一种适应多种环境的稳定平台制造技术

本发明专利技术设计了一种适应多种环境工作的稳定平台。该稳定平台可通过MEMS陀螺仪检测因环境变化引起的角速率信息，稳定平台的PID参数根据环境中的角速率信息实现智能规划，达到任意环境下可自由切换PID算法的目的，进而提高平台稳定精度。该惯性测量组合包括三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴磁力计、主控制芯片和姿态解算算法，惯性测量组合输出航向角、横滚角、俯仰角。姿态解算算法采用四元数姿态解算算法。解算后的姿态反馈给驱动电机，通过智能规划后的PID算法，进行姿态稳定控制，实现平台稳定效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及自动化和仪器仪表
，特别是涉及了一种适应多种环境工作的稳定平台。
技术介绍
现阶段，战地伤员运送、重伤人员救护的运输途中经常发生由于路面颠簸抖动给伤员造成二次伤害。危化品、易碎品运输也同样面临路面不平，颠簸抖动带来的危害与经济损失。解决隔震防抖将成为问题的核心。针对此问题，拟将稳定平台应用于伤员救护，危险易碎品运输等场景，隔离环境抖动，这样将更有效地保证人民生命财产安全。此外如何使稳定平台适应不同应用场景，同样是人们面临的难题。例如，如何使车载雷达稳定系统既能在行驶的公路上，接收到稳定信号又能在弯曲的野地中，接收稳定信号？如何使船载卫星天线既能在风平浪静时跟踪卫星信号，又能在颠簸的海浪上接收卫星信号？解决这些问题，需要一种能工作在多种模式下的稳定平台，且该稳定平台能完成多种模式下的智能切换，以满足不同应用环境的需求。其中无人驾驶、无人机航拍中也需要能在不同环境中使用的稳定平台。
技术实现思路
本专利技术设计了一种适用多种环境工作的稳定平台，可在多种模式下能够智能切换，及满足平直公路下的姿态控制模式到颠簸野地环境下的姿态控制模式间的智能切换。本专利技术的技术方案具体如下：一种适应多种环境工作的稳定平台，所述稳定平台包括姿态测量组件、稳定平台、控制电路及驱动电路；所述姿态测量组件上设置在稳定平台内框转子上，所述姿态测量组件测量姿态数据，所述控制电路接收姿态数据，反馈控制驱动电路控制稳定平台的内框转子，实现稳定。进一步地，所述姿态测量组件包括三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴磁力计；所述三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴磁力计进行姿态解算得出初始姿态角。进一步地，利用姿态测量组件中的陀螺仪检测因环境变化引起的角速率信息ω；所述稳定平台控制PID参数根据环境引起的角速率信息进行智能规划；测得的初始姿态角反馈给电机执行机构，并通过智能规划的PID控制算法实现平台稳定效果。进一步地，所述增量式PID控制算法包括，控制器增量Δuk=Kp(1+TTi+TdT)ek-Kp(1+2TdT)ek-1+KpTdTek-2=Aek+Bek-1+Cek-2]]>增量式控制算法递推公式控制器输出：uk＝uk-1+Δuk，其中T表示采样周期，Kp、Ti、Td表示PID三个参数；其中增量式PID算法参数根据陀螺仪检测的角速率信息ω确定，及Kp＝k1(ω)·f1(ω)；Ti＝k2(ω)·f2(ω)；Td＝k3(ω)·f3(ω)；k1、k2、k3为校正系数，可根据ω查表获得，f1、f2、f3为控制传递函数。进一步地，所述三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴磁力计进行姿态解算得出初始姿态角包括：(1)通过三轴陀螺仪、三轴加表、三轴磁力计九轴原始数据输入；(2)重力加速度、磁力计数据归一化处理；(3)重力分量、磁场分量提取；(4)求出姿态误差；(5)姿态误差积分；(6)陀螺角速率互补滤波修正；(7)求解四元数微分方程；(8)四元数归一化；(9)四元数求解欧拉角。进一步地，所述稳定平台调平控制算法，由惯组测量组合将姿态信息传输给电机执行结构，并根据不同环境下更新的PID参数调整平台保持水平。通过本专利技术，稳定平台可在任意环境中的多种模式下使用，且姿态稳定算法能够智能切换，提高姿态稳定控制精度。附图说明图1稳定平台示意图；图2一种多种环境下姿态解算智能切换方法原理图；图3四元数姿态解算原理图；图4稳定平台自稳原理。具体实施方式以下通过说明书附图及具体实施方式做进一步解释。如图1所示，为本专利技术提供的一种适应多种环境的稳定平台，该稳定平台1包括基座11、外框12、中框13、内框转子14，所述内框转子14中心处设置所述姿态测量组件15，所述内框转子14两端连接有中框电机18、19，所述中框13非设置中框电机18、19的两端连接有外框电机16、17；本专利技术通过一下的方法具体实现了适应多种环境的稳定平台；第一步、通过三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴磁力计进行姿态解算得出初始姿态角。第二步、利用惯性测量组合中的MEMS陀螺仪检测因环境变化引起的角速率信息ω。第三步、稳定平台控制PID参数根据环境引起的角速率信息进行智能规划。第四步、测得的初始姿态角反馈给电机执行机构，通过智能规划的PID控制算法实现平台稳定效果。所述姿态解算初始姿态角如图2，包括了(1)通过三轴陀螺仪、三轴加表、三轴磁力计九轴原始数据输入，(2)重力加速度、磁力计数据归一化处理，(3)重力分量、磁场分量提取，(4)求出姿态误差，(5)姿态误差积分，(6)陀螺角速率互补滤波修正，(7)求解四元数微分方程，(8)四元数归一化，(9)四元数求解欧拉角。最终实时跟新的姿态角为航向角yaw，俯仰角pitch，横滚角roll。进一步地，所诉稳定平台装置包括，姿态测量组件，稳定平台内转子，稳定平台中框，稳定平台外框，稳定平台基座，稳定平台内转子电机，稳定平台中框电机，稳定平台外框电机，控制电路及电机驱动电路。所诉姿态测量组件水平固定安装在稳定平台内转子上。进一步地，利用惯性测量组合中的MEMS陀螺仪检测因环境变化引起的角速率信息ω。进一步地，所诉增量式PID控制算法包括，控制器增量Δuk=Kp(1+TTi+TdT)ek-Kp(1+2TdT)ek-1+KpTdTek-2=Aek+Bek-1+Cek-2]]>增量式控制算法递推公式控制器输出：uk＝uk-1+Δuk，其中T表示采样周期，Kp、Ti、Td表示PID三个参数。其中增量式PID算法参数根据MEMS陀螺仪检测的角速率信息ω确定，及Kp＝k1(ω)·f1(ω)；Ti＝k2(ω)·f2(ω)；Td＝k3(ω)·f3(ω)；k1、k2、k3为校正系数，可根据ω查表获得，f1、f2、f3为控制传递函数。进一步地，所诉稳定平台调平控制算法，由惯组测量组合将姿态信息传输给电机执行结构，并根据不同环境下智能更新的PID参数调整平台保持水平。通过本专利技术，稳定平台可在任意环境中的多种模式下使用，且姿态稳定算法能够智能切换，提高姿态稳定控制精度。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适应多种环境工作的稳定平台，其特征在于，所述稳定平台包括姿态测量组件、稳定平台、控制电路及驱动电路；所述姿态测量组件上设置在稳定平台内框转子上，所述姿态测量组件测量姿态数据，所述控制电路接收姿态数据，反馈控制驱动电路控制稳定平台的内框转子，实现稳定。

