【正文】 、的電平高低狀態(tài)，保證收發(fā)時序不發(fā)生沖突，實現(xiàn)編碼器和SSP的正常通信。 發(fā)送位置值及附加信息的典型指令順序首先SSP0接口發(fā)送模式指令(001001)，指示編碼器發(fā)送位置值并接收存儲區(qū)選擇碼，編碼器響應(yīng)后發(fā)送位置值，SSP0接口接著發(fā)送MRS碼(與附加信息相對應(yīng))，一個通信周期結(jié)束。錯誤標(biāo)志位之后為編碼器從最低有效位(LSB)開始發(fā)送的絕對位置值，位置信息的長度取決于編碼器，本系統(tǒng)中使用的是位置值為25Bits的編碼器。 位置信號采集電路系統(tǒng)中采用的差分總線收發(fā)器SN75176B實現(xiàn)了在多點總線傳輸線上進行雙向數(shù)據(jù)通信的功能。位置信息包含一個起始標(biāo)志位和兩個獨立的錯誤信息位，后續(xù)電子設(shè)備可以完成數(shù)據(jù)的校驗及應(yīng)答，提高了系統(tǒng)的安全性。綜上所述，經(jīng)過多方比較，本系統(tǒng)選用電子式絕對編碼器——，鑒于此編碼器的同步傳輸數(shù)據(jù)的工作特性，系統(tǒng)設(shè)計LPC2368的SSP口(同步串行接口)和EnDat編碼器通信，電路結(jié)構(gòu)非常簡單，不需要昂貴的專用解碼芯片，也沒有采用額外的CPLD來處理編碼器數(shù)據(jù)，僅通過差分總線收發(fā)器與同步串口配合工作就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，具體實現(xiàn)過程將在后面詳細介紹。(4)功率部分的電流較大，容易引起功率器件的發(fā)熱，溫度過高甚至?xí)粜酒?，系統(tǒng)中針對MC33486和MOS管進行了散熱處理。在實際控制過程中，根據(jù)不同的定位精度選用適宜的信號，提高了控制過程的準(zhǔn)確性和精確性。電路中的DDDD7四個二極管起到穩(wěn)壓作用，保證輸出電壓的范圍為0~24V，起到保護電機的作用。 伺服電機參數(shù)方位向電機俯仰向電機電機型號：J110LYX03J110LYX01空載轉(zhuǎn)速電壓：27V27V空載轉(zhuǎn)速：400 r/min540 r/min峰值堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩：53連續(xù)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩：2峰值堵轉(zhuǎn)電流：連續(xù)堵轉(zhuǎn)電流： 電機驅(qū)動電路設(shè)計由上述分析可知，電機輸出電流較大，因此控制芯片應(yīng)選擇電流承受能力大的產(chǎn)品，本系統(tǒng)采用摩托羅拉雙高端開關(guān)器件MC33486。當(dāng)系統(tǒng)上、下電時復(fù)位電路可保護存儲器和微控制器，防止掉電條件的產(chǎn)生。本系統(tǒng)中使用DS18B20作為溫度傳感器。基本的串行通信功能只需要RXD、TXD和GND三根信號線即可以完成。為了提高電源質(zhì)量，減少噪聲干擾，本系統(tǒng)的電源電路設(shè)計將包括輸入濾波和電壓轉(zhuǎn)換兩部分。216。216。伺服系統(tǒng)的硬件設(shè)計是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)。 速度環(huán)結(jié)構(gòu)框圖ASR為速度調(diào)節(jié)器，由于速度環(huán)中已經(jīng)包含了一個積分環(huán)節(jié)，為了實現(xiàn)動態(tài)抗干擾性能好，轉(zhuǎn)速無靜差的要求，速度環(huán)的調(diào)節(jié)器應(yīng)采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 ()結(jié)合式() ()令，則 ()TS為典型的II型系統(tǒng)，按照工程上II型系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的參數(shù)設(shè)計規(guī)則[19]，即 = () ()其中h為中頻寬，按跟隨性和抗干擾性都較好的原則，取h=5。電樞電流Id經(jīng)放大系數(shù)β作用后，以電壓形式作為反饋信號，和速度調(diào)節(jié)器的輸出信號構(gòu)成一個完整的閉環(huán)——電流環(huán)，β和系統(tǒng)的硬件相關(guān)。在本系統(tǒng)中共有電流檢測、電壓檢測、位置檢測三個環(huán)節(jié)。在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，更需要突出快速響應(yīng)，主要表現(xiàn)為一方面要求調(diào)節(jié)過程要快；另一方面要求被調(diào)量的上升率要大。