處理消像旋的數(shù)字控制方法

張冬生 劉杰

摘要：針對(duì)目前周視式光電觀察瞄準(zhǔn)系統(tǒng)中機(jī)械連桿傳動(dòng)裝置以實(shí)現(xiàn)光學(xué)消像旋的情況，提出并改造了原有的傳動(dòng)系統(tǒng)，建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，對(duì)控制系統(tǒng)的典型情況進(jìn)行仿真。仿真結(jié)果表明，該設(shè)計(jì)數(shù)字控制硬件平臺(tái)能夠滿足精度和實(shí)時(shí)性能指標(biāo)的要求，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

關(guān)鍵詞：消像旋；位置傳感器；直流電機(jī)；位置控制器；仿真

引言

在許多潛望式周視光電觀瞄系統(tǒng)中，不但有可見(jiàn)光，有的還增加了電視、紅外、微光觀瞄系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，需要用電視或紅外成像精確地瞄準(zhǔn)目標(biāo)。消像旋是圖像處理的一個(gè)重要應(yīng)用方向，它是將一幅被旋轉(zhuǎn)過(guò)的圖像進(jìn)行較正處理，以便得到正的圖像，其無(wú)論在軍事還是在民用上都被大量采用。在周視光電系統(tǒng)中采用數(shù)字化控制的光學(xué)消像旋系統(tǒng)將是一個(gè)最佳選擇，其優(yōu)點(diǎn)是實(shí)時(shí)性好、高速度、圖像無(wú)失真，它不僅可以提高消像旋的準(zhǔn)確性、快速性以及實(shí)時(shí)性，而且可以簡(jiǎn)化機(jī)械設(shè)計(jì)，提高調(diào)試效率、操控性和售后維修質(zhì)量等。對(duì)于最終應(yīng)用到軍工產(chǎn)品具有很大意義。

1 控制對(duì)象的機(jī)理建模

控制對(duì)象結(jié)構(gòu)的框圖見(jiàn)圖1，其中關(guān)鍵部分通過(guò)DSP系統(tǒng)對(duì)電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)控制。

控制對(duì)象中的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)別漢棱鏡組件進(jìn)行比例傳動(dòng)，電機(jī)和RS22絕對(duì)式編碼器是同軸的，電機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)由電路板上的MSK4200功率模塊輸出，其位置信號(hào)通過(guò)RS22編碼器解算并反饋給控制電路板的接收模塊進(jìn)行處理。

2 控制對(duì)象數(shù)學(xué)模型

4系統(tǒng)電路模塊組成

本文設(shè)計(jì)的電路控制硬件由DSP模塊、R/D模塊、D/A模塊、通信模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、鍵盤輸入顯示模塊及電源復(fù)位電路模塊等組成。

系統(tǒng)電路的硬件連接圖如圖8所示。硬件電路可以分為三部分：主控制電路模塊、功率驅(qū)動(dòng)模塊和位置檢測(cè)模塊。主要控制電路模塊DSP為核心，外圍電路主要包括：調(diào)試仿真接口電路、串行通信接口電路、模擬控制接口、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換電路和輸入/輸出接口等。功率驅(qū)動(dòng)電路包括驅(qū)動(dòng)模塊、保護(hù)電路、轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)電路等。位置檢測(cè)模塊主要包括編碼器轉(zhuǎn)換電路和字符串和數(shù)字轉(zhuǎn)換電路等。

5系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

5.1 控制系統(tǒng)的主程序結(jié)構(gòu)

TMS320F2812 DSP具有豐富的外圍模塊和中斷資源，大大提高了程序編寫的靈活性。其主要完成的任務(wù)是DSP系統(tǒng)的初始化、中斷使能、參數(shù)定義及功能模塊單元的參數(shù)初始化等。

5.2 位置讀取子程序

程序進(jìn)入主中斷程序后，首先運(yùn)行的子程序即為位置讀取子程序，它也是最重要的子程序（略）。

6系統(tǒng)性能分析

本文控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是在潛望式車長(zhǎng)周視系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由像傾斜儀、車長(zhǎng)周視鏡、控制和驅(qū)動(dòng)電路板、電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)、模擬發(fā)送檢測(cè)儀、電源箱、操控臺(tái)以及固定裝置等組成。

系統(tǒng)響應(yīng)分析采用階躍響應(yīng)分析 。

從系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)測(cè)試結(jié)果可以看出數(shù)據(jù)處理所需時(shí)間為60μs，滿足一般高精度數(shù)字控制系統(tǒng)的要求。本設(shè)計(jì)中設(shè)定采樣周期1ms，即系統(tǒng)的控制頻率為1kHz。

為系統(tǒng)加入階躍信號(hào)，仿真曲線如圖9所示。

同時(shí)在系統(tǒng)試驗(yàn)中用示波器測(cè)量得到階躍響應(yīng)曲線如圖10所示，圖中上方的曲線為給定階躍信號(hào)曲線，下方的曲線為系統(tǒng)的響應(yīng)曲線?？梢钥闯?，上升時(shí)間約為20ms，峰值時(shí)間約為40ms，調(diào)節(jié)時(shí)間約為120ms，超調(diào)量約為18%。

經(jīng)掃頻得到系統(tǒng)的閉環(huán)特性曲線如圖11所示，系統(tǒng)閉環(huán)帶寬約為28Hz。

實(shí)驗(yàn)表明，在動(dòng)態(tài)環(huán)境中，從圖像穩(wěn)定系統(tǒng)擾動(dòng)指令的輸出穩(wěn)定恢復(fù)時(shí)間約0.25s，略高于理論計(jì)算瞬態(tài)時(shí)間，觀察者不會(huì)感到閃爍的圖像，滿足速度的要求和系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能。

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