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畢業(yè)設計(論文)開題報告 題目:車載慣導平臺設計 系 別 機電信息系 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 姓 名 學 號 導 師 2012年12月20日 1. 畢業(yè)設計（論文）綜述（題目背景、研究意義及國內(nèi)外相關(guān)研究情況） 1.1題目背景 為保證和增強車載武器系統(tǒng)的快速機動性,現(xiàn)代先進的陸地作戰(zhàn)車輛,如自行火炮、遠程火箭炮、前線偵察車、射擊指揮車、導彈發(fā)射車等,一般均配備有慣性定位定向系統(tǒng)。車載慣性定位定向系統(tǒng)的技術(shù)性能和可靠性與陸地作戰(zhàn)車輛的戰(zhàn)斗力和快速反應能力有著極為密切的關(guān)系。定位定向系統(tǒng)不僅要有較高的精度指標,還必須具備較高的工作可靠性,才能保證產(chǎn)品在惡劣的車載環(huán)境條件下全壽命可靠地工作。某型號車載慣性定位定向系統(tǒng)是專門為陸地作戰(zhàn)車輛設計的一種導航及姿態(tài)參考系統(tǒng),可為載體快速提供高精度的北向方位和姿態(tài)基準,并實時進行定位導航,引導車輛行駛。該系統(tǒng)由雙軸陀螺平臺、導航計算機、電子控制線路、里程計等部件組成,各部件之間的可靠性邏輯關(guān)系為串聯(lián)形式。慣導平臺是以牛頓力學定律為基礎(chǔ)，通過測量載體在慣性參考系的加速度，將它對時間進行積分，且把它變換到導航坐標系中，就能夠得到在導航坐標系中的速度、偏航角和位置等信息的測量平臺。經(jīng)過多年的發(fā)展，慣導平臺也有各種結(jié)構(gòu)形式，其中適合車載的慣導平臺一直是研究是熱點。本課題為智能車科研項目的一部分，以設計出測量智能車姿態(tài)的慣性導航平臺為目的，為控制其姿態(tài)的研究工作打下基礎(chǔ)。 1.2研究意義 車輛在道路上行駛時，路面的顛簸將會引起車輛發(fā)生俯仰、側(cè)傾和橫擺運動，。這些角運動的大小與車輛行駛速度和路面不平度具有密切關(guān)系。由于車輛行駛路況的種類很多，而且車速變化范圍也很大，若將環(huán)境識別傳感器直接安裝于車體之上，則傳感器的標定就必須隨著車輛行駛路況的隨機變化而實時改變。只有在傳感器做出正確的標定之后，才能獲取正確的車輛行駛環(huán)境信息。由于慣導平臺是一種精度很高的設備,故其對外界的環(huán)境噪聲非常敏感,這就要求其支撐結(jié)構(gòu)的設計能夠滿足系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性要求。通常設計中為了避免支撐結(jié)構(gòu)和慣導平臺的局部共振,需要將支撐結(jié)構(gòu)的振動頻率限制在適當?shù)姆秶鷥?nèi),同時由于慣導平臺安放所占據(jù)的空間受飛行器結(jié)構(gòu)形狀和內(nèi)部空間狹小的限制,對其支撐結(jié)構(gòu)在外載作用下的空間位移也有嚴格的要求,另外飛行器飛行過程中慣導平臺支撐結(jié)構(gòu)要承受復雜的空間載荷,所以支撐結(jié)構(gòu)具有足夠的強度、剛度以及穩(wěn)定性也是必不可少的條件。但是基于傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設計方法很難在許多約束條件間進行平衡以實現(xiàn)設計上的最優(yōu)目標,設計過程中很大程度上依賴于設計者的經(jīng)驗。所以具有多約束變量要求的結(jié)構(gòu)動態(tài)優(yōu)化設計,成為許多工程設計人員關(guān)注的研究熱點。本文所述的慣導平臺支撐結(jié)構(gòu)是一種空間梁組合結(jié)構(gòu)。它是通過將空間結(jié)構(gòu)桿件按一定規(guī)律布置,通過節(jié)點連接而成的一種支撐結(jié)構(gòu)形式,這種結(jié)構(gòu)形式具有安全、經(jīng)濟、易于安裝、重量低等優(yōu)點。由于慣導平臺支撐結(jié)構(gòu)不僅具有三維空間的結(jié)構(gòu)形體,而且在荷載作用下為三向受力。車載捷聯(lián)視線穩(wěn)定跟蹤平臺系統(tǒng)用來隔離車體角運動對安裝于穩(wěn)定平臺之上的環(huán)境識別系統(tǒng)的擾動，使車輛在不同環(huán)境中行駛時，環(huán)境識別系統(tǒng)的傳感器視線都能保持給定的姿態(tài)，按給定方向瞄準被探測目標，或者跟蹤目標相對運動（這種相對運動可能是由目標運動引起的，也可能是由基座運動引起的，還可能是二者共同引起的）。在此過程中，通過控制穩(wěn)定平臺的轉(zhuǎn)角大小來控制傳感器視線方向，同時，系統(tǒng)還必須保證對來自人工或自動跟蹤器輸入命令的可靠響應；同時為外部系統(tǒng)提供視線角或視線角速率的測量值，用于路面識別、目標跟蹤和武器瞄準等。 1.3國內(nèi)外相關(guān)研究情況 1.3.1國內(nèi)相關(guān)研究情況： 對于應用較多的兩自由度穩(wěn)定平臺，通常只能補償載體在兩個方向的擾動。而當車體在復雜路面上行駛時，車體經(jīng)常發(fā)生橫擺運動，如車輛進入彎道或有其他轉(zhuǎn)向操作時。