基于TMS320F2812的某型光電跟瞄平臺(tái)控制電路設(shè)計(jì)

摘要：為了實(shí)現(xiàn)光電跟瞄平臺(tái)的控制回路功能，通過分析其系統(tǒng)構(gòu)成以及伺服平臺(tái)控制器進(jìn)行數(shù)字化設(shè)計(jì)的必要性，提出了基于TMS320F28 12的一種全數(shù)字穩(wěn)定平臺(tái)伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了DSP數(shù)字電路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)驗(yàn)證工作。試驗(yàn)結(jié)果表明該電路較好地滿足了控制回路的需求，控制精度高，運(yùn)算實(shí)時(shí)性好。
關(guān)鍵詞：TMS320F2812；穩(wěn)定平臺(tái)；數(shù)字伺服系統(tǒng)；DSP

0 引言
穩(wěn)定跟蹤平臺(tái)由于能隔離載體(戰(zhàn)車、導(dǎo)彈、飛機(jī)、艦船)的運(yùn)動(dòng)，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)跟蹤，所以在現(xiàn)代武器系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。對(duì)于各種車載、艦載、機(jī)載和彈載類光電成像設(shè)備，要求在載體的運(yùn)動(dòng)過程中成像清晰。穩(wěn)定平臺(tái)的主要功能是：保證視軸穩(wěn)定，克服載體姿態(tài)變化對(duì)跟蹤系統(tǒng)的影響，同時(shí)要在控制指令的驅(qū)動(dòng)下完成對(duì)目標(biāo)的捕獲和跟蹤。它的成像穩(wěn)定一般有三種方式：機(jī)械穩(wěn)像、光學(xué)穩(wěn)像、電子穩(wěn)像。機(jī)械穩(wěn)像一般有陀螺直接穩(wěn)像和穩(wěn)定平臺(tái)穩(wěn)像兩種。陀螺直接穩(wěn)像通過將被穩(wěn)定的光學(xué)系統(tǒng)或成像器件安裝到一個(gè)旋轉(zhuǎn)的陀螺上，利用陀螺的自穩(wěn)定特性實(shí)現(xiàn)視軸的穩(wěn)定；穩(wěn)定平臺(tái)穩(wěn)像是將光學(xué)系統(tǒng)及成像器件安裝在一個(gè)裝有慣性傳感器陀螺的平臺(tái)上，形成陀螺穩(wěn)定平臺(tái)。
通過對(duì)穩(wěn)定平臺(tái)數(shù)字控制器進(jìn)行需求分析以及對(duì)硬件性能方面的比較之后，該系統(tǒng)電路的處理器選用TI公司的TMS320F2812。這是一款用于數(shù)字控制處理領(lǐng)域的高性能數(shù)字信號(hào)處理器，最高工作頻率可達(dá)150 MHz，是目前廣泛用于電機(jī)控制領(lǐng)域的32位定點(diǎn)DSP芯片。乘法運(yùn)算是CPU運(yùn)算中最費(fèi)時(shí)的一種運(yùn)算，在處理乘法運(yùn)算方面，F(xiàn)2812的CPU集成了一個(gè)16×16位的硬件乘法器，能夠很方便地進(jìn)行16×16位和32×32位的乘法運(yùn)算。F2812具有數(shù)字信號(hào)處理能力、強(qiáng)大的事件管理能力以及嵌入式控制功能。本文基于TMS320F2812設(shè)計(jì)了一套穩(wěn)定平臺(tái)控制電路。

1 系統(tǒng)組成及描述
穩(wěn)定平臺(tái)系統(tǒng)主要由臺(tái)體及控制電路組成。其中臺(tái)體由框架、測(cè)角器、電機(jī)和測(cè)速陀螺組成。穩(wěn)定平臺(tái)根據(jù)使用要求的不同可以由兩軸、三軸及多軸組成，下面著重介紹兩軸穩(wěn)定平臺(tái)的系統(tǒng)組成，如圖1所示。

圖中：1為方位電機(jī)；2為方位旋轉(zhuǎn)變壓器；3為俯仰旋轉(zhuǎn)變壓器；4為俯仰電機(jī)；5，6為光纖陀螺：7為光學(xué)系統(tǒng)及紅外探測(cè)器。
該穩(wěn)定平臺(tái)具有方位和俯仰基本相同的兩套穩(wěn)定控制回路，通過這兩套控制回路使平臺(tái)在空間具有了穩(wěn)定視線功能。在此基礎(chǔ)上，由平臺(tái)、成像系統(tǒng)和圖像跟蹤器構(gòu)成目標(biāo)跟蹤控制回路。

平臺(tái)利用速率陀螺來測(cè)量臺(tái)體在偏航和俯仰方向上的空間角速率，構(gòu)成速率穩(wěn)定回路，回路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)如圖2所示。當(dāng)載體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的干擾力矩作用于平臺(tái)時(shí)，臺(tái)體產(chǎn)生的角速率被陀螺敏感，其輸出電壓經(jīng)過控制電路處理后送給力矩電機(jī)產(chǎn)生相反的力矩來平衡干擾力矩從而使光軸對(duì)慣性空間穩(wěn)定。