基于惯性导航的自动云台控制系统

石效维++陈泽

【摘 要】在基于惯性的导航方面，无人飞机上安装摄像头在拍摄地面上的固定对象时，操作人员需要对飞机本身的状况进行正确位置的姿态、方向来改变当时无人飞机的控制摄像头的摄像机云台。在利用当时的惯性导航这个原理来获取无人飞机的系统姿态特征信息，然后根据数据一系列的分析通过技术ARM处理自动云台控制，使其稳定。其目的都是为了实现系统的高速、精准。也在自动云台控制系统的惯性导航进行不断改善。

【关键词】惯性导航 ARM 自动云台控制系统

1 制造原理和系统组成

1.1 制造原理

自动云台控制系统主要是根据小型的无人驾驶直升机在拍摄地面上的固定物体时，会由于无人驾驶的原因出现了晃动，导致直升机的机身不稳定，所以需要进行调试直升机的方位与直升机上摄像头的角度，从而将拍摄的地面固定物体对准摄像头。一般情况下，这种进行的调试是在手动遥控下进行调整的。当时提出的摄像头对准摄像物品的设计时，是利用了最基本的数据关于平面转动的角度，加速了变化数据。其最终控制机身稳定的并非数据或那些设计，而是在这一系列的铺垫下，通过ARM系统的插入控制电机本身，来保持摄像机的稳定。

1.2 系统组成

惯性导航的自动云台控制系统主要是根据ARM来进行操作完成。根据惯性导航必须将直升机的机身保持稳定，在控制直升机的转向时首先要将摄像头系统本身的方向、姿态一系列的位置信息确定好。这个系统经过采用的数据分析得到自身的位置信息后再次通过ARM系统产生的信号来控制直升机姿态位置，将其的位置保持不变，稳定下来。

所以，在利用ARM这个系统来进行位置稳定与控制的过程中，系统的组成主要是由数据分析与处理、数据采集和电机驱动这三大部分组成。

2 云台

2.1 云台简述与内部结构组成

2.1.1 云台简述

摄像机云台安装在一个平台上，这个平台由摄像机所支撑。他们两者连接着。在云台发生运动的过程中，发生垂直、水平运动的同时，摄像机也根据云台做出相应的运动，大大提高了摄像机的应用价值。云台的垂直和水平运动的功能也發挥了作用。为了更加将摄像机运动的灵活性达到最高，根据云台的运动功能、安装方式、承载重量等进行了分类，自动云台控制系统在应用上得到发展。

2.1.2 云台的内部结构组成

云台的主要内部结构是由电机组成，主要有两个电机组成，一个电机负责上下方向的转动，另一个负责左右方向的转动。电机的转动根据电压伏力大小来产生不同效果的转动。电机一般整体的工作电压在交流电二十四伏、交流电二百二十伏，以及直流电二十四伏。一般在接到上下运动的电压时，垂直电流转动，在接到左右运动电压时，水平电流转动。

2.2 云台性能指标

2.2.1 云台转动速度

一个云台质量的好坏取决于云台的转动速度的快慢。在云台的档次选取上也是根据云台的转动速度来选取的。云台的转动方向分为水平和垂直两种方向。但是由于制造过程中的实际监控下，一般来说云台的垂直转速比水平转速稍微低一些。

2.2.2 云台的载重能力

云台的载重量在云台控制系统中也起了一定的作用，作为云台选择的一个方向，当云台的载重量比实际的载重量小时，不仅会使操作功能下降，而且云台长时间的工作负荷导致云台机能有所损坏。云台都中心作为云台载重量的最大负载能力点，一般云台的载重能力的都是根据这个点作为标准设计。

2.2.3 云台的周围环境

云台的室内环境和室外环境有一定的差距，但是相对情况下云台的环境还是相对稳定的。但是云台的室外环境在整个云台环境中还是比较重要的一部分，因为在云台系统实现的过程中，室外的环境受着潮湿和灰尘等自然因素的干扰。如果云台的温度不在云台所控制的这个范围内可以通过人工的调试下进行温度的改变，将其调整最佳温度。室外云台也受着潮湿灰尘的侵蚀，在实际的制造中，云台的制作材料也尽量选取了一些防尘防水的材料，在根本上解决问题。

2.3 云台控制系统

云台控制系统设计主要是根据其本身的转动，按照一定的要求作出相应的动作。在满足云台的运动过程中的控制要求，云台将系统转动设置为自动与手动两种方式。

3 云台控制系统的系统实现

云台系统的主要执行机构是步进电机，还要由键盘、PC、ULN2003A、单片机等硬件相互配合发生的系统实现。在系统实现的前提也需要系统与其上位机进行信息的交换以便系统实现。云台分为两种运行模式自动和手动，本次主要对自动云台控制系统进行讨论。在受上位机控制的同时，自动云台控制系统需要电机驱动模块、键盘模块等构成下，控制系统的总体控制思路有了一定的完善。

3.1 惯性导航的组成与分类

惯性导航一般情况下最基本结构由计算机、惯性测量装置、显示器等组成。惯性测量装置中有最基本的惯性导航组合：加速度计和陀螺仪。陀螺仪用来测量飞行器的转动运动，加速计用来测量平移运动的加速度。从而根据显示器所显示出来的数据来实现功能。

一般惯性导航是安装在飞行器上的安装装置，在惯性导航组合在飞行器上的安装方式来看，分为平台式惯性导航系统和捷联式惯性导航系统。

3.2 惯性导航系统的优缺点

有一定的独立性。因为它在系统实现的过程中不依赖任何的外部信息，也不向外发出任何的信号，更不受在外界实现过程中所带来的外界干扰。①适应能力强。惯性系统不论时间地点都可以进行系统实现。②精准度高。在提供位置、速度、方向及姿态的数据时精准度高，也在实现过程中产生的导航信息连续性好。③造价高，效率低。惯性导航设备的价格比较昂贵，在工作过程中不能给出时间信息，长期的精准度明显下降。

4 结语

本文主要分析了云台控制系统的具体实际情况与要求，提出了一些对于系统的实际的设计方案。在自动云台控制系统的过程中加入惯性导航系统，在稳定性方面加强了自动云台控制系统的实现，惯性导航系统将其自身优点融入在自动云台系统中，在云台控制系统的实现过程中更加完善。

参考文献：

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