第七章 總結(jié)與展望；對全文的工作進行總結(jié)，并提出系統(tǒng)需要進一步完善的工作。硬件部分：伺服控制系統(tǒng)的硬件主要分為運動控制模塊、通信模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、信號檢測模塊和電源模塊。70年代開始，機動目標(biāo)跟蹤理論開始得到廣泛的關(guān)注。全自動目標(biāo)跟蹤儀通過對目標(biāo)的跟蹤，獲取目標(biāo)實時狀態(tài)，并向控制總部發(fā)回信息，指導(dǎo)對跟蹤目標(biāo)的攻擊，其發(fā)現(xiàn)和跟蹤目標(biāo)的性能很大程度上決定了情報的準(zhǔn)確性，從而影響了戰(zhàn)爭的走勢。本文主要完成伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計。本文詳細介紹了該編碼器與微控制器SSP接口之間的通信電路設(shè)計以及軟件實現(xiàn)流程。現(xiàn)在無論是從技術(shù)角度還是從需求角度來講，都應(yīng)該研制一個全自動跟蹤產(chǎn)品。目標(biāo)跟蹤和告警，目標(biāo)指示精度可達1mrad，虛警率小于1次/h。軟件部分：主要包括對UART、CAN、DS18B20四個模塊的底層驅(qū)動程序的編寫。伺服系統(tǒng)主要包括運動控制模塊、通信模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、信號檢測模塊和電源模塊五大部分，其中運動控制模塊是整個系統(tǒng)的核心。，伺服控制組件包括控制器和功率放大器兩部分，控制器負責(zé)接收由圖象處理模塊提供的目標(biāo)偏差信息，將其作為輸入信號引入伺服控制回路，同時通過同步串口(SSP)反饋回路讀取EnDat位置編碼器采集到的位置信息，得到位置反饋信號，位置值經(jīng)微分作用后得到速度反饋信號，通過A/D通道讀取電樞反饋電流值。一般速度調(diào)節(jié)以動態(tài)穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)精度為主，對快速性的要求可以差一些，所以轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器，即可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。 雙極式可逆PWM變換器的電壓、電流波形 ()定義占空比ρ= Ud/US，則ρ與ton的關(guān)系為 ()調(diào)速過程中，ρ的變化范圍為－1～1。在設(shè)計多環(huán)調(diào)節(jié)器時，要按照先內(nèi)后外的原則，先設(shè)計電流環(huán)調(diào)節(jié)器，然后把電流環(huán)看做一個整體設(shè)計速度環(huán)的調(diào)節(jié)器[14][15]；同理，再把速度環(huán)、電流環(huán)看做一個整體，設(shè)計位置環(huán)的調(diào)節(jié)器。因此位置環(huán)采用PID調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 ()由速度環(huán)的開環(huán)傳遞函數(shù)可以得出位置環(huán)的簡化結(jié)構(gòu)框圖。216。微控制器的種類有很多種，其中ARM在性能和功耗上有很大優(yōu)勢。因此系統(tǒng)具備采集反饋電流和驅(qū)動電機的功能。發(fā)光二極管D2是系統(tǒng)工作電壓指示燈。 CAN控制器接口電路電路中的CTM8251AT是一款內(nèi)部集成了CAN隔離及CAN收、發(fā)器件的芯片，CAN總線通過該芯片的兩個輸出端CANL和CANH與物理總線相連，CANL端只能是低電平或懸浮狀態(tài)，CANH端的狀態(tài)只能是高電平或懸浮狀態(tài)。測溫范圍為55℃～+125℃，足夠滿足系統(tǒng)的測溫范圍。在本系統(tǒng)中，只使用了引腳，當(dāng)同時接通JP4和JP5時，引腳檢測到下降沿，系統(tǒng)被強制復(fù)位。VBAT為驅(qū)動芯片的供電電壓；CurR實現(xiàn)電流的鏡像功能，該管腳輸出電流為電樞電流的1/3700；ST用來指示芯片的非正常工作狀態(tài)，芯片正常工作情況下，引腳輸出高電平，當(dāng)輸出狀態(tài)變?yōu)榈蜁r，微控制器檢測到該芯片處于故障檢測模式，將停止發(fā)出PWM波形；IN1和IN2受LPC2368直接控制。電機的峰值堵轉(zhuǎn)電流不在過流保護范圍內(nèi)，因此不能依靠芯片自身的過流保護功能，需要在控制程序中設(shè)定電流閾值來限制堵轉(zhuǎn)，以免過流時間過長而損壞芯片。 JTAG接口電路為測試系統(tǒng)復(fù)位信號，由目標(biāo)系統(tǒng)產(chǎn)生，用于復(fù)位調(diào)試器。