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高精度数字稳定平台控制系统设计与实现
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更新于2023-05-28
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针对高精度数字稳定平台稳定跟踪目标、快速隔离扰动的要求,设计一款基于浮点型DSP控制器TMS320F28335的数字稳定平台系统。选用高精度测量元件提高系统测量精度;引入电流环提高系统控制精度、动态特性及隔离扰动能力;通过调零调漂补偿电路、硬件滤波电路及数字滤波算法设计保证陀螺采样精度。系统测试表明,该稳定平台系统能精确、稳定地跟踪目标并能有效地隔离载体扰动。
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高精度数字稳定平台控制系统设计与实现高精度数字稳定平台控制系统设计与实现
针对高精度数字稳定平台稳定跟踪目标、快速隔离扰动的要求,设计一款基于浮点型DSP控制器
TMS320F28335的数字稳定平台系统。选用高精度测量元件提高系统测量精度;引入电流环提高系统控制精
度、动态特性及隔离扰动能力;通过调零调漂补偿电路、硬件滤波电路及数字滤波算法设计保证陀螺采样精
度。系统测试表明,该稳定平台系统能精确、稳定地跟踪目标并能有效地隔离载体扰动。
0 引言引言
陀螺
稳定平台控制系统实现数字化,能克服以模拟电路实现为主的控制系统中体积大、成本高、故障频繁、很难将控制精度提
高到1%以上的级别、漂移误差影响等缺陷。鉴于国内大部分稳定控制系统的控制芯片为定点型芯片,其浮点运算能力有限,
参考文献[3]设计伺服跟踪控制器以定点DSP芯片为核心、FPGA为辅助处理器的控制结构。而本设计以浮点型DSP芯片为主控
芯片,提高数据处理速度和计算精度,使实现电流环、速度环、位置环多闭环复合控制成为可能。
1 稳定平台系统结构及原理稳定平台系统结构及原理
稳定平台结构设计常采用双轴或三轴框架式结构,不同方向轴结构类似,均由负载、执行器、测量元件、功率放大器组
成。为满足各项技术指标,实现高的稳定和跟踪精度,不仅需要精心设计机械结构和合理选择各类元器件,而且需要设计可靠
的控制方案。本设计采用电流环、速度环、位置环组合的多闭环复合控制方案。
稳定平台装置控制框图如图1所示,稳定平台装置控制分为两种模式:系统静止状态下的
2 控制系统硬件设计实现控制系统硬件设计实现
该稳定平台控制系统分为方位轴和俯仰轴两个自由度的运动控制,控制系统在这两个方向上硬件结构基本一致,方位控制
板硬件结构示意图如图2所示,主要可以分为信号采集、电机驱动和信息交互三部分。
稳定平台系统的控制过程:采样电阻采集力矩电机电流大小传送给DSP主控制器,同时陀螺敏感到平台在惯性空间的角
速度信号,经过A/D转换后变为数字信号传送给DSP主控制器,并且旋转变压器感应到的平台位置信号经过轴角粗精通道编码
后,也传送到DSP主控制器,在DSP主控制器中经过信号处理和多闭环组合控制算法处理后,产生控制力矩电机的信号,以
抵消扰动力矩使平台稳定并跟踪目标。
2.1 检测元件的选择检测元件的选择
2.1.1 角度测量元件选择
由于系统使用环境存在大冲击等恶劣因素,电机角度采样装置除了需要能精确地反映电机真实的转角外,还需要有较强的
抗冲击和抗误差能力。旋转变压器是在测角系统中广泛采用的一种高精度角度传感器,其精度高,动态性能好,抗干扰能力
强,尤其适用于高温、严寒、潮湿、高速、振动等环境恶劣、旋转编码器无法正常工作的场合。由于粗机测量范围大但精度
低,精机测量范围小但精度高,在测量电机角度时一般都采用粗精组合的方式获取准确角度。本系统设计根据要求可以将粗精
通道数据组合成测量范围为180°的16位整型数据,即测量精度可达到0.047 9 mrad。
2.1.2 速度敏感元件选择
动力调谐陀螺仪与常用的输出位置信号的液浮陀螺不同,该陀螺输出的是速率信号。光纤陀螺输出为速率信号,但其对供
















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