【技术特征摘要】
1.一种适应多种环境工作的稳定平台，其特征在于，所述稳定平台包括姿态测量组件、稳定平台、控制电路及驱动电路；所述姿态测量组件上设置在稳定平台内框转子上，所述姿态测量组件测量姿态数据，所述控制电路接收姿态数据，反馈控制驱动电路控制稳定平台的内框转子，实现稳定。2.根据权利要求1所述的一种适应多种环境工作的稳定平台，其特征在于，所述姿态测量组件包括三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴磁力计；所述三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴磁力计进行姿态解算得出初始姿态角。3.根据权利要求2所述的一种适应多种环境工作的稳定平台，其特征在于，利用姿态测量组件中的陀螺仪检测因环境变化引起的角速率信息ω；所述稳定平台控制PID参数根据环境引起的角速率信息进行智能规划；测得的初始姿态角反馈给电机执行机构，并通过智能规划的PID控制算法实现平台稳定效果。4.根据权利要求2所述的一种适应多种环境工作的稳定平台，其特征在于，所述增量式PID控制算法包括，控制器增量Δuk=Kp(1+TTi+TdT)ek-Kp(1+2TdT)ek-1+KpTdTek-2=Aek+Bek-1...

【专利技术属性】
技术研发人员：李孟委，蒋孝勇，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西;14