嵌入式芯片在atp系統(tǒng)中的應(yīng)用
李興紅，謝斌，閆智武
（成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，成都614007）
摘要：為了提高經(jīng)緯儀的跟蹤、捕獲、瞄準(zhǔn)(atp)的精度，越來越多的復(fù)雜實(shí)時(shí)算法被應(yīng)用到光電經(jīng)緯儀的atp系統(tǒng)中，因此要求伺服控制器能夠在最短的時(shí)間內(nèi)完成大量的運(yùn)算，即對(duì)伺服控制器的運(yùn)算性能提出了更高的要求。目前的經(jīng)緯儀伺服系統(tǒng)多是在底板pc104上疊加多種功能板卡來完成捕獲跟蹤等任務(wù)，文章所述系統(tǒng)設(shè)計(jì)了以嵌入式芯片為核心的伺服系統(tǒng)，增加了可靠性，提高了精度和響應(yīng)速度。
關(guān)鍵詞：嵌入式；精度；atp系統(tǒng)
中圖分類號(hào)：tp272 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a 文章編號(hào)：1001-6848（2010）04-0080-03
1砸件結(jié)構(gòu)
目前光電經(jīng)緯儀的伺服系統(tǒng)大都采用圖1歷示的pc104控制系統(tǒng)，它是通過引導(dǎo)主控計(jì)算機(jī)對(duì)飛行目標(biāo)完成捕獲跟蹤等功能，若要組成實(shí)際應(yīng)用的跟蹤伺服系統(tǒng)還需要疊加多塊板卡，不僅增大了系統(tǒng)體積，降低了可靠性，精度提高困難，而且花費(fèi)昂貴。
鑒于以上原因，為了改善pc104的弊端，設(shè)計(jì)了以tms320f2812為cpu的伺服系統(tǒng)。它作為一款專為電機(jī)控制而設(shè)計(jì)的芯片，不僅具有運(yùn)算速度快的特點(diǎn)，而且集成了豐富的片內(nèi)外設(shè)，能夠滿足跟蹤系統(tǒng)的多方面要求。該控制器主要由電機(jī)、dsp核心處理器、功率轉(zhuǎn)換電路、反饋電路及一些輔助電路組成，如圖2所示。
1)dsp: tms320f/c281x作為ti公司dsp控制器zxxx系列的新成員，是tms320f/c2xxx平臺(tái)下的一種定點(diǎn)dsp芯片，它在電機(jī)的數(shù)字化控
嵌入式芯片在atp系統(tǒng)中的應(yīng)用李興紅，等制方面具有低成本、低功耗、高性能的特點(diǎn)，而且將幾種先進(jìn)的外設(shè)集成到該芯片內(nèi)，形成了真正的單芯片控制器。
2)ace接口：dsp通過16c554讀取數(shù)字系統(tǒng)發(fā)送來的控制命令，并實(shí)時(shí)回送當(dāng)前的控制系統(tǒng)的狀態(tài)信息。16c554是集成異步通信元件，在fifo模式下傳輸和接收前將數(shù)據(jù)緩沖為16字節(jié)數(shù)據(jù)包，減少了cpu的中斷數(shù)量，包含4個(gè)改良的16c550，每個(gè)通道實(shí)現(xiàn)串行和并行兩種連接方式的轉(zhuǎn)換，具有可編程的串行接口特性。
3)功率轉(zhuǎn)換電路：tms320f2812有16路pwm輸出口供電機(jī)使用，通過控制pwm波的占空比來改變加在電機(jī)兩端的電壓，從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。由于dsp發(fā)出的pwm波功率不足以驅(qū)動(dòng)大功率電機(jī)，需要經(jīng)過igbt進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換，設(shè)計(jì)中應(yīng)用了將icbt與驅(qū)動(dòng)芯片相結(jié)合的新型功率芯片(ipm)pm100dsa120．它將兩個(gè)igbt與相應(yīng)驅(qū)動(dòng)部分集成到一起，ttl電平即可實(shí)現(xiàn)功率驅(qū)動(dòng)，而且具有完整的隔離及保護(hù)功能，如過流、過壓保護(hù)等。
2軟件流程
為了提高控制系統(tǒng)的跟蹤精度，在硬件電路基礎(chǔ)上搭建反饋回路（速度回路和位置回路），反饋回路調(diào)節(jié)器經(jīng)商散化后進(jìn)行軟件編程，算法模塊軟件流程如圖3所示。
3伺服校正
經(jīng)過igbt的pwm波驅(qū)動(dòng)電機(jī)從而帶動(dòng)跟蹤架轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)采用自制的，其中的機(jī)電時(shí)間常數(shù)l采用階躍響應(yīng)法測(cè)得[2]，模型為（以某型號(hào)經(jīng)緯儀的俯仰機(jī)為例）并對(duì)具有****角速度50和****角加速度30的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的跟蹤精度校正，由以下公式可得出等效正弦運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的函數(shù)。
3.1復(fù)合校正
復(fù)合控制就是在系統(tǒng)閉環(huán)中增加一個(gè)開環(huán)控制支路，用來提供輸入信號(hào)的一階導(dǎo)數(shù)。使系統(tǒng)的無靜差度提高，系統(tǒng)的快速響應(yīng)性能提高。復(fù)合校正框圖如圖4所示。
圖4中g(shù)，(s)為位置校正函數(shù)，g2(s)為速度校正函數(shù)，g3(s)為控制對(duì)象傳遞函數(shù)，hf(s)為速度前饋傳遞函數(shù)，代表頻率給定與速度給定值之間的變換關(guān)系，g(s)為速度反饋（編碼器）傳遞函數(shù)，此處位置反饋為單位負(fù)反饋。在采樣頻率為800同樣周期為1 25 m |
