一種基于tms320f2812的隨動控制平臺的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于應(yīng)用于光電成像技術(shù)領(lǐng)域的控制平臺，具體涉及一種基于德州儀器公司TMS320F2812隨動控制專用控制器的隨動控制平臺。
【背景技術(shù)】
[0002]光電成像在目標(biāo)探測、導(dǎo)弓丨、偵察等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，為滿足各項(xiàng)需求，探測圖像需清晰。由于進(jìn)行光電成像時需將光電載荷安裝在飛機(jī)、艦船等移動設(shè)備上，晃動使成像器對目標(biāo)成像模糊，無法滿足后續(xù)處理。為了使光電載荷在成像期間保持穩(wěn)定，成像清晰，需將其安裝在隨動穩(wěn)定系統(tǒng)中，來隔離外部擾動，并將光電載荷對準(zhǔn)目標(biāo)，便于清晰成像。
[0003]隨動穩(wěn)定系統(tǒng)為光電載荷提供航向、俯仰兩軸穩(wěn)定平臺，實(shí)現(xiàn)精確指向目標(biāo)和隔離外部擾動的功能。隨動穩(wěn)定系統(tǒng)由隨動控制平臺、反饋元件、執(zhí)行元件和隨動框架組成。在隨動穩(wěn)定系統(tǒng)中，隨動控制平臺是系統(tǒng)控制核心，根據(jù)角位置傳感器和角速度傳感器提供的角位置信息和慣性空間的角速度信息，通過控制直流力矩電機(jī)來實(shí)現(xiàn)載荷穩(wěn)定和精確指向。以往基于普通單片機(jī)和模擬元件的隨動控制平臺受其處理速度低和抗干擾能力差的限制，已難以滿足光電載荷高穩(wěn)定度的要求。
[0004]隨著自動化水平的不斷發(fā)展和數(shù)字信號處理器DSP(后文簡稱DSP)的廣泛應(yīng)用，高性能的數(shù)字化隨動控制平臺已成為控制系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。亟需研制一種新型的數(shù)字化隨動控制平臺，保證其高精度、高可靠性，使隨動穩(wěn)定系統(tǒng)精確控制能力大大提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供TMS320F2812的隨動控制平臺，從而能夠在光電載荷中實(shí)現(xiàn)航向、俯仰兩軸的精確指向和隔離外部擾動的功能。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)這一目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:
[0007]一種基于TMS320F2812的隨動控制平臺，應(yīng)用此隨動控制平臺的隨動穩(wěn)定系統(tǒng)由隨動控制平臺、反饋元件、執(zhí)行元件和隨動框架組成；光電載荷安裝在隨動穩(wěn)定系統(tǒng)中，通過隨動穩(wěn)定系統(tǒng)為光電載荷提供航向、俯仰兩軸穩(wěn)定平臺，實(shí)現(xiàn)精確指向目標(biāo)和隔離外部擾動的功能；隨動穩(wěn)定系統(tǒng)中，以角位置傳感器和角速度傳感器作為反饋元件，以直流力矩電機(jī)作為執(zhí)彳丁兀件，以隨動fe制平臺為fe制核心并運(yùn)7Txfe制算法；隨動fe制平臺根據(jù)角位置傳感器和角速度傳感器提供的角位置信息和慣性空間的角速度信息，通過控制直流力矩電機(jī)來實(shí)現(xiàn)隨動框架的精確指向和隔離擾動；隨動穩(wěn)定系統(tǒng)為雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，外環(huán)為位置回路，實(shí)現(xiàn)精確指向功能；內(nèi)環(huán)為速度回路，實(shí)現(xiàn)隔離擾動功能。
[0008]這種隨動控制平臺包括TMS320F2812主控模塊、角速度信號采集模塊、角位置信號采集模塊、PWM驅(qū)動模塊、通信接口、電源/復(fù)位模塊；
[0009](I)電源/復(fù)位模塊包括DSP的1電源3.3V，核電源1.9V，數(shù)字芯片使用的3.3V電源，光耦所需的隔離5V電源，角位置信號采集模塊中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器所需的模擬5V電源，數(shù)字5V電源，模擬+15V電源，模擬-15V電源；復(fù)位模塊產(chǎn)生DSP所需的復(fù)位信號，保證DSP的正確運(yùn)行；
