某图像跟踪转台的测试软件设计-开题报告

中 北 大 学毕业设计开题报告学 生 姓 名 ： 学 号：学 院 、 系 ： 信息与通信工程学院电气工程系专 业 ： 电气工程及其自动化设 计 题 目 ： 某图像跟踪转台的测试软件设计指 导 教 师 : 2013 年 02 月 09 日开题报告填写要求1开题报告作为毕业设计答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在系审查后生效；2开题报告内容必须用按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3学生写文献综述的参考文献应不少于 15 篇（不包括辞典、手册） 。文中应用参考文献处应标出文献序号，文后“参考文献”的书写，应按照国标 GB 771487文后参考文献著录规则 的要求书写，不能有随意性；4学生的“学号”要写全号（如 0201140102） ，不能只写最后 2 位或 1 位数字；5. 有关年月日等日期的填写，应当按照国标 GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2004 年 3 月 15 日”或“2004-03-15”；6. 指导教师意见和所在系意见用黑墨水笔工整书写，不得随便涂改或潦草书写。毕 业 设 计 开 题 报 告1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写 2000 字左右的文献综述：文 献 综 述航空、 航天工业发展水平是一个国家科技、 经济及国防实力的重要标志。在航空航天领域中, 惯性导航和制导技术是一项核心技术, 图像跟踪转台是测试惯性元件及半实物仿真的重要非标设备, 其性能的好坏直接影响仿真和测试的可靠性和置信度【1】 。 图像跟踪转台是以控制理论、相似理论、系统技术和信息技术为基础，利用计算机和专用物理设备为工具，为飞行器实验提供实验平台的专用设备。它具有良好的可控性，无破坏性，安全性，不受气象条件和空域场地等优点，在航空，航天和国防等领域得到了广泛的应用。转台根据用途可分为仿真转台和惯性实验转台，高精度惯性转台，主要用于惯性导航系统如陀螺，加速度计的检测和标定。 【2】 。 它能够复现空间质心运动中的转角、角速度、角加速度等物理指标。由此，可以在地面试验室 中真实地模拟导弹、飞行器等在空中的各 种飞行姿态，以对敏感元件、惯导系统、执行机构等加以测试 。将昂贵的实物试验转化为试验室中可预测、可重复性研究，为实物试验提供充分的技术指标和试验数据 【3】 。随着惯性技术的发展，惯性元件和惯性导航系统精度的不断提高，作为其测试设备的惯性导航测试转台的精度也要不断提高。因此其未来发展的方向是提高精度和测量率，另外就是降低制造成本，以及提高其测试的自动化水平。因此转台在今后发展有以下趋势：轴的支承由机械轴承发展为液压轴承，并开始使用气浮轴承；转台简化，以牺牲多用性来换取精度的提高；转台系列化，以提高研究技术的成熟度，缩短研制周期，降低成本；选用新材料，采用新工艺技术，以提高制造精度 【4】 。其次，对控制系统进行了分析和选择，包括电机的选型，驱动器的选型，编码器的选型，接口扩充的选型，以及相关元件的选型。其中搭建基本的硬件设备，采用软件的控制方法，设置控制系统的各模块选择，实现转台系统的运行功能，完全实现对转台的控制 【5】 。 （尤其是角速度和角位移的测量是本系统成为高精度转台仿真的关键性选择之一）其性能的优劣直接关系到仿真和测试实验的逼真性和置信度，是最典型的测试仿真设备 【6】 。在国际上，由于惯性制导技术受到世界上技术先进国家和发展中国家的普遍重视，所以美国、俄罗斯、英国、法国、瑞士、中国、印度等国都投入了大量的资金和人力从事转台的研制。其中，美国的转台研究一直处于世界领先水平，其次，德国、英国、法国和瑞士等国研制的转台也具有一定代表性，性能和质量仅次于美国 【7】 。世界上的第一台转台是1945年由美国麻省理工学院仪表实验室研制成功的，定为A 型转台，采用普通滚珠轴承，用交流力矩电机驱动，角位置测量元件采用滚珠与微动开关，由于采用的元件精度比较低，加上没有经验可以借鉴，该转台存在许多缺点，精度也只能达到角分级，实际上没有投入使用 【8】 。随后，美国的欧思一伊利诺斯公司的菲克(Fecker)系统分公司又研制出了 T-800型伺服转台，它标志着美国的转台设计己经达到了一个新水平 【9】 。