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MEMS(micro-electro-mechanical system)是在融合了多种微细加工技术,并应用现代信息技术的最新成果的基础上发展起来的21世纪高科技前沿学科技术。目前,微惯性传感器在国内外的惯导领域越来越受到重视,并且已经开始应用于稳定和瞄准领域。本文以MEMS陀螺作为空间角速率敏感元件,对基于MEMS陀螺的双轴稳定平台展开研究,通过组成稳定平台控制系统和激光光斑跟踪系统,实现对视频设备的惯性空间稳定和激光光斑目标的实时跟踪功能。本文的主要工作是针对MEMS陀螺稳定平台的信号处理、建模、控制器的设计以及跟踪算法设计等,论文的具体工作如下:(1)稳定平台系统总体设计与实现。结合稳定平台隔离扰动原理和MEMS自身特点,选定平台组成形式,对平台总体设计与组成进行规划,并给出了稳定跟踪具体的实现方案,最后进行了稳定控制系统和光斑跟踪系统的硬件设计。(2) MEMS传感器分析与滤波处理。首先,对使用的MEMS传感器进行标定和Allan方差分析实验;然后,结合MEMS传感器特性和系统要求设计陀螺滤波处理算法;最后,运用基于Kalman滤波的数据融合算法对MEMS陀螺漂移进行补偿。(3)稳定平台建模与控制器设计。首先,对稳定平台各个环节进行建模,最终得到平台的整体模型,通过对电机框架进行扫频,得到电机框架的准确参数;之后,在系统模型的基础上设计平台的速率环和位置环控制器,针对摩擦因素对平台性能造成的影响,设计了基于Stribeck模型的自适应控制率,进行了补偿仿真实验;最后,给出了平台控制算法在DSP控制器的具体实现过程。(4)激光光斑检测算法设计与实现。介绍了常用的滤波算法和激光光斑位置检测算法;给出了单个光斑检测算法在FPGA内的实现流程,最终通过加入的SOPC嵌入式处理器完成脱靶量信息向DSP控制稳定器的实时传送;此外,为了便于调试和观察,扩展了视频缓存电路和DA电路,并编写了 VGA显示程序。(5)双轴稳定平台实验。结合实际实验环境和设备,对最终完成的平台系统进行实验测试,得出设计平台实际的具有较好的动态特性:俯仰轴阶跃响应调节时间为0.08s,无超调量,方位轴阶跃响应调节时间约为0.18s,超调量11%,系统测试得到的隔离度为5%;然后,联合设计的红外光斑跟踪系统,开展激光光斑跟踪实验,构成陀螺速率闭环和光电位置闭环,完成光斑跟踪实验,实测跟踪精度在±0.3°以内;最后,对实验结果进行分析,得出实验结论,并对系统的进一步改进提出建议。