基于慣性導航的自動云臺控制系統

石效維++陳澤

【摘 要】在基于慣性的導航方面，無人飛機上安裝攝像頭在拍攝地面上的固定對象時，操作人員需要對飛機本身的狀況進行正確位置的姿態、方向來改變當時無人飛機的控制攝像頭的攝像機云臺。在利用當時的慣性導航這個原理來獲取無人飛機的系統姿態特征信息，然后根據數據一系列的分析通過技術ARM處理自動云臺控制，使其穩定。其目的都是為了實現系統的高速、精準。也在自動云臺控制系統的慣性導航進行不斷改善。

【關鍵詞】慣性導航 ARM 自動云臺控制系統

1 制造原理和系統組成

1.1 制造原理

自動云臺控制系統主要是根據小型的無人駕駛直升機在拍攝地面上的固定物體時，會由于無人駕駛的原因出現了晃動，導致直升機的機身不穩定，所以需要進行調試直升機的方位與直升機上攝像頭的角度，從而將拍攝的地面固定物體對準攝像頭。一般情況下，這種進行的調試是在手動遙控下進行調整的。當時提出的攝像頭對準攝像物品的設計時，是利用了最基本的數據關于平面轉動的角度，加速了變化數據。其最終控制機身穩定的并非數據或那些設計，而是在這一系列的鋪墊下，通過ARM系統的插入控制電機本身，來保持攝像機的穩定。

1.2 系統組成

慣性導航的自動云臺控制系統主要是根據ARM來進行操作完成。根據慣性導航必須將直升機的機身保持穩定，在控制直升機的轉向時首先要將攝像頭系統本身的方向、姿態一系列的位置信息確定好。這個系統經過采用的數據分析得到自身的位置信息后再次通過ARM系統產生的信號來控制直升機姿態位置，將其的位置保持不變，穩定下來。

所以，在利用ARM這個系統來進行位置穩定與控制的過程中，系統的組成主要是由數據分析與處理、數據采集和電機驅動這三大部分組成。

2 云臺

2.1 云臺簡述與內部結構組成

2.1.1 云臺簡述

攝像機云臺安裝在一個平臺上，這個平臺由攝像機所支撐。他們兩者連接著。在云臺發生運動的過程中，發生垂直、水平運動的同時，攝像機也根據云臺做出相應的運動，大大提高了攝像機的應用價值。云臺的垂直和水平運動的功能也發揮了作用。為了更加將攝像機運動的靈活性達到最高，根據云臺的運動功能、安裝方式、承載重量等進行了分類，自動云臺控制系統在應用上得到發展。

2.1.2 云臺的內部結構組成

云臺的主要內部結構是由電機組成，主要有兩個電機組成，一個電機負責上下方向的轉動，另一個負責左右方向的轉動。電機的轉動根據電壓伏力大小來產生不同效果的轉動。電機一般整體的工作電壓在交流電二十四伏、交流電二百二十伏，以及直流電二十四伏。一般在接到上下運動的電壓時，垂直電流轉動，在接到左右運動電壓時，水平電流轉動。

2.2 云臺性能指標

2.2.1 云臺轉動速度

一個云臺質量的好壞取決于云臺的轉動速度的快慢。在云臺的檔次選取上也是根據云臺的轉動速度來選取的。云臺的轉動方向分為水平和垂直兩種方向。但是由于制造過程中的實際監控下，一般來說云臺的垂直轉速比水平轉速稍微低一些。

2.2.2 云臺的載重能力

云臺的載重量在云臺控制系統中也起了一定的作用，作為云臺選擇的一個方向，當云臺的載重量比實際的載重量小時，不僅會使操作功能下降，而且云臺長時間的工作負荷導致云臺機能有所損壞。云臺都中心作為云臺載重量的最大負載能力點，一般云臺的載重能力的都是根據這個點作為標準設計。

2.2.3 云臺的周圍環境

云臺的室內環境和室外環境有一定的差距，但是相對情況下云臺的環境還是相對穩定的。但是云臺的室外環境在整個云臺環境中還是比較重要的一部分，因為在云臺系統實現的過程中，室外的環境受著潮濕和灰塵等自然因素的干擾。如果云臺的溫度不在云臺所控制的這個范圍內可以通過人工的調試下進行溫度的改變，將其調整最佳溫度。室外云臺也受著潮濕灰塵的侵蝕，在實際的制造中，云臺的制作材料也盡量選取了一些防塵防水的材料，在根本上解決問題。

2.3 云臺控制系統

云臺控制系統設計主要是根據其本身的轉動，按照一定的要求作出相應的動作。在滿足云臺的運動過程中的控制要求，云臺將系統轉動設置為自動與手動兩種方式。

3 云臺控制系統的系統實現

云臺系統的主要執行機構是步進電機，還要由鍵盤、PC、ULN2003A、單片機等硬件相互配合發生的系統實現。在系統實現的前提也需要系統與其上位機進行信息的交換以便系統實現。云臺分為兩種運行模式自動和手動，本次主要對自動云臺控制系統進行討論。在受上位機控制的同時，自動云臺控制系統需要電機驅動模塊、鍵盤模塊等構成下，控制系統的總體控制思路有了一定的完善。

3.1 慣性導航的組成與分類

慣性導航一般情況下最基本結構由計算機、慣性測量裝置、顯示器等組成。慣性測量裝置中有最基本的慣性導航組合：加速度計和陀螺儀。陀螺儀用來測量飛行器的轉動運動，加速計用來測量平移運動的加速度。從而根據顯示器所顯示出來的數據來實現功能。

一般慣性導航是安裝在飛行器上的安裝裝置，在慣性導航組合在飛行器上的安裝方式來看，分為平臺式慣性導航系統和捷聯式慣性導航系統。

3.2 慣性導航系統的優缺點

有一定的獨立性。因為它在系統實現的過程中不依賴任何的外部信息，也不向外發出任何的信號，更不受在外界實現過程中所帶來的外界干擾。①適應能力強。慣性系統不論時間地點都可以進行系統實現。②精準度高。在提供位置、速度、方向及姿態的數據時精準度高，也在實現過程中產生的導航信息連續性好。③造價高，效率低。慣性導航設備的價格比較昂貴，在工作過程中不能給出時間信息，長期的精準度明顯下降。

4 結語

本文主要分析了云臺控制系統的具體實際情況與要求，提出了一些對于系統的實際的設計方案。在自動云臺控制系統的過程中加入慣性導航系統，在穩定性方面加強了自動云臺控制系統的實現，慣性導航系統將其自身優點融入在自動云臺系統中，在云臺控制系統的實現過程中更加完善。

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