單片機和CPLD的望遠鏡伺服控制器設(shè)計

式中，λ是濾波器參數(shù)。如圖5所示，點畫線內(nèi)的部分可等效為反饋控制器：

當模型匹配時，存在內(nèi)?？刂葡到y(tǒng)閉環(huán)為一慣性環(huán)節(jié)。它的時間可以依據(jù)需要進行調(diào)節(jié)，λ值小有利于動態(tài)性能，λ值大則有利于增強魯棒性。對于內(nèi)?？刂破鬏敵霾伙柡投?，其等效于反饋控制器PI，因而，系統(tǒng)對階躍輸入和階躍擾動的穩(wěn)態(tài)誤差為零，其抗干擾能力與常規(guī)PI完全一致。采用增量式PID控制算法，控制變量為：

式中，ek為第k步時刻速度誤差，Ts為采樣周期，μ(k)為當前控制量輸出。

4 實驗結(jié)果
采用基于高速單片機C8051F120和CPLDEPM570T100設(shè)計的伺服控制器硬件平臺，實現(xiàn)大型望遠鏡轉(zhuǎn)臺的速度控制，驅(qū)動功率級采用H橋雙極性功率放大器，反饋采用直徑為413 mm的圓光柵，柵道64800，細分1000，分辨率為0．02／s，采樣周期1 ms，控制回路計算時間測得為120μs，包含圓光柵數(shù)據(jù)讀取時間。望遠鏡的一轉(zhuǎn)臺的速度傳遞函數(shù)為：

利用板上的通信口發(fā)送實際的速度值(波特率115200bps，1ms發(fā)送1次)，由上位計算機記錄數(shù)據(jù)，測得的速度響應(yīng)曲線如圖6所示。起始階段電機以20／s的低速度運行，中間升至1800／s，最后達到3600／s，可見每個階段的速度都非常平穩(wěn)。在實際數(shù)據(jù)處理時，需要對零
位信號時刻的圓光柵數(shù)據(jù)進行處理，因該光柵有零位信號輸出，計算速度時要進行合理的辨別方向和大小分析處理。

結(jié)語
本文采用高速單片機和CPLD組成望遠鏡伺服控制器，實現(xiàn)了圓光柵四倍頻細分電路、計數(shù)模塊以及電機PWM驅(qū)動控制信號產(chǎn)生，并用單片機實現(xiàn)了內(nèi)?？刂扑惴?、LCD顯示和數(shù)據(jù)通信等功能。最終通過實驗驗證了該系統(tǒng)的可行性。