一種基于tms320f2812的隨動控制平臺的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于應用于光電成像技術領域的控制平臺，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】
[0002]光電成像在目標探測、導弓丨、偵察等領域應用廣泛，為滿足各項需求，探測圖像需清晰。由于進行光電成像時需將光電載荷安裝在飛機、艦船等移動設備上，晃動使成像器對目標成像模糊，無法滿足后續處理。為了使光電載荷在成像期間保持穩定，成像清晰，需將其安裝在隨動穩定系統中，來隔離外部擾動，并將光電載荷對準目標，便于清晰成像。
[0003]隨動穩定系統為光電載荷提供航向、俯仰兩軸穩定平臺，實現精確指向目標和隔離外部擾動的功能。隨動穩定系統由隨動控制平臺、反饋元件、執行元件和隨動框架組成。在隨動穩定系統中，隨動控制平臺是系統控制核心，根據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來實現載荷穩定和精確指向。以往基于普通單片機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定度的要求。
[0004]隨著自動化水平的不斷發展和數字信號處理器DSP(后文簡稱DSP)的廣泛應用，高性能的數字化隨動控制平臺已成為控制系統發展的趨勢。亟需研制一種新型的數字化隨動控制平臺，保證其高精度、高可靠性，使隨動穩定系統精確控制能力大大提高。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的技術問題是提供TMS320F2812的隨動控制平臺，從而能夠在光電載荷中實現航向、俯仰兩軸的精確指向和隔離外部擾動的功能。
[0006]為了實現這一目的，本發明采取的技術方案是:
[0007]一種基于TMS320F2812的隨動控制平臺，應用此隨動控制平臺的隨動穩定系統由隨動控制平臺、反饋元件、執行元件和隨動框架組成；光電載荷安裝在隨動穩定系統中，通過隨動穩定系統為光電載荷提供航向、俯仰兩軸穩定平臺，實現精確指向目標和隔離外部擾動的功能；隨動穩定系統中，以角位置傳感器和角速度傳感器作為反饋元件，以直流力矩電機作為執彳丁兀件，以隨動fe制平臺為fe制核心并運7Txfe制算法；隨動fe制平臺根據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來實現隨動框架的精確指向和隔離擾動；隨動穩定系統為雙閉環控制系統，外環為位置回路，實現精確指向功能；內環為速度回路，實現隔離擾動功能。
[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驅動模塊、通信接口、電源/復位模塊；
[0009](I)電源/復位模塊包括DSP的1電源3.3V，核電源1.9V，數字芯片使用的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轉換器所需的模擬5V電源，數字5V電源，模擬+15V電源，模擬-15V電源；復位模塊產生DSP所需的復位信號，保證DSP的正確運行；
[0010](2)TMS320F2812主控模塊包括DSP、數據總線、地址總線和控制總線；DSP通過數據總線、地址總線和控制總線完成對角位置傳感器數據的讀取，通過DSP內嵌的一個SCI模塊配合通訊模塊中的電平轉換完成與其他設備的通訊,通過DSP內嵌的PffM模塊配合PffM驅動模塊中的光電稱合器和功放芯片完成直流力矩電機的驅動，通過DSP內嵌的另一個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換芯片實現角速度傳感器的選通和數據讀取；TMS320F2812主控模塊采集角速度和角位置信息作為反饋信號，輸出PWM信號驅動直流力矩電機，實現隨動穩定系統的高精度閉環控制；
[0011](3)角位置信號采集模塊為TMS320F2812主控模塊提供當前隨動機構框架與電機軸的角位置信息，角位置傳感器為模擬電壓輸出，經角位置信號采集模塊中的低噪聲信號調理單元處理后由角位置信號采集模塊中的模數轉換器轉換為數字信號；
[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轉換器基準電壓同源，電位器采用基準+10V、-1OV和-2V供電，+1V由模數轉換器基準電源2.5V同相放大4倍得到，-1OV由模數轉換器基準電源2.5V反相放大4倍得到，-2V由模數轉換器基準電源