本系統(tǒng)中采用絕對式位置編碼器采集位置反饋值，提高了數(shù)據(jù)反饋速度，保證了控制系統(tǒng)的快速性。(1)高性能低成本只要一個接口就能實現(xiàn)所有數(shù)據(jù)的雙向傳輸，內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)部件和接收芯片簡化了后續(xù)電子設(shè)備。因此硬件設(shè)計采用RS485差分線路接收器和驅(qū)動器，避免了收發(fā)時序發(fā)生沖突。當(dāng)DE()為高電平時，微控制器向編碼器發(fā)送模式指令信號，MOSI0上的數(shù)據(jù)有效，數(shù)據(jù)經(jīng)過內(nèi)部驅(qū)動器，轉(zhuǎn)變?yōu)镋nDat數(shù)字接口可以接受的差分信號；當(dāng)DE()為低電平時，編碼器發(fā)送位置值或參數(shù)給微控制器，差分總線上的數(shù)據(jù)經(jīng)過內(nèi)部接收器轉(zhuǎn)換輸出，MISO0上的信號有效，SSP0接口開始接收數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)中采用的傳輸頻率為300KHz，遠遠小于2MHz，因此不需要延時補償。由于本系統(tǒng)中采用的編碼器屬于智能型器件，微控制器先要發(fā)送模式指令，編碼器成功接收操作指示后向微控制器發(fā)送相應(yīng)于模式指令的數(shù)據(jù)。當(dāng)指令傳輸結(jié)束后，將SSP控制器禁能，以關(guān)斷時鐘信號，防止通信時序錯亂，當(dāng)編碼器需要再次傳輸數(shù)據(jù)時再使能SSP控制器。實現(xiàn)SSP0接口和EnDat數(shù)字接口之間通信功能的函數(shù)主要包括SSP0初始化函數(shù)、定時器0初始化函數(shù)、編碼器接收指令函數(shù)、SSP0接收位置值函數(shù)、CRC校驗函數(shù)。 帶附加信息的數(shù)據(jù)包傳輸時序每條附加信息的長度為30Bits，并以低電平開始，以CRC結(jié)束。編碼器接收到傳輸位置值的指令后，開始向SSP0接口發(fā)送當(dāng)前計算的數(shù)據(jù)，保證了將當(dāng)前位置值始終提供給位置控制環(huán)。電路圖中的SCK0作為同步數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r鐘信號，由微控制器驅(qū)動，編碼器接收，時鐘信號只能在數(shù)據(jù)傳輸過程中改變，當(dāng)數(shù)據(jù)線上無數(shù)據(jù)傳輸時，時鐘線總是保持高電平或低電平。同時編碼器具有豐富的診斷、監(jiān)控功能，無需附加數(shù)據(jù)線就可以使接口具有診斷系統(tǒng)錯誤信息和報警信息的功能，當(dāng)位置計算錯誤、信號幅值不足或編碼器的一些極限值被接近或超過時，編碼器會向后續(xù)電子設(shè)備發(fā)送錯誤報警信息，微控制器檢測到錯誤標(biāo)志位即可對接收到的數(shù)據(jù)進行診斷，提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。絕對式編碼器的每一個位置由碼盤的機械位置唯一決定，無需記憶，也無需尋找參考點，測量結(jié)果只與測量的起始和終止位置有關(guān)，與測量過程無關(guān)。本設(shè)計中采用電感將模擬電路和數(shù)字電路隔開，且模擬地和數(shù)字地采用單點接地的方式，降低相互之間的干擾。電流傳感器引腳連接方式代表著不同的電流感應(yīng)系數(shù)，系統(tǒng)選用的輸入輸出電流比為500：1，同時將感應(yīng)電流經(jīng)過電阻R36(1KΩ)轉(zhuǎn)化為電壓信號Vi，Vi與電樞電流之間為1：2的比例關(guān)系。本系統(tǒng)要求驅(qū)動模塊不僅能驅(qū)動負載，使之能正反轉(zhuǎn)，而且還能對負載進行實時的短路檢測、過壓保護和過溫檢測。 電機選型伺服系統(tǒng)的控制對象為俯仰、水平兩個方向的回轉(zhuǎn)體，回轉(zhuǎn)體均可以看作是等效的圓柱體模型，且水平向的轉(zhuǎn)動力矩更大一些，計算水平向負載特性，其重約20kg。LPC2368內(nèi)部包含一個看門狗定時器，為了減少微控制器的負荷，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在本系統(tǒng)中采用串行EEPROM帶復(fù)位控制器和看門狗定時器的監(jiān)控電路，屬于外部復(fù)位源。本系統(tǒng)中使用了其中的4路通道，采集系統(tǒng)供電電壓值和三路電流反饋值。下面將詳細介紹通信模塊接口電路的設(shè)計。 