作者/ 孙健 李钊 刘鹏飞 上海航天操控技能研究所(上海 201109)
摘要：针对光电搜跟设备对伺服操控组织动、静态呼应和盯梢精度的要求，本文规划了依据DSP的光电盯梢设备伺服组织操控器。操控器以TMS320C28346为数据处理渠道，装备高功用外设结构模块和调度电路，经过合理优化软件流程，并对操控体系施行双回路闭环操控，使得体系具有杰出的盯梢功用，体系结构简略，功用牢靠，可为外场动态方针的观测和测验供给快捷和确保。
导言
光电搜跟设备是集光、机、电、操控与信号处理于一体的集成设备，经过光学仪器进行方针勘探，经图画处理得到获取方针脱靶量，操控伺服运动组织实时运动，完结对方针的有用捕获与盯梢[1]。
高效的伺服操控是安稳盯梢的根底，在伺服操控中规划满意要求的操控器是要害。本文选用功用优越的DSP作为光学搜跟设备伺服运动组织的中心操控器，本钱低价，体积细巧，功用牢靠。规划时选用合理的软件流程，并经过数字PID操控使得体系愈加安稳，并具有杰出的静态和动态功用。体系可装置于测验车上，便于对外场方针进行动态观测。
1 操控器组成及作业原理
光电搜跟设备首要由光学勘探及图画处理体系、伺服运动组织及办理显现体系组成，依据DSP的转台操控器作为伺服运动组织的中心操控单元，图1是光电搜跟设备体系框图。首要包含操控芯片、电源模块、串口通讯模块、电机驱动模块、编码器收集模块和外部时钟模块。如图1所示，DSP操控器经过串口模块实时读取盯梢器处理得到的方针脱靶量信息，经操控芯片数据处理，经过电机驱动模块操控驱动器来驱动力矩电机运动，编码器收集模块经过实时收集编码器数据来反应伺服组织方位信息，与操控信号构成闭环回路，完结对伺服组织的闭环操控。外部时钟模块可为操控芯片供给准确的时钟，完结操控器对伺服组织的实时操控。一起，操控器经过串口模块将伺服组织作业状况和运动参数实时反应办理核算机，完结伺服组织作业过程中的实时监控、参数设置及数据存储。
本体系中DSP操控器有两种作业形式，即查找形式和盯梢形式。查找形式下，伺服组织依据办理核算机的指令完结对空周扫或扇扫功用，此刻，红外热像仪与电视盯梢仪经过导电环中的光纤滑环将图画信息传输到图画处理器，图画处理器再将图画信息经过网络发送给办理核算机。盯梢形式下，盯梢器实时解算光学勘探器收集的图画信息，并将核算得到的方针与转台中心方位的脱靶量信息，实时发送至DSP操控器，操控器经过对伺服组织的实时闭环操控，完结对方针的盯梢，为了进步盯梢精度，操控器操控周期为1ms。
本体系中伺服组织技能目标如下：速度目标中，方位：10°/s~360°/s，俯仰：10°/s~70°/s;方位精度中，方位：≤3mrad，俯仰：≤5mrad;转台频率呼应特性目标中，峰峰值为1°时， 在1Hz～10Hz时，输出幅值特性≤1dB，输出相位特性≤10º。
2 硬件规划
2.1 操控芯片
操控芯片选用TMS320F28346，该芯片依据TMS320C2xx内核的浮点数字信号处理器，器材上集成了许多先进的外设，为电机及其他运动操控范畴运用的完结供给了杰出的渠道。主频高达300MHz，CPU高达32位，为体系实时运动操控供给了杰出的运算才能。
2.2 电源模块
开关电源输出包含±15V及+5V电压，其间，+15V与-15V用于为电机驱动模块的运放供电，并经过选取适宜的%&&&&&%进行滤波。而操控芯片及外设硬件模块均需3.3V电压供电，该电压归于非常规电压，选用电源芯片TPS75933将+5V的电压转化为+3.3V，最大输出电流可达7.5A，3.3V电压发生电路如图2所示。
2.3 电机驱动模块
电机驱动模块用于操控和驱动力矩电机依照预订的操控指令运动，电机驱动模块包含I/O转化电路和D/A转化电路。I/O转化电路用于操控驱动器使能信号、驱动器归纳毛病信号和驱动器安排妥当信号，D/A转化电路经过输出-10V~+10V操控驱动器发生相应速度信号操控电机运动。
驱动器经过模仿电压来呼应方位环与速度环的输出，对应于必定的模仿电压驱动器输出与之对应的电流，操控力矩电机运动，然后完结对执行组织的准确操控。D/A转化电路选用DAC7744芯片，该芯片具有16位分辨率，精度高，一起还能满意-10V~+10V电压输出。在模仿量的输出端施加运放阻隔，既确保了DAC7744芯片的运用安全，也确保了输出量的精度。
2.4 编码器收集模块
编码器收集模块用于接纳编码器实时反应的反应伺服组织方位信息，编码器选用进口的雷尼绍编码器，类型为RGH20，5V供电。将编码器装置在转台的轴上，当转台在运动时，编码器会输出差分信号，DSP会读取这些信号。在规划接口电路时，需要将差分信号转化为单端信号，且单端信号的高电平所对应的电压有必要是3.3V，否则会损毁DSP芯片。差分转单端的光耦类型是FOD063L，FOD063L归于高速光耦，最大的转化速度高达10MBit/s。转化电路规划如图4所示。
2.5 串口通讯模块
串口通讯模块用于操控器与办理核算机和盯梢器通讯，上位机经过串口将操控指令发送给操控器，一起操控器将伺服组织作业状况及运动信息进行反应。在此体系中，通讯首要选用422通讯与232通讯，422通讯芯片是MAX3490。此芯片一端衔接与DSP的SCI接口衔接，其间MAX3490以差分的422型与体系的上位机进行通讯。串口通讯模块如图5所示。
2.6 外部时钟模块
操控周期是选用外部的CPLD芯片，选用EPM570T100C5N，EPM作为体系的守时器，体系操控周期为1ms，EPM570T100C5N在完结1ms的守时后会输出1个翻转的电平信号，DSP收集作为外部中止，完结转台的1ms实时操控。