[0010](2)TMS320F2812主控模塊包括DSP、數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線；DSP通過數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線完成對角位置傳感器數(shù)據(jù)的讀取，通過DSP內(nèi)嵌的一個SCI模塊配合通訊模塊中的電平轉(zhuǎn)換完成與其他設(shè)備的通訊,通過DSP內(nèi)嵌的PffM模塊配合PffM驅(qū)動模塊中的光電稱合器和功放芯片完成直流力矩電機(jī)的驅(qū)動，通過DSP內(nèi)嵌的另一個SCI模塊和通用輸入輸出接口配合角速度傳感器采集模塊中的專用電平轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)角速度傳感器的選通和數(shù)據(jù)讀?。籘MS320F2812主控模塊采集角速度和角位置信息作為反饋信號，輸出PWM信號驅(qū)動直流力矩電機(jī)，實(shí)現(xiàn)隨動穩(wěn)定系統(tǒng)的高精度閉環(huán)控制；
[0011](3)角位置信號采集模塊為TMS320F2812主控模塊提供當(dāng)前隨動機(jī)構(gòu)框架與電機(jī)軸的角位置信息，角位置傳感器為模擬電壓輸出，經(jīng)角位置信號采集模塊中的低噪聲信號調(diào)理單元處理后由角位置信號采集模塊中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；
[0012]采用電位器作為角位置傳感器；由于電位器供電壓和模數(shù)轉(zhuǎn)換器基準(zhǔn)電壓同源，電位器采用基準(zhǔn)+10V、-1OV和-2V供電，+1V由模數(shù)轉(zhuǎn)換器基準(zhǔn)電源2.5V同相放大4倍得到，-1OV由模數(shù)轉(zhuǎn)換器基準(zhǔn)電源2.5V反相放大4倍得到，-2V由模數(shù)轉(zhuǎn)換器基準(zhǔn)電源
2.5V反相衰減0.8倍得到；電位器包括航向電位器和俯仰電位器，航向電位器輸出信號范圍-1OV?+10V，經(jīng)過角位置傳感器采集模塊中的電壓跟隨器將其輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采集，俯仰電位器輸出信號范圍-2V?+10V，經(jīng)過電壓跟隨器將其輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采集；為了滿足采樣定理，在模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣前對傳感器信號進(jìn)行RC低通濾波，截至頻率設(shè)計為160Hz ;模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用16位高精度AD轉(zhuǎn)換器AD7656-1，采樣頻率250KSa/s，滿足
0.5ms的控制周期的要求；
[0013](4)角速度信號采集模塊為TMS320F2812主控模塊提供當(dāng)前隨動機(jī)構(gòu)在慣性空間的角速度信息；采用光纖陀螺作為角速度傳感器；光纖陀螺為數(shù)字輸出，具有RS485數(shù)據(jù)接口和選通接口，DSP通過通用輸入輸出接口和角速度傳感器采集模塊中的電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3490實(shí)現(xiàn)選通接口，通過DSP內(nèi)嵌SCI模塊和角速度傳感器采集模塊中的電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3490實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接口 ；DSP在一個控制周期內(nèi)，分別選通航向光纖陀螺和俯仰光纖陀螺，通過數(shù)據(jù)接口獲取當(dāng)前航向角速度值和俯仰角速度值；
[0014](5) PffM驅(qū)動模塊采用光電耦合器隔離和雙H橋功放芯片實(shí)現(xiàn)，主控模塊輸出數(shù)字化PffM信號，經(jīng)光電耦合器隔離和功放后驅(qū)動隨動穩(wěn)定系統(tǒng)中的直流力矩電機(jī)；
[0015](6)通訊接口模塊為RS422接口，與其他設(shè)備進(jìn)行通訊。
[0016]進(jìn)一步的，如上所述的一種基于TMS320F2812的隨動控制平臺，其中:PWM驅(qū)動模塊以L6206驅(qū)動芯片為核心，實(shí)現(xiàn)直流力矩電機(jī)驅(qū)動功能；電機(jī)驅(qū)動電路與DSP的PffM控制信號通過光電耦合器實(shí)現(xiàn)電氣隔離；DSP通過GP1控制L6206的使能，通過PffM信號的占空比控制L6206輸出的驅(qū)動電壓；L6206內(nèi)部為雙全橋電路，具有死區(qū)控制單元，并聯(lián)使用輸出驅(qū)動電流最大為5.6A DC。
