多功能通用平台系统工程项目介绍

1、第六章 多功能通用平台系统工程预研工作最后的成品是一个实验装置，不是一个完整的系统，它离真正的应用有一定的差距，除了第五章所述的几个问题之外，要紧体现在：双轴稳定。由第二章能够得知，采纳双轴平台时，因为在滚转方向的角运动没有被隔离，因此CCD相机的镜头随着基座的摇摆而滚动，其敏感的图象也是摇摆的，如此猎取的图像仍然是不清晰的，在一些视线稳定应用领域，这是有局限性的。要克服这一点，就必须再加一个框架，设计三轴稳定平台。然而用户的要求是多种多样的，在有的应用领域双轴平台也足够。在多样化的应用条件下，如何在较短的时刻内，提供满足不同应用领域的视线稳定系统，是摆在设计者面前的问题。在前面的工作基础之上

2、，笔者提出了一个工程项目上的解决方案多功能通用平台系统工程（Multi-Function Universal Platform System，MFUPS）。6.1 功能定位MFUPS将是一套通用的机电系统。依照往常的工作，可能在整个工程项目完成之后，MFUPS将具有以下功能有：采纳模块化设计方法，云台能够拆卸，能够依照实际需要组成双轴或三轴环架系统。云台本体能够安装在静基座上，加上定制的操纵系统装置后就可作为静基座的定向系统和跟踪测量云台。当在台体上安装光纤陀螺仪，加上可选的操纵系统装置后能够作为高可靠的双轴或三轴稳定平台。能够安放在车辆、船舶与空间飞行器上，用于各种不同规格、不同重量负载的稳

3、定、隔振和定向。当在台体上安装CCD镜头，加上定制的伺服操纵系统装置与CCD图像检测系统就能够作为视频跟踪与测量系统，如经纬仪装置。当在台体上安装CCD镜头与光纤陀螺仪，加上可选的伺服操纵系统装置与CCD图像检测系统，就能够作为机载、车载、船载的CCD目标跟踪与测量系统。由以上能够看到，MFUPS是一个高性能、多功能的运动操纵系统，研制成功后，它将在军事、民用领域中有广泛的应用前景。其要紧用途：静基座跟踪测量装置，作为高可靠性的经纬仪；高精度、高可靠双轴或三轴负载自适应稳定平台；高可靠的坦克、武装直升机瞄准线稳定跟踪系统；高性能、高可靠的动基座电视图像跟踪系统；天线指向稳定系统。6.2 差不多

4、考虑能够采纳多种操纵方式：遥控方式（remote control）手柄操纵方式(joystick control)计算机操纵方式(computer based control)以上操纵装置可依据具体的应用来由用户定制。并利用适当的操纵方法对不同的负载实现自适应操纵。可靠性保证：元件保证采纳无刷直接驱动电机作为执行电机，采纳无机械转子的光纤陀螺作为稳定的传感器。无刷电机和光纤陀螺的平均无故障时刻远比有刷电机和机械陀螺要长，维护也简单，对工作环境的要求低。结构设计保证可靠的安全爱护措施，采纳滑刷实现平台外环连续旋转，如此能够从全然上防止平台在意外情况下出现安全事故。采纳限位开关和挡块结构实现内环或

5、滚转环的两级安全爱护。急停处理。当出现事故时，采纳硬件方法使系统自动停止伺服，从而使事故造成的损坏降低到最低程度。容错的操纵系统设计和完善的软件故障诊断采纳数字操纵和模拟操纵相结合的方法，当一种操纵方法失效或出现故障时，另一种操纵仍然能够使系统连续工作。由此带来的另外一个好处是：模拟操纵能够使伺服系统达到专门高的刚度保证操纵的平滑性，同时一旦计算机程序操纵失效（如计算机死锁时）时仍可有效的实现系统的安全操纵，而利用数字操纵则能够对系统进行可靠的程序监控和各种基于解析冗余的容错操纵和故障诊断算法，从而降低硬件冗余处理电路带来的额外成本。采纳软件和硬件故障诊断相结合的方法，实现系统的在线故障诊断和

6、处理。集成化的解决方式与模块化、系列化的处理相结合实现系统的通用化和多功能。集成化的解决方法：基于DSP/ASIC集成化电子电路实现云台运动的周密规划和高速操纵。如此能够缩小电路系统的体积。采纳小体积驱动器的无刷直接驱动电机作为系统的执行器。采纳双轴或三轴小体积光纤陀螺仪作为平台稳定的传感器。模块化处理：平台环架的模块化处理：一般来讲，应用于实际的平台系统为两轴或三轴的，为了面向用户及时推出用户需要的平台系统，采纳模块化处理，即在两轴平台的基础之上，第三轴配置是能够拆卸的。也确实是讲：平台既能够进行三轴配置，又能够作为两轴配置。最终将实现平台的通用性和多功能。操纵装置的模块化处理：采纳DSP/

7、ASIC电路作为底层运动操纵器，IPC通过远程串行数字接口或者专门遥控电路作为远距离监控和数据处理。监控计算机、底层操纵电路，遥控电路、手柄操纵电路分不按功能模块化。系列化处理：模块化解决一定重量和尺寸档次下不同功能（如：动基座摄像机要求3轴稳定，激光器、天线要求双轴稳定）负载的要求，为了满足不同档次尺寸和重量的负载的要求，需要将产品系列化，以适应不同档次负载的要求，以保证平台结构的紧凑。高动态性能以满足重负载稳定刚度要求。这由所选的光纤陀螺的输出特性保证。采纳模拟输出光纤陀螺，其数字化电路由用户定制。如此能够保证系统性能的优化。6.3实体配置依照不同级不和应用场合的要求，MFUPS分为三个要

