基于PXI总线舰载光电经纬仪伺服控制系统

　　0　引言

　　随着新型武器朝着大射程,速度快等方向发展,对于武器测量检测装备的性能要求也越来越高。与陆基光电经纬仪不同,船载经纬仪直接安装在舰船甲板上,由于舰船摇摆以及风阻力矩的干扰,对经纬仪的视轴稳定性将产生明显影响,造成电视图像模糊,跟踪稳定性下降,甚至有可能丢失目标。为减小这种干扰引起的误差,保证系统的跟踪精度,伺服系统需采取措施来实现船摇自稳定。

　　考虑空间位置的限制、环境因素的影响,以及可维修性能要求高等因素,舰载装备对分系统的集成度要求较高,以往基于PC104工控机的结构设计已很难适应装备各系统融合设计的要求。PXI ( PCI Extension for Instrumentation)是由美国NI公司于1997年发布的一种新的开放性、模块化仪器总线规范。PXI结合PCI的电气特性和欧洲卡机械封装以及高性能IEC连接器,使之具有PCI总线的高性能和欧洲卡结构的高可靠性。

        本文在分析伺服控制器的工作原理及结构的基础上,利用DSP和FPGA等器件对硬件电路进行设计,同时论述了系统参数的具体分析与设计[1-2]。

　　1　系统工作原理

　　伺服系统是由方位和俯仰两套相互独立工作又相互配合的跟踪系统组成,除方位有正割补偿外,方位与俯仰系统的控制结构基本相同,均以速度反馈为内环,位置反馈为外环的双闭环控制系统。在速度回路中,速度反馈值是对编码器数据差分得到。针对舰载经纬仪工作特点,在系统控制方式上采用了数引-电视两维复合控制方式。因为数引跟踪快速捕获能力强,容易构成复合控制以提高跟踪精度,所以是一种非常有效的跟踪手段,但这种工作方式在跟踪过程中,引导位置与空间目标实际位置的误差大小完全取决于引导信息源的精度,因此跟踪精度通常不高。电视自动跟踪是由电视测量系统测出与目标的偏差,并根据偏差控制仪器自身跟踪目标。这种方式的跟踪精度可以达到很高,但是由于电视视场很小,其捕获能力差,抗干扰能力不强。在海况恶劣的情况下,当目标在电视视场中丢失后就很难再次捕获。数引-电视两维复合跟踪方式,利用数引跟踪方式来快速捕获目标,并抑制船摇的扰动,实现自稳定功能,通过电视跟踪来修正因引导源和船摇产生的系统误差,从而取得高精度跟踪测量效果。原理框图如图1所示。

　　该控制结构类似于三闭环控制系统,它在数引双闭环控制结构的基础上再增加一电视外环控制回路。电视调节器通常设计成一个纯积分环节,其输入是电视脱靶量,输出值加到数引调节器的输入端,用于实时修正引导源和船摇产生的误差,从而进一步提高跟踪精度。另外为防止电视调节器出现积分饱和,在对目标进行捕获阶段通常将电视外环断开,采用数引方式快速捕获目标,当目标稳定出现在视场内后再将电视外环接入以进一步提高跟踪精度。