系系統(tǒng)運行狀態(tài)態(tài)信號,經過過分析和處理理后,做出決決策,送給各各類執(zhí)行器(電電機和開關),從從而實現(xiàn)云臺臺平穩(wěn)安全的的運動軌跡規(guī)規(guī)劃和控制。通過遙控接口電電路或串行接接口電路接收收主機傳送來來的指令,實實現(xiàn)人對系統(tǒng)統(tǒng)有效的運動動監(jiān)控。同時時,將一些感感興趣的數(shù)據(jù)據(jù)送至主機,供供主機作進一一步的處理。無刷直接驅動
11、電電機手柄及手柄接口口電路操作者可以通過過手柄,改變變云臺的方位位,實現(xiàn)對云云臺上的相機機手動定位定定向。2. 穩(wěn)定平平臺(用于動動基座跟蹤架架或定位定向向系統(tǒng))云臺雙軸或三軸光纖纖陀螺陀螺信號調調電電路基于穩(wěn)定平臺的的CCD電視視圖像跟蹤系系統(tǒng)(用于動動基座機動目目標的跟蹤與與識別)圖6-1 動基基座CCD目目標跟蹤測量量系統(tǒng)Figure 6-1 CCCD taarget trackking & meassuremeent syystem with movinng basse-fouundatiion整個系統(tǒng)的結結構如圖6-1所示??煽梢钥吹?,系系統(tǒng)由如下幾幾部分組成:三軸穩(wěn)定平臺CCD攝像
12、機CCD視頻處理理系統(tǒng)6.4 主要技技術問題臺體機械結構設設計臺體的機械設計計將是MFUUPS的一個個難點。如何何在保證定位位精度的前提提下,達到平平臺框架模塊塊化、三軸可可配置是系統(tǒng)統(tǒng)設計中的一一個技術問題題。模塊化的的實現(xiàn)方法是是:根據(jù)系統(tǒng)統(tǒng)應用的場合合與系統(tǒng)的分分析各種誤差差源,將對控控制系統(tǒng)精度度的要求、機機械設計和應應用的需求有有機的結合起起來,合理的的分配機械設設計、控制系系統(tǒng)、元器件件的誤差要求求。在工程立立項后,可通通過合理調配配誤差在機械械設計、控制制系統(tǒng)中的分分配,使系統(tǒng)統(tǒng)在各方面的的要求得到綜綜合的考慮,從從而實現(xiàn)模塊塊化的要求。運動控制電路設設計運動控制電路是是系統(tǒng)的核
13、心心電子裝置,它它將完成系統(tǒng)統(tǒng)的各種運動動規(guī)劃和控制制,對運動控控制電路的基基本要求是:體積小,集成化化程度高??煽梢圆捎靡惑w體化的嵌入式式DSP和可可編程ASIIC電路與采采用多層PCCB板體制來來實現(xiàn)??煽啃愿?,接口口方便。模塊化設計,以以能及時滿足足實際要求,配配上不同的功功能模塊電路路,降低成品品成本。光纖陀螺儀輸出出信號處理光纖陀螺儀可靠靠性極高,平平均無故障時時間要比機械械陀螺長100倍以上,但但是輸出噪聲聲大,溫度特特性差。因此此,利用其組組成數(shù)字控制制器之前,需需要對其作特特殊處理,也也就是說,一一是要補償其其溫度特性,二二是要采取一一定手段將其其降低噪聲對對系統(tǒng)的影響響。負載
14、自適應的三三軸穩(wěn)定MFUPS是在在負載大變動動的前提下,仍仍能保證負載載穩(wěn)定的指標標要求。前面面已經提到,當當負載變動時時,引起系統(tǒng)統(tǒng)多方面的改改變:包括框框架轉動慣量量、諧振頻率率、摩擦非線線性特性。因因此,需要設設計后的控制制系統(tǒng)對這些些改變有很強強的自適應性性。CCD目標識別別在CCD電視圖圖像跟蹤系統(tǒng)統(tǒng)中,需要對對截獲的圖像像信息進行處處理,從中提提取目標信號號,得到目標標的方位信息息,從而為目目標跟蹤提供供依據(jù)。目前前,在簡單背背景中的低速速目標的跟蹤蹤問題已經基基本成熟,在在復雜背景中中捕獲固定目目標和低速運運動物體也可可以通過圖像像匹配的方法法來解決。但但是對于復雜雜背景下的機機
15、動目標的識識別,需要更更深入的研究究的技術研究究。CCD機動目標標跟蹤高機動目標跟蹤蹤的特點是:要求跟蹤的的目標角速度度與角加速度度范圍大,對對跟蹤系統(tǒng)的的實時性要求求高。由于目目標的機動變變軌,而高分分辨率的CCCD相機視場場一般非常窄窄,因而很可可能由于圖像像處理速度和和跟蹤速度的的限制導致目目標的丟失。因因此,如何設設計跟蹤算法法,保證精度度要求的同時時又盡可能的的保證跟蹤的的實時性,是是需要處理的的又一大技術術問題。容錯控制和故障障診斷容錯控制和故障障診斷將作為為平臺設計的的一個基本出出發(fā)點貫穿設設計的始終。由由于MFUPPS是一個安安全性要求很很高的精密運運動控制系統(tǒng)統(tǒng),故在設計計中對其容錯錯性應該作最最慎重的考慮慮。如何設計計出良好的容容錯控制系統(tǒng)統(tǒng)以及故障診診斷處理程序序,保證系統(tǒng)統(tǒng)在各種環(huán)境境下正常運行行,是工程首首要需要考慮慮的技術問題題。6.5 本章小小結本章作為后續(xù)工工程的一個
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