基于TMS320F2812的某型光電跟瞄平臺控制電路設計

摘要：為了實現(xiàn)光電跟瞄平臺的控制回路功能，通過分析其系統(tǒng)構成以及伺服平臺控制器進行數(shù)字化設計的必要性，提出了基于TMS320F28 12的一種全數(shù)字穩(wěn)定平臺伺服系統(tǒng)的設計，實現(xiàn)了DSP數(shù)字電路和電機驅動電路的設計驗證工作。試驗結果表明該電路較好地滿足了控制回路的需求，控制精度高，運算實時性好。
關鍵詞：TMS320F2812；穩(wěn)定平臺；數(shù)字伺服系統(tǒng)；DSP

0 引言
穩(wěn)定跟蹤平臺由于能隔離載體(戰(zhàn)車、導彈、飛機、艦船)的運動，對目標進行自動跟蹤，所以在現(xiàn)代武器系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。對于各種車載、艦載、機載和彈載類光電成像設備，要求在載體的運動過程中成像清晰。穩(wěn)定平臺的主要功能是：保證視軸穩(wěn)定，克服載體姿態(tài)變化對跟蹤系統(tǒng)的影響，同時要在控制指令的驅動下完成對目標的捕獲和跟蹤。它的成像穩(wěn)定一般有三種方式：機械穩(wěn)像、光學穩(wěn)像、電子穩(wěn)像。機械穩(wěn)像一般有陀螺直接穩(wěn)像和穩(wěn)定平臺穩(wěn)像兩種。陀螺直接穩(wěn)像通過將被穩(wěn)定的光學系統(tǒng)或成像器件安裝到一個旋轉的陀螺上，利用陀螺的自穩(wěn)定特性實現(xiàn)視軸的穩(wěn)定；穩(wěn)定平臺穩(wěn)像是將光學系統(tǒng)及成像器件安裝在一個裝有慣性傳感器陀螺的平臺上，形成陀螺穩(wěn)定平臺。
通過對穩(wěn)定平臺數(shù)字控制器進行需求分析以及對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)字控制處理領域的高性能數(shù)字信號處理器，最高工作頻率可達150 MHz，是目前廣泛用于電機控制領域的32位定點DSP芯片。乘法運算是CPU運算中最費時的一種運算，在處理乘法運算方面，F(xiàn)2812的CPU集成了一個16×16位的硬件乘法器，能夠很方便地進行16×16位和32×32位的乘法運算。F2812具有數(shù)字信號處理能力、強大的事件管理能力以及嵌入式控制功能。本文基于TMS320F2812設計了一套穩(wěn)定平臺控制電路。

1 系統(tǒng)組成及描述
穩(wěn)定平臺系統(tǒng)主要由臺體及控制電路組成。其中臺體由框架、測角器、電機和測速陀螺組成。穩(wěn)定平臺根據(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)定平臺的系統(tǒng)組成，如圖1所示。

圖中：1為方位電機；2為方位旋轉變壓器；3為俯仰旋轉變壓器；4為俯仰電機；5，6為光纖陀螺：7為光學系統(tǒng)及紅外探測器。
該穩(wěn)定平臺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在空間具有了穩(wěn)定視線功能。在此基礎上，由平臺、成像系統(tǒng)和圖像跟蹤器構成目標跟蹤控制回路。

平臺利用速率陀螺來測量臺體在偏航和俯仰方向上的空間角速率，構成速率穩(wěn)定回路，回路結構簡如圖2所示。當載體運動產(chǎn)生的干擾力矩作用于平臺時，臺體產(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產(chǎn)生相反的力矩來平衡干擾力矩從而使光軸對慣性空間穩(wěn)定。