经纬仪自适应控制系统设计

　　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。

　　针对以往自适应系统多采用与控制对象等阶的模型,其自适应系统结构相对复杂,不易在工程应用中实现这种缺点,本文设计了一种零相差自适应控制系统,这种自适应控制系统不仅仅较以往的自适应控制系统结构简单,而且在控制系能上也得到了很大改善。

　　2系统硬件平台设计

　　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主要负责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

　　设被控对象为SISO系统:

　　由上式可以看出，由于引人了状态过滤器，自适应律中包含y过滤后的变量，这就解决了对象输出y的各阶导数一般不可能全部获得的问题。

　　综合上述可得零相差自适应跟踪控制系统方框图如图2所示。

　　为检验该自适应控制的跟踪性能，取单输人单输出被控对象，用MATLAB进行了数字仿真。选取z阶被控对象的模型为

　　其中，假设的值是恒定未知或者缓慢时变的。参考输人信号运用幅值为士1的周期性方波信号。自适应律中各个系数的选择如下:

　　(1)状态观测器中系数的选择

　　状态观测的值可以选择，要使C(p)为一胡尔维茨多项式。