自八十年起，美国转台的研制工作和生产已进入到系列的模块化阶段，所使用的精密轴承、测角测速和驱动马达等都已有了配套产品 【10】 。为了适应转台技术要求的迸一步提高，CGC提出研制高精度的三轴测试台ITTT(Improved Three Axis Test Table)，ITATT的许多性能指标代表了当今惯导测试转台的发展水平，设计中使用的许多新技术和措施对今后惯导测试设备的发展来说，是具有代表性的 【11】 。我国转台起步于1965年。较美国晚二十年，但发展速度还是较快的，差距正在逐渐缩小。1987年哈工大与6354所共同研制成功的CCGT型陀螺测试转台，为计算机控制的双轴测试转台，可测试漂移率为0001h的陀螺。1990年，航空部303所研制成功了SGTI型三轴捷联惯导测试转台，该转台采用机械轴承，其主要性能指标是：本轴回转精度为2 0，不垂直精度为1 0，铡角精度为1 0。且前，哈工大正研制或已完成HIT三轴测试转台、GST-I三轴综合测试台，CT-I单轴伺服台、scr-i三轴测试转台、光学成像五轴仿真转台等二十余个转台 【12】 。从目前的转台性能指标对比可以看出，现在我国研制转台同美国摺比仍有较大的差距。主要在角传感器的精度和动态性能、驱动设备的低速性能、台体制造工艺及安装、控制技术方面还存在差距。但是，我国在一系列的转台的研究过程中，在驱动设备，位置检测元件和控制技术等方面都取得了很大的进步，这些技术的积累为高精度的转台研究提供了条件 【13】 。Visual C+是微软公司推出的目前使用极为广泛的基于Windows平台的可视化集成开发环境，是工程技术人员广泛使用的一种可视化应用程序开发工具, 利用它可以快捷, 高效地构造程序的结构和设计友好的图形界面, 极大地简化了用户界面的设计过程, 使开发人员把主要精力放在系统的核心部分, 从而有效地提高开发效率。它和Visual Basic、Visual Foxpro、Visual J+等其它软件构成了Visual Studio（又名Developer Studio）程序设计软件包 【14】 。Developer Studio是一个通用的应用程序集成开发环境，包含了一个文本编辑器、资源编辑器、工程编译工具、一个增量连接器、源代码浏览器、集成调试工具，以及一套联机文档。使用Developer Studio，可以完成创建、调试、修改应用程序等的各种操作 【15】 。Visual C+分为学习版、专业版和企业版。VC提供了一种控制台操作方式，初学者使用它应该从这里开始。Win32控制台程序(Win32 Console Application)是一类Windows程序，它不使用复杂的图形用户界面，程序与用户交互时通过一个标准的正文窗口，通过几个标准的输入输出流（I/O Streams）进行 【16】 。参考文献：1 邹秀斌三轴仿真转台关键技术研究合肥工业大学硕士学位论文.2005 2邓辉宇，王欣利，苏宝库机械转台测角系统误差的非平稳性分析. 中国机械工程.20083曲智勇，姚郁 转台仿真误差分析及误差建模计算机仿真. 2006 4曾庆双三轴测试转台角位置测量系统御控制系统设计研究哈尔滨工业大学博士学位论文19995邓星钟机电传动控制第三版华中科技大学出版社6祁文军. 基于仿真的直流伺服电动机动态特性分析. 现代制造工程.7杜玉基于 FPG的直流电机伺服系统的设计内蒙古大学硕士学位论 文20058刘志聪基于 DSP 惯导测试转台伺服系统的研究西北工业大学硕士学位论文20069Design of a Three-Axis Rotary Platform ,William Mendez, Yuniesky Rodriguez, Lee Brady, Sabri Tosunoglu .200710Jialiang Lu，GuanrongChen，HaoYingPredictivefuzzyPID controltheory，design and simulation.Information Sciences200111Jian-Xin，Chang-Chieh，ChenParallel structure and tuning of a fuzzy PlO-controllerAutomatica200012Dave Misir，Heidar AMMki，Guanrong ChenDesign and analysis of a fuzzy proportionalintegralderivative controllerFuzzy Sets and Systems199613刘胜，彭侠福，叶瑰昀现代伺服系统设计.