LPC2368電源輸入名稱組號電源輸入管腳電源名稱供電范圍1VDD(3V3)I/O口的電源電壓2VDDA片上A/D和D/A轉(zhuǎn)換器3VREF參考電壓A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的參考電壓4VDCDC(3V3) DCDC電源DCDC轉(zhuǎn)換器的電源，如果不使用DCDC，管腳必須斷開，5VBATRTC電源電源輸入分為多組的原因在于，能夠在每組電源之間加入去耦電容來減少電源之間的干擾和噪聲。綜合上述伺服系統(tǒng)的功能需求，經(jīng)過多方比較，選定了ARM7TDMIS系列的LPC2368作為伺服控制系統(tǒng)的微控制器。216。其傳遞函數(shù)的形式為 ()其中為調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)，Kpi為電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)。在電力拖動自動控制系統(tǒng)中，這個時延往往很小，時間常數(shù)很小的滯后環(huán)節(jié)可以近似看做一個一階慣性環(huán)節(jié)[11]，因此 ()上式即為PWM裝置的傳遞函數(shù)。H型橋式電路只需要單極性電源，對晶閘管的耐壓要求相對較低。PID調(diào)節(jié)器的輸入為位置偏差值，由于在二維模糊控制器中已經(jīng)包含了微分作用，因此可以把PID調(diào)節(jié)器設(shè)計為PI控制，而在普通的PI控制中，引入積分的作用是消除系統(tǒng)靜差，提高精度，但在系統(tǒng)的啟動、停止時由于系統(tǒng)輸出的偏差會造成積分的累積甚至飽和，從而引起超調(diào)，嚴重時會引起振蕩[9]。電源模塊是系統(tǒng)的能量來源，給系統(tǒng)中的電機、微控制器以及外圍相關(guān)芯片提供電壓，保證系統(tǒng)穩(wěn)定地運行。第三章 伺服控制系統(tǒng)硬件設(shè)計；分析了系統(tǒng)的功能需求，并根據(jù)系統(tǒng)的功能需求設(shè)計了伺服控制系統(tǒng)各個模塊的硬件電路，同時介紹了系統(tǒng)對硬件電路板的優(yōu)化措施。近期國外公布的主戰(zhàn)坦克在20082015年期間的發(fā)展思路，在火控系統(tǒng)和車載指揮控制系統(tǒng)方面提高了不少超常的戰(zhàn)技指標(biāo)，如提高對低空目標(biāo)和地面上可視超遠距離的射擊精度與跟蹤精度等。 目標(biāo)自動跟蹤技術(shù)發(fā)展概況目標(biāo)跟蹤技術(shù)作為科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個方面可以追溯到二戰(zhàn)前夕。如何精確地對運動目標(biāo)進行定位跟蹤，對于提高軍事中的武器制導(dǎo)、武器打擊的精確度等有著重要的影響[3]。分類號 密級 UDC注1 學(xué) 位 論 文全自動目標(biāo)跟蹤儀的伺服控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)楊 黎(作者姓名)指導(dǎo)教師姓名 杜國平 高級工程師 申請學(xué)位級別 碩士 專業(yè)名稱 控制理論與控制工程 論文提交日期 論文答辯日期 學(xué)位授予單位和日期 南 京 理 工 大 學(xué) 答辯委員會主席 評閱人 2010 年 5 月 20 日注1：注明《國際十進分類法UDC》的類號75 / 85聲 明本學(xué)位論文是我在導(dǎo)師的指導(dǎo)下取得的研究成果，盡我所知，在本學(xué)位論文中，除了加以標(biāo)注和致謝的部分外，不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得任何教育機構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。在實際應(yīng)用中，運動目標(biāo)跟蹤技術(shù)不僅可以準(zhǔn)確地定位目標(biāo)并提供目標(biāo)的運動軌跡，為下一步目標(biāo)行為的理解與分析提供可靠的信息來源，而且也可以為運動目標(biāo)檢測提供幫助。全自動目標(biāo)跟蹤儀在智能性，靈活性以及可攜帶等方面有較大的優(yōu)勢，因此全自動目標(biāo)跟蹤儀的研制有著積極的意義。鑒于目標(biāo)跟蹤技術(shù)的快速發(fā)展，20世紀(jì)90年代初，西方在目標(biāo)自動跟蹤的基礎(chǔ)上，又開始提出了目標(biāo)信息融合技術(shù)，并已取得很大進展。第二章 伺服控制系統(tǒng)總體設(shè)計；介紹了伺服控制系統(tǒng)的總體設(shè)計方案和控制方案，同時研究了控制系統(tǒng)的組成環(huán)節(jié)和各個組成模塊的數(shù)學(xué)模型，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計了伺服控制系統(tǒng)的三個調(diào)節(jié)器。