...在风力发电监控平台中的应用
邵添羿
中图分类号：TH74 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）19-0070-01
1 绪论
陀螺稳定平台能够隔离载体的运动干扰，调整姿态和位置变化，精确保持动态姿态基准，在现代武器系统中得到了广泛应用。小型惯性稳定平台用于在载车的行驶过程中提供稳定的惯性平台，以放置光电、跟踪等对于姿态稳定有要求的各种设备。由于车载平台安装在运动的车辆上，车辆在行驶中的晃动、颠簸、转向等机动动作均会引起平台的运动，对于特定的车载设备，要求在车辆行驶中设备的姿态始终保持稳定，因此对平台的稳定控制提出了相应的要求。
2 平台的稳定控制原理
平台的稳定控制系统能隔离载体运动，当车辆行进时，可以隔离载体运动对平台的干扰，使平台及其搭载的设备相对惯性空间保持恒定的姿态。常见的双轴稳定平台如图1所示。
图1中，方位环和基座用轴承相联，俯仰环安装在方位环内，俯仰环上安装有单自由度陀螺Gx和Gz，Gx陀螺控制俯仰环轴，Gz陀螺控制方位环轴，Ma和Mf分别为方位轴电机和俯仰轴电机。
平台的稳定控制策略采用间接控制，惯性姿态传感器安装在载车上，平台的稳定控制使用车载INS/GPS输出的载体姿态角信息，载体的姿态角为UAV相对大地坐标系的姿态角。
3 惯性敏感器
惯性敏感器即陀螺仪和加速度计，采用InvenSense公司MPU-6050，是全球首款整合型6轴运动处理组件，相较于多组件姿态测量方案，免除了组合陀螺仪与加速度计之间轴向安装误差的问题，减少了系统体积。MPU-6050整合了3轴陀螺仪、3轴加速度计，以I2C总线接口向外输出完整的能够输出方向余弦、四元数、欧拉角的融合数据。
利用内置的运动处理资料库，可处理运动感测的复杂数据，降低了运动处理运算对操作系统的负荷，并为应用开发提供架构花的API。
MPU-6050的角速度测量范围最大可达±2000°/s，可準确追踪快速与慢速动作。加速度计测量范围最大为±16g。
由于MEMS微惯性系统的精度主要取决于MEMS微惯性元件，微加速度计和微陀螺仪的精度，因此作为一个整体，MEMS在使用前必须对其进行标定，以确定其中各个惯性传感器的初始零位、安装误差、标度系数、交叉耦合系数等参数。由于安装误差的原因，微陀螺的输入轴不是正交坐标系，标定的目的就是建立这两个非正交系到正交的载体坐标系之间的变换。
4 系统实现
本系统中硬件电路设计采用的是基于FPGA的NiosⅡ软核处理器，软件开发是在Altera公司Nios ⅡIDE环境进行的，系统的控制周期为10ms，完成对MEMS陀螺数据的采集、传输、姿态解算，完成误差处理，PID调节和驱动电机转动角度输出。软件流程图如图3所示。
参考文献
[1] 秦永元.惯性导航.科学出版社，2006.
[2] InvenSense Inc. MPU-6000 and MPU-6050 Product Specification，2011.