若傳感器系統(tǒng)安裝在兩自由度平臺上，那么將無法避免來自于車輛橫擺方向的視線擾動，此時采集的數(shù)據(jù)將會發(fā)生扭曲失真，后續(xù)數(shù)據(jù)處理很難準確判斷數(shù)據(jù)變化是由跟蹤的目標運動引起還是由車體發(fā)生橫擺運動所引起，數(shù)據(jù)處理的難度將急劇增加，嚴重時將導致智能車輛無法真實獲取環(huán)境信息，車體控制系統(tǒng)做出錯誤的運動決策。為減少后續(xù)數(shù)據(jù)的處理難度，提高所獲取的環(huán)境信息質(zhì)量，主要運用陀螺穩(wěn)定平臺陀螺穩(wěn)定平臺廣泛用于飛機、艦船、車輛、導彈等運動載體。 1.3.2國外相關(guān)研究情況： 2.本課題研究的主要內(nèi)容和擬采用的研究方案、研究方法或措施 2.1研究的主要內(nèi)容 本課題針對國內(nèi)一車載慣性平臺的設計中存在兩自由度的自動調(diào)整問題的研究，三軸測試轉(zhuǎn)臺具有內(nèi)、中、外三個回轉(zhuǎn)自由度的萬向框架，每個框架由一套驅(qū)動元件驅(qū)動，負責控制轉(zhuǎn)臺的一個方向運動，其中，外框架負責飛行器偏航姿態(tài)模擬，中框架負責飛行器俯仰姿態(tài)模擬，內(nèi)框架負責飛行器自旋轉(zhuǎn)模擬。三個框架組合運動，便可調(diào)整模擬飛行器在看空中的各種飛行姿態(tài)。 2.2研究方法或措施 （1） 在實地工作單位觀看汲取經(jīng)驗和老師一起探討交流，最終將得出的理論與實際實踐聯(lián)系起來。 （2） 通過自己的研究后，再通過自己所學的相關(guān)機械三維軟件做出相應的三D模擬動畫來分析自己在其中的錯誤并加以改正。 3.本課題研究的重點及難點，前期已開展工作 3.1研究重點 （1） 重點是對車載平臺上傳感器測出的偏移角度進行自動調(diào)整，并具有平穩(wěn)復位的功能。 前期已展開的工作：主要是查閱相關(guān)資料,以及其組成的各部分元件，在日常生活中的作用和用途。 3.2研究難點 難點是自己研究的課題不能深入的了解，缺少實踐經(jīng)驗，不能很精確的進行自動調(diào)整和攝像頭的固定。 3.3前期已開展工作 （1）查找和閱讀大量國內(nèi)外相關(guān)資料文獻，明確了解車載慣性平臺用途、工作原理、 以及國內(nèi)外主要采用什么原理及機構(gòu)來完成車載慣性平臺的外形的設計。 4.完成本課題的工作方案及進度計劃（按周次填寫） 第1-2周 查閱及收集資料及調(diào)研 第3-5周 擬定設計方案 第6-9周 繪制二維草圖 第10-12周 確定設計方案 第13-14周 完成相關(guān)計算 第15周 修改繪制的二維圖 第16周 撰寫設計說明書 5 指導教師意見（對課題的深度、廣度及工作量的意見） 指導教師： 年 月 日 6 所在系審查意見： 系主管領(lǐng)導： 年 月 日 參考文獻 [1] 羅護,范大鵬,張智勇,吳正洪. 兩軸陀螺穩(wěn)定系統(tǒng)中陀螺安裝的幾種方法[J]. 兵工學報. 2005(03). [2] 楊紅軍,李剛炎. 車載平臺的調(diào)平方法與控制技術(shù)研究[J]. 機械設計與制造. 2008(12). [3] 張智永. 移動載體穩(wěn)定跟蹤平臺測控技術(shù)研究[D]. 國防科學技術(shù)大學.2002. [4] 畢永利,劉洵,葛文奇,李潔. 機載多框架陀螺穩(wěn)定平臺速度穩(wěn)定環(huán)設計[J]. 2004(02). [5] 張鵬. 艦載攝像穩(wěn)定平臺的結(jié)構(gòu)設計[J]. 艦船電子對抗. 2006(03). [6] 羅護,范大鵬,張智勇,吳正洪. 兩軸陀螺穩(wěn)定系統(tǒng)中陀螺安裝的幾種方法[J]. 兵工學報. 2005(03). [7] 李漢. 機載轉(zhuǎn)臺視軸穩(wěn)定系統(tǒng)的研究[D]. 長春理工大學.2007. [8] 付濤. 三軸穩(wěn)定平臺控制系統(tǒng)的設計與仿真研究[D]. 南京理工大學.2009. [9] 王承瑤編.陀螺穩(wěn)定系統(tǒng)[M]. 國防工業(yè)出版社, 1985. [10] 王芳菲. 兩自由度穩(wěn)定平臺的控制策略分析[D]. 大連海事大學.2009. [11] 宋金來,韓京清. 平臺式慣導系統(tǒng)的快速初始對準方法的研究[J]. 中國慣性技術(shù)學報. 2002(01). [12] Xu mai,Shao xiu ming,Xu bao guo.Maneuvering target tracking using threshold interacting multiple mode lalgorithm. . 2005. [13] Milan S,Vaclav H,Roger B.Image processing ganalysis and machnine vision. . 2002. [14] Blackman S S,Popoli R.Design and Analysis of Modern Tracking Systems. . 1999. [15] Ji Wei,Li Qi,Yang Haifeng.Design and Implement for a Precision Stabilized andTracking Simulation Turntable. Proceedings of the 6th International Conferenceon System Simulationand Scientific Computing(ICSC’05) . 2005.