基于DSP2812的经纬仪复合控制系统设计

　　1引言

　　以往经纬仪伺服系统的控制器大都采用PC104作为处理器,但是PC104体积庞大、接口复杂、可靠性低、维修不方便而且造价昂贵,这些缺点都给经纬仪伺服控制带来了困难。考虑到DSP在各项控制领域的成熟应用以及光电经纬仪对控制系统的高度集成化需求,特别是TMs320F2812DSP在电机控制方面的优越性,

　　本文开发了一套DSP2812+FPGA结构的高性能的PWM全数字化控制系统硬件平台。同时以往光电经纬仪大都采用位置环加速度环双回路的自动跟踪方式,但是由于控制系统无法得到跟踪目标的实时速度,因此无法利用复合控制理论在提高目标跟踪精度上的优势。针对这种局限性,本文用脱靶量数据加编码器位置数据得到目标的位置信息,然后对此位置信息进行微分测速,用此速度信息进行经纬仪等效复合控制引导。

　　2系统硬件平台

　　DSP采用TI公司的TMS320F2812,最高速度可达150MIPS,可以在单个指令周期内完成32x32位的乘累加运算,具有适合于PWM波电机控制的事件管理器,采用低电压供电(3.3V外设、1.8V 内核),完全能够满足跟踪系统的控制要求。FPGA 选用Cyclone公司的EP1C12Q240C8,作为整个伺服控制器的时序和逻辑控制核心,EP1C12Q240C8具有256个管脚,提供12060个逻辑单元和173个I/O口,可以内嵌4K的RAM。FPGA主要负DSP与其它接口实现总线通讯,即总线仲裁,除了1000Hz的时统信号通过FPGA的IO口传递以外,其它外围数据都通过FPGA传递到DSP总线上。

　　本系统中目标跟踪所需要的电视脱靶量数据和编码器数据都是通过四路串口芯片ST16C654传递的。ST16C654 是一个高性能的串口芯片,支持RS232和RS422方式通讯,波特率达到460.8kb,最高通讯速率达到1.5Mbps,具有64字节FIFO,支持中断方式数据查询。DSP通过事件管理器的捕获单元CAP1来分别捕获1000Hz的时统中断信号,用此中断周期作为采样周期并进行控制运算。整个系统硬件结构图如图1 所示。

　　3系统设计与仿真分析

　　众所周知,复合控制理论在提高系统的控制精度上具有很好的效果,经纬仪采用位置和速度双闭环控制结构,其中位置环采用光闭合,即由电视系统直接给出目标的位置偏差量,而目标的真正输入位置无法直接给出,因此无法得到目标的准确速度信息。以往的经纬仪复合控制系统都是在有雷达或理论弹道引导数据的前提下进行的,对于没有引导数据的随机目标经纬仪无法实现复合控制自动跟踪。

　　本文采用脱靶量加编码器位置数据得到目标的位置信息,此位置数据经卡尔曼滤波和微分测速后得到目标的等效速度信息,令此速度信号引导速度回路从而实现复合控制。经纬仪电视自动跟踪复合控制原理框图如图2所示。