8、紧实体，每一个实风光向一类具体的应用，其差不多功能逐渐完善和全面：1. 手柄操纵云台（用于静基座跟踪架和定位定向系统）云台系统的要紧部件有：环架三轴或者双轴环架，模块化体制，各个环架可拆卸。主机（IPC）为性能可靠的小体积工业用PC机。主机接收操作者的指令（通过手柄和键盘），将其送至运动操纵卡，实现操作者对系统的有效监控和干预。同时，主机接收运动操纵卡传来的系统的运行信息，通过处理后提供给操作者，为操作者的决策提供依据。周密运动操纵卡操纵电路核心为高性能DSP，为了缩小电路体积，采纳在系统可编程逻辑器件作为运动操纵DSP的外设和数字I/O扩展。采纳性能可靠的串行传输方式（如RS-232/485

9、接口形式）。对模拟接口电路作专门处理，保证电磁兼容性能在同意的范围之内。运动操纵卡的任务是接收从各个端口（模拟端口和数字端口）传送来的传感器数据（如码盘、陀螺、接近开关等）和系统运行状态信号，通过分析和处理后，做出决策，送给各类执行器（电机和开关），从而实现云台平稳安全的运动轨迹规划和操纵。通过遥控接口电路或串行接口电路接收主机传送来的指令，实现人对系统有效的运动监控。同时，将一些感兴趣的数据送至主机，供主机作进一步的处理。无刷直接驱动电机手柄及手柄接口电路操作者能够通过手柄，改变云台的方位，实现对云台上的相机手动定位定向。2. 稳定平台（用于动基座跟踪架或定位定向系统）云台双轴或三轴光纤陀螺

10、陀螺信号调调电路基于稳定平台的CCD电视图像跟踪系统（用于动基座机动目标的跟踪与识不）图6-1 动基座CCD目标跟踪测量系统Figure 6-1 CCD target tracking & measurement system with moving base-foundation整个系统的结构如图6-1所示。能够看到，系统由如下几部分组成：三轴稳定平台CCD摄像机CCD视频处理系统6.4 要紧技术问题台体机械结构设计台体的机械设计将是MFUPS的一个难点。如何在保证定位精度的前提下，达到平台框架模块化、三轴可配置是系统设计中的一个技术问题。模块化的实现方法是：依照系统应用的场合与系统的分析各

11、种误差源，将对操纵系统精度的要求、机械设计和应用的需求有机的结合起来，合理的分配机械设计、操纵系统、元器件的误差要求。在工程立项后，可通过合理调配误差在机械设计、操纵系统中的分配，使系统在各方面的要求得到综合的考虑，从而实现模块化的要求。运动操纵电路设计运动操纵电路是系统的核心电子装置，它将完成系统的各种运动规划和操纵，对运动操纵电路的差不多要求是：体积小，集成化程度高。能够采纳一体化的嵌入式DSP和可编程ASIC电路与采纳多层PCB板体制来实现。可靠性高，接口方便。模块化设计，以能及时满足实际要求，配上不同的功能模块电路，降低成品成本。光纤陀螺仪输出信号处理光纤陀螺仪可靠性极高，平均无故障时

12、刻要比机械陀螺长10倍以上，然而输出噪声大，温度特性差。因此，利用其组成数字操纵器之前，需要对其作专门处理，也确实是讲，一是要补偿其温度特性，二是要采取一定手段将其降低噪声对系统的阻碍。负载自适应的三轴稳定MFUPS是在负载大变动的前提下，仍能保证负载稳定的指标要求。前面差不多提到，当负载变动时，引起系统多方面的改变：包括框架转动惯量、谐振频率、摩擦非线性特性。因此，需要设计后的操纵系统对这些改变有专门强的自适应性。CCD目标识不在CCD电视图像跟踪系统中，需要对截获的图像信息进行处理，从中提取目标信号，得到目标的方位信息，从而为目标跟踪提供依据。目前，在简单背景中的低速目标的跟踪问题差不多差

13、不多成熟，在复杂背景中捕获固定目标和低速运动物体也能够通过图像匹配的方法来解决。然而关于复杂背景下的机动目标的识不，需要更深入的研究的技术研究。CCD机动目标跟踪高机动目标跟踪的特点是：要求跟踪的目标角速度与角加速度范围大，对跟踪系统的实时性要求高。由于目标的机动变轨，而高分辨率的CCD相机视场一般特不窄，因而专门可能由于图像处理速度和跟踪速度的限制导致目标的丢失。因此，如何设计跟踪算法，保证精度要求的同时又尽可能的保证跟踪的实时性，是需要处理的又一大技术问题。容错操纵和故障诊断容错操纵和故障诊断将作为平台设计的一个差不多动身点贯穿设计的始终。由于MFUPS是一个安全性要求专门高的周密运动操纵系统，故在设计中对其容错性应该作最慎重的考虑。如何设计出良好的容错操纵系统以及故障诊断处理程序，保证系统在各种环境下正常运行，是工程首要需要考虑的技术问题。6.5 本章小结本章作为