小型望远镜防抖系统的设计与工程实现

论文摘要

防抖技术处于迅速的发展中,图像的稳定问题成为当前国际上光学工作者关注的科研问题。由于望远镜的特点,图像稳定主要依靠光学防抖装置,即在望远镜中加入一组可以运动的镜片,来补偿抖动所造成的光线偏移,类似的光学防抖方法在数码相机上已经有了成功应用的先例。本文针对小型光学望远镜,设计一种体积小巧,耗电低,具有良好防抖效果的影像稳定系统。论文首先介绍了图像稳定的理论基础、防抖技术的发展、各类防抖技术的基本原理及特性,分析望远镜运动与图像运动的关系,并概述了光学防抖的基本原理,在此基础上设计了光学防抖系统的整体方案,并设计了镜片框架结构和其驱动装置。根据整体方案设计了系统的硬件电路,并且满足了低功耗和小尺寸的要求;系统的软件采用模块化设计,执行逻辑功能和控制算法,实现了防抖系统的功能。对于镜片位移控制系统,建立了其数学模型,分析了驱动器电路和参数不确定性对模型的影响,给出了模型的不确定项模有界形式。然后研究了防抖系统的控制方法,在分析了抖动信号频率的基础上设计了PID型控制器和不确定项补偿鲁棒控制器,并进行了仿真分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 防抖概况
• 1.2.1 防抖的概念和防抖技术的必要性
• 1.2.2 防抖技术的种类
• 1.2.3 防抖技术在民用领域的发展及应用现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 1.4 本章小结
• 第2章 防抖系统方案设计
• 2.1 引言
• 2.2 望远镜基本原理
• 2.3 光学防抖及防抖补偿量计算
• 2.3.1 望远镜运动与图像运动
• 2.3.2 光学防抖设计
• 2.3.3 镜片运动补偿量近似计算
• 2.4 光学防抖系统设计
• 2.4.1 系统总体方案设计
• 2.4.2 镜片框架结构及驱动装置设计
• 2.5 本章小结
• 第3章 防抖系统的硬件及软件设计
• 3.1 防抖系统硬件电路设计
• 3.1.1 微控制器电路
• 3.1.2 陀螺仪和位移传感器电路
• 3.1.3 驱动电路
• 3.1.4 电源模块电路
• 3.2 软件设计
• 3.2.1 程序主体
• 3.2.2 系统初始化
• A中断服务程序'>3.2.3 TIMER_A中断服务程序
• 3.3 本章小结
• 第4章 控制系统建模及分析
• 4.1 镜片驱动装置的模型
• 4.2 线性驱动电路对模型的影响
• 4.3 具有不确定性的系统模型
• 4.4 本章小结
• 第5章 防抖系统控制方法研究
• 5.1 防抖控制系统的传统设计方法
• 5.1.1 抖动信号的频率分析
• 5.1.2 PID 型控制系统设计
• 5.2 防抖系统的鲁棒控制
• 5.3 仿真结果
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