哈尔滨工程大学出版社.2001：231-234页14Bjarne Stroustrup.The C+ Programming Language.Special Edition,200115陈坚等.VC+6.0网络高级编程.北京：人民邮电出版社，200116胡晓军等.VC+6.0高级开发范例解析.北京：电子工业出版社，2002 毕 业 设 计 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：一.研究的问题VC+6.0 编程软件是目前应用相当广泛的面向对象方式的工具软件。图像跟踪也是当前很热门的研究方向。图像固然是由摄像设备来捕捉，跟踪主要应用在一些电机控制跟随目标运动，本系统的被控对象是四通电机 60CB020C 和 MRS103 转台。跟踪转台的测试程序需要编写程序控制电机完成阶跃，正弦，角度和等速运动的控制。阶跃控制参数要求，角度范围在 050可调，速度以 20/s；角度控制参数要求，角度范围在200可调，速度在 020可调；正弦控制参数要求，角度200可调，周期可设；等速控制参数要求，角度范围在200可调，速度在 020可调；角度利用 VC+6.0 编程软件编写控制程序。二研究的途径11 系统硬件组成测试转台由伺服电机、伺服电机驱动、光电编码器、转台传动电机、圆盘转台及电源线组成。其中伺服电机是带动转台运动的机构。转台传动电机是起到传动的作用，圆盘转台用于放置被测物体。电源线用于给需供电的被测体电源供电。测试转台是以伺服电线为核心，根据其尺寸选购转台传动电机、圆盘转台等、并将其通过螺丝固定好，从而形成测试转台。12测试的软件界面设计为实现具体功能，界面设计主要包括应用程序窗口（标题栏、可调编框、和客户区）、绘图控制、图形的保存与重绘、控件（静态文本框、picture控件、按钮、编辑框、滚动条和组框）的编辑。 测试软件基本框图收集相关资料，查阅中外文献，学习伺服电机控制与 VC+6.0 的相关内容，并学习使用 VC+6.0 软件编程。软件实现界面仿真软件中内建了虚拟数字信号发生器、虚拟电动随动系统和虚拟示波器。虚拟数字信号发生器根据用户的操作命令, 给虚拟随动系统相应的数字信号, 使虚拟随动系统按照速率达位间隔、正弦、三角波方波多种方式工作虚拟随动系统则按照虚拟数字信号发生器给定的信号和系统预设的控制模型进行工作, 并在虚拟示波器中显示随动系统当前的状态。该仿真软件充分地利用了系统的资源, 在操作方便的同时, 保证了仿真模型软件运行的实时性和可靠性。仿真软件的参数设置界面下包括所有随动系统模型参数和控制参数的设定, 其设定的参数可以在随动系统运行过程中动态的改变, 通过这种设计, 可以直观的理解转台参数的改变对随动系统运行品质的改变, 给用户提供极大的方便。参数设置模块提供了参数的加载和保存功能, 从而用户可以方便的切换不同的随动系统模型, 只需要加载对应的参数即可。功能选择1. 正旋转动信号输入项2. 阶跃转动信号输入项3. 等速转动信号输入项4. 角度位置开始 停止控制VC+6.0 编程仿真软件角度变化范围输入输出曲线显示区角速度输入 采样频率输入工作时间输入PCI 总线全数字伺服驱动单元电机控制卡f/v 变换速度反馈伺服电机伺服电源位置反馈光电编码器伺服分系统组成框图12 伺服电机控制原理伺服电机控制原理可描述为：工业 pc 通过控制软件对电机控制卡进行读写操作，并向控制卡发出位移，速度，加速度等命令；电机控制卡根据 pc 机的命令产生脉冲序列，脉冲个数，频率及频率变化率均受主机控制；伺服驱动单元根据控制卡的位置命令值减去位置反馈值来算出电机位置误差，位置误差值经过驱动单元的数字滤波器产生电机速度控制信号，速度控制信号经驱动单元内的电流环等环节产生驱动电流，对伺服电机进行调速；增量编码器是伺服电机的典型的反馈元件，他将电机的旋转角度转换为正交的电脉冲信号，伺服驱动单元根据反馈信号就能跟踪电机的旋转位置，从而组成伺服电机的闭环控制系统。 毕 业 设 计 开 题 报 告指导教师意见：林东同学通过对设计题目认真分析，进行了具体文献查询，提交的文献综述反映了对课题的初步认识。对四通电机 60CB020C 和 MR