[0017]進(jìn)一步的，如上所述的一種基于TMS320F2812的隨動控制平臺，其中:通訊模塊采用DSP內(nèi)部SCI+通訊模塊中的電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3490實(shí)現(xiàn)，與其它設(shè)備進(jìn)行通訊。
[0018]進(jìn)一步的，如上所述的一種基于TMS320F2812的隨動控制平臺，其中:電源/復(fù)位模塊采用TI公司的TPS767D301實(shí)現(xiàn)DSP核電壓1.9V、10電壓3.3V和平臺主電源3.3V的轉(zhuǎn)換，采用延時芯片TPS3838K33實(shí)現(xiàn)核電壓和1電壓的上電順序控制，采用DCP010505實(shí)現(xiàn)光電耦合器所需的隔離電壓5V ;采用TPS767D301輸出的專用復(fù)位信號作為隨動控制平臺的復(fù)位。
[0019]本發(fā)明的有益效果在于:通過提供一種基于TMS320F2812的隨動控制平臺，其作為光電載荷隨動穩(wěn)定系統(tǒng)的控制核心，對實(shí)現(xiàn)隨動穩(wěn)定系統(tǒng)精確指向和高穩(wěn)定度起重要作用。這種隨動控制平臺以數(shù)字化元件和高精度模塊實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集，以數(shù)字化脈寬調(diào)制信號PffM實(shí)現(xiàn)了電機(jī)驅(qū)動，并采用隨動控制專用的主控芯片TMS320F2812運(yùn)行高精度控制算法，在控制精度和抗干擾能力上較傳統(tǒng)的控制平臺均有大幅提高，能夠在光電載荷中實(shí)現(xiàn)航向、俯仰兩軸的精確指向和隔離外部擾動等功能，彌補(bǔ)了基于單片機(jī)和模擬元件的隨動控制平臺控制精度差，抗干擾能力差的缺點(diǎn)。
【附圖說明】
[0020]圖1為隨動穩(wěn)定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0021]圖2為本發(fā)明的隨動控制平臺的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0022]圖3為角位置傳感器模塊原理框圖；
[0023]圖4為PffM模塊原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和實(shí)例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0025]一種基于TMS320F2812的隨動控制平臺，應(yīng)用此隨動控制平臺的隨動穩(wěn)定系統(tǒng)如圖1所示，由隨動控制平臺、反饋元件、執(zhí)行元件和隨動框架組成；光電載荷安裝在隨動穩(wěn)定系統(tǒng)中，通過隨動穩(wěn)定系統(tǒng)為光電載荷提供航向、俯仰兩軸穩(wěn)定平臺，實(shí)現(xiàn)精確指向目標(biāo)和隔離外部擾動的功能；隨動穩(wěn)定系統(tǒng)中，以角位置傳感器和角速度傳感器作為反饋元件，以直流力矩電機(jī)作為執(zhí)行元件，以隨動控制平臺為控制核心并運(yùn)行控制算法；隨動控制平臺根據(jù)角位置傳感器和角速度傳感器提供的角位置信息和慣性空間的角速度信息，通過控制直流力矩電機(jī)來實(shí)現(xiàn)隨動框架的精確指向和隔離擾動；隨動穩(wěn)定系統(tǒng)為雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，外環(huán)為位置回路，實(shí)現(xiàn)精確指向功能；內(nèi)環(huán)為速度回路，實(shí)現(xiàn)隔離擾動功能。
[0026]如圖2所示，這種隨動控制平臺包括TMS320F2812主控模塊、角速度信號采集模塊、角位置信號采集模塊、PWM驅(qū)動模塊、通信接口、電源/復(fù)位模塊；
[0027](I)電源/復(fù)位模塊包括DSP的1電源3.3V，核電源1.9V，數(shù)字芯片使用的3.3V電源，光耦所需的隔離5V電源，角位置信號采集模塊中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器所需的模擬5V電源，數(shù)字5V電源，模擬+15V電源，模擬-15V電源；復(fù)位模塊產(chǎn)生DSP所需的復(fù)位信號，保證DSP的正確運(yùn)行；在本具體實(shí)施例中，電源/復(fù)位模塊采用TI公司的TPS767D301實(shí)現(xiàn)DSP核電壓L9V、1電壓3.3V和平臺主電源3.3V的轉(zhuǎn)換，采用延時芯片TPS3838K33實(shí)現(xiàn)核電壓和1電壓的上電