数控技术
数事共与或用
基于DSP+FPGA的两轴稳定平台控制系统设计
李衡曹文喆
(四川九洲电器集团有限责任公司
四川绵阳621000)
摘要：为了实现两辑稳定平台的控制,设计了一种基于DSP+FPGA架构的伺服控制系统,轴述了该系统的组成及工作原理,并给出了具体硬件电路设计和相关的软件设计。开展相关验证工作,结果表明,该系统具有较高的响应速度和稳定精度,两轴的隔离度均小于2%能够有效的隔离载体扰动。同时，该系统为后续复杂的控制算法提供了验证平台。
关键调：TMS320C28346稳定平台控制系统陀螺
中图分类号：TP273
文献标识码：A
稳定平台控制系统由伺服控制器、稳定平台以及负载等组成。在工作时，需要实时地获取负载的角速度和角位置信息，从面形成个闭环系统，通过不断地调整姿态或位置来隔离载体运动带来的扰，从而精确保持动态姿态基准"。由于目前控制系统对精度、运算量以及实时性都有比较高的要求，所以通常采用DSP做为控制器的运算核心，使得复杂的算法以及功能能够快速的实现。本文设计的稳定平台控制系统采用TI公司的TMS320C28346DSP芯片作为运算单元，其工作频率达到300Hz，具有强大浮点运算能力，片内集成了516KRAM，同时，本设计还有采用FPGA作为接口器件，能够方便
灵活的扩展A/D转换器D/A转换器以及各种接口的传感器。 1系统结构及工作原理
方位陀螺
方位编码器
解仰陀器方位编码器
方位输
方位电机
图1稳定平台两框架示意图
置：
收移日期：2016-04-18
化置性
谢电机
御轴
高变控
文章编号:1007-9416(2016)06-0006-03
稳定平台主要由框架，角度传感器，电机和速度传感器组成，稳定平台根据需求的不同，可以采用两轴、三轴或两轴四框架等结构形式，本设计中采用的是两轴结构形式，组成框图如图1所示，外框架为方位椎架，内椎架为筛仰椎架。
该稳定平台具有方位和筛仰两套独立的稳定控制回路，两个控制回路结合起来可使安装内框的光学相机在空闻中具有稳定视轴的功能。系统采用高精度光电编码器作为角位置传感器以及高精度的速率陀媒作为速度传感器，方位框和仰椎分别安装一个陀螺，敏感轴与安装框架旋转方向平行，控制系统利用陀螺测量的空间角速率来构成速度稳定回路，当载体运动产生的扰动耦合到平台时，其角速率被框架上的陀螺敏感，陀螺输出的信号经控制系统处理后，产生的相反力矩来平衡干扰力矩，从面保证视轴在惯性空间的稳定。同时整个控制系统采用申级多闭环控制的结构形式，由内置外依次为速度稳定环以及位置环。稳定控制回路的示意图如图2所示，
2硬件电路设计
2.1电路总体设计
控制器硬件电路由TI公司的浮点DSPTMS320C28346，以及 Xilinx公司的Spartan-6系列XC6SLX75FPGA，以及外围的辅助电路组成，辅助电路包括A/D转换电路、D/A转换电路、RS422接口电路以及电源电路、电平转换电路和保护电路等。系统外扩了512K ×16bit的SRAM作为运算数据存储单元，外挂了8M×16bit的 FLASH芯片用于程序存储，采用一片AD7609外扩8路模数转换输入端口，用于陀螺数据的采集；采用2片AD5574作为数模输出端口，将方位轴和筛仰轴的控制电压输出给电机驱动器，采用2片MAX490E 做为RS422桥接芯片外接SSI接口的角编码器；采用1片MAX490E连
扰动
动
P 角编码器
图2控制回路示意图
作者简介李衡(1981一),男，四川德阳人，工程师,研究生学历，主要研究方向：电路设计和自动控制；曹文喆(1986一)女,河北石家庄人，工程师
研究生学历，主要研究方向：信号分析处理。