基于加速度回路的天线随动系统控制器设计

2．2．6 引入加速度回路特性
在天线随动系统中增加的角加速度负反馈回路，不但可以用于抑制系统的高频振荡，解决随动系统的颤振问题，而且能克服惯性平台的“航向效应”，提高了电机参数的鲁棒性，使平台式随动系统的性能更加可靠。图5给出了输入标准差为σi=0．33时，取Kc2=1．2，加速度回路起反馈作用，输出标准差σo=0．21。它表明天线随动系统的φ角度输出得到平滑。取Kc2=0，加速度回路不起反馈作用时，输出标准差σo= 0．23。可见，加入加速度反馈回路可以进一步降低φ的输出振荡。

3 系统实现
3．1 系统硬件实现
本系统是采用以DSP为核心控制芯片的数字控制系统，通过天线随动系统，对采取的控制方一体成型电感案的性能进行实测验证。考虑到在天线随动系统中，天线的负载大，扰动负载力矩较大，系统选用永磁式直流力矩电机，它是一种低转速、大力矩的直流电动机，可以直接带动低速负载和大转矩负载，具有转速和转矩波动小，机械特性和调节特性线性度好等优点，根据给定的参数，选取力矩电机的堵转转矩为3．7 N·m，电气时延为T≤0．93 ms。测角电位计选用精密塑料电位计MidoriCPP-35型，有效电气角为340°，速率陀螺选用单自由度液浮陀螺JST-1，它具有漂移小，零位及重复性好，频率宽的特点。
随动系统控制器的硬件结构主要包括A／D采样电路模块、DSP和FPGA控制电路模块、PWM功率驱动电路、SCI串口通信电路、供电电源等模块。系统硬件结构如图6所示。

系统以TI公司生产的TMS320F2812芯片为核心处理器，主要完成速率陀螺模拟信号采集、电位计模拟信号采集、PWM信号产生、数字PID控制算法、搜索回路算法、跟踪回路算法、与上位机的RS 422接口串行通信的实现以及系统工作状态的转换等功能。
系统选取Cyclone系列的EP1C6T144FPGA芯片来实现对DSP和ADS8364各个功能引脚逻辑的灵活控差模电感制。作为系统前端数据采集的核心，选取TI公司的ADS8364芯片完成速率陀螺和电位电感厂家计的信号采集工作。此外，为了保证信号的稳定性，在A／D前端加入射频电路芯片LM310。
系统采用PWM工作方式驱动直流力矩电机，由TMS320F2812产生PWM控制波形，然后由PWM功放MSK4201进行功率驱动，产生力矩电机所需要的驱动电流。MSK4201是一款完整的H桥电路，它可以用来驱动DC有刷电机或作为D类开关放大器，所有的高低驱动控制电路在内部集成，用户提供TTL兼容PWM信号，同时振幅和方向控制四象限模式，内部驱动电路提供适当的死区时间来保护每个半桥，全N沟道场效应管意味着两方面的阻力和交换能力效率的最佳模式。
同时，为了保证PWM驱动电路与DSP电路的之间的干扰减至最小，在系统设计中，采用光耦隔离芯片6N137将二者隔离。电感器测量
系统与上位机的通信采取异步串行通信方式，RS 422接口芯片采用DS8921。同时采用SN74ALVTHl6245芯片避免回流，提高数据传输的稳定性。
3．2 系统软件实现
本系统采用数字PID控制算法，由TMS320F2812的事件管理器(EV)产生周期为0．1 ms的PWM波形信号，同时采用CPU定时器以1 ms的控制周期，控制驱动力矩电机实现天线转动。系统首先对DSP内部时钟模块、PIE模块、SCI模块、事件管理器等模块进行初始化，之后启动SCI模块，通过指定的贴片电感通信协议，等待接收上位机的命令。当上位机发出启动伺服命令后，电机上电，控制天线保持零位电锁状态；当上位机发出搜索命令时，进入搜索回路子程序，天线从零点开始进行步进式搜索，当被动雷达天线发现到目标后，程序切换到跟踪回路子程序，由雷达数字接收机给定实时误差角信号，使天线进入目标跟踪状态。若目标丢失，则天线立即切换到搜索状态重新进行目标搜索。天线随动系统控制器的主流程图如图7所示。

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