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轉換器進行采集，俯仰電位器輸出信號范圍-2V?+10V，經過電壓跟隨器將其輸入到模數轉換器進行采集；為了滿足采樣定理，在模數轉換器采樣前對傳感器信號進行RC低通濾波，截至頻率設計為160Hz ;模數轉換器采用16位高精度AD轉換器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主控模塊提供當前隨動機構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；光纖陀螺為數字輸出，具有RS485數據接口和選通接口，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換芯片MAX3490實現選通接口，通過DSP內嵌SCI模塊和角速度傳感器采集模塊中的電平轉換芯片MAX3490實現數據接口 ；DSP在一個控制周期內，分別選通航向光纖陀螺和俯仰光纖陀螺，通過數據接口獲取當前航向角速度值和俯仰角速度值；
[0014](5) PffM驅動模塊采用光電耦合器隔離和雙H橋功放芯片實現，主控模塊輸出數字化PffM信號，經光電耦合器隔離和功放后驅動隨動穩定系統中的直流力矩電機；
[0015](6)通訊接口模塊為RS422接口，與其他設備進行通訊。
[0016]進一步的，如上所述的一種基于TMS320F2812的隨動控制平臺，其中:PWM驅動模塊以L6206驅動芯片為核心，實現直流力矩電機驅動功能；電機驅動電路與DSP的PffM控制信號通過光電耦合器實現電氣隔離；DSP通過GP1控制L6206的使能，通過PffM信號的占空比控制L6206輸出的驅動電壓；L6206內部為雙全橋電路，具有死區控制單元，并聯使用輸出驅動電流最大為5.6A DC。
[0017]進一步的，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內部SCI+通訊模塊中的電平轉換芯片MAX3490實現，與其它設備進行通訊。
[0018]進一步的，如上所述的一種基于TMS320F2812的隨動控制平臺，其中:電源/復位模塊采用TI公司的TPS767D301實現DSP核電壓1.9V、10電壓3.3V和平臺主電源3.3V的轉換，采用延時芯片TPS3838K33實現核電壓和1電壓的上電順序控制，采用DCP010505實現光電耦合器所需的隔離電壓5V ;采用TPS767D301輸出的專用復位信號作為隨動控制平臺的復位。
[0019]本發明的有益效果在于: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定系統的控制核心，對實現隨動穩定系統精確指向和高穩定度起重要作用。這種隨動控制平臺以數字化元件和高精度模塊實現了數據采集，以數字化脈寬調制信號PffM實現了電機驅動，并采用隨動控制專用的主控芯片TMS320F2812運行高精度控制算法，在控制精度和抗干擾能力上較傳統的控制平臺均有大幅提高，能夠在光電載荷中實現航向、俯仰兩軸的精確指向和隔離外部擾動等功能，彌補了基于單片機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。
【附圖說明】
[0020]圖1為隨動穩定系統結構圖；
[0021]圖2為本發明的隨動控制平臺的結構原理圖；
[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。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖和實例對本發明作進一步描述。
[0025]一種基于TMS320F2812的隨動控制平臺，應用此隨動控制平臺的隨動穩定系統如圖1所示，由隨動控制平臺、反饋元件、執行元件和隨動框架組成；光電載荷安裝在隨動穩定系統中，通過隨動穩定系統為光電載荷提供航向、俯仰兩軸穩定平臺，實現精確指向目標和隔離外部擾動的功能；隨動穩定系統中，以角位置傳感器和角速度傳感器作為反饋元件，以直流力矩電機作為執行元件，以隨動控制平臺為控制核心并運行控制算法；隨動控制平臺根據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來實現隨動框架的精確指向和隔離擾動；隨動穩定系統為雙閉環控制系統，外環為位置回路，實現精確指向功能；內環為速度回路，實現隔離擾動功能。
[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驅動模塊、通信接口、電源/復位模塊；
[0027](I)電源/復位模塊包括DSP的1電源3.3V，核電源1.9V，數字芯片使用的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轉換器所需的模擬5V電源，數字5V電源，模擬+15V電源，模擬-15V電源；復位模塊產生DSP所需的復位信號，保證DSP的正確運行；在本具體實施例中，電源/復位模塊采用TI公司的TPS767D301實現DSP核電壓L9V、1電壓3.3V和平臺主電源3.3V的轉換，采用延時芯片TPS3838K33實現核電壓和1電壓的上電