实时自动调平控制管理系统设计

发布时间: 2024-08-28 11:33:06

作者: 伟德最新官网

  稳定平台可以有明显效果地的隔离载体运动，确保安装于稳定平台上的装置工作时不会受载体的运动影响。无论在军事上还是在民用中稳定平台都有着重要的用途。本文的主要研究对象属于实时稳定平台。实时稳定平台的载体处于运动状态，要求负载如舰载武器等在载体运动的状态下可靠稳定地工作，多见于高技术上的含金量的武器系统如舰载设备、机载设备等，实时稳定平台对于稳定平台的快速性及动态精度要求比较高，手动或滞后调平已经不能够满足要求。

  调平系统的结构原理示意图如图1所示，主要由动平台，三自由度球铰链，支撑杆，二自由度虎克铰，丝杆螺母和滚珠丝杆，基座等部件构成。动平台通过支点A1，A2及O点分别与平台的基座和传动支链相连接，并构成以O点为直角的等腰直角三角形A1A2O。系统工作时，当检测到动平台处于非水平状态后，控制管理系统经过解算得出两球铰应上升或下降的行程，然后驱动电机经传动机构(减速箱)控制丝杆转动带动丝杆螺母上移或下移，继而支撑杆带动球铰控制动平台做稳定调平运动。系统调试时由一个电机通过带轮驱动曲柄摇杆机构带动系统来进行摇摆动作，控制管理系统控制电机进行实时调平。

  系统由倾角检测部分，控制部分，通信部分，执行部分，限位保护部分，状态显示部分所组成，最重要的包含TMS320F2812芯片，升降压电路，485串口通信模块，角度陀螺仪，角速度陀螺仪，电机驱动器，限位开关，状态显示模块等。系统硬件工作原理如图2所示。

  实时自动调平控制管理系统以TMS320F2812芯片为核心，通过485串口通信控制陀螺仪并接收陀螺仪角度数据，通过滤波处理，得到系统摆动角速度与倾角状态，经过TMS320F2812芯片计算得出电机转速，再由TMS320F2812的两路脉冲信号经过升压电路分别发送给两台电机驱动器驱动电机进行调平。驱动器可通过降压电路把电机实际精确位置信息反馈给控制管理系统。限位开关可保证不会发生超量程动作导致机械结构损坏的现象。上位机可通过JTAG仿真器与控制管理系统连接，实现调试试验程序、下载等功能，也可通过RS232串口与驱动器连接，方便监测电机系统状态。状态显示可观测到系统调平状态及有无错误发生。

  控制系统主控板如图3所示。该控制板的基本功能模块电路与硬件设计章节所述基本一致。控制板以TMS320F2812为核心，其集成的通信模块与电机控制模块很适合本系统功能的实现。除此之外还通过通用I/O口设计了电机、传感器等接口电路以及按键应用，在控制板背面还设计了SD卡模块。

  控制管理系统软件采用C语言编写，采用模块化设计，便于调试。控制管理系统软件包括主监控程序、初始化模块程序、运动控制模块程序、数据处理模块程序、SD卡存储模块程序、通信模块程序等组成，其中运动控制模块又分为：电机驱动模块、调平算法模块、位置反馈模块等。控制系统软件总体框图如图4所示。

  调平算法模块包括3个部分：速度跟踪与位置补偿模块、PID算法模块。其中速度跟踪模块使调平机构在系统摇摆时能够以相同的速度反向运动以实现调平粗调;位置补偿模块可以使得调平系统减小静态误差，在动态调平过程中减小动态误差积累;PID算法实现了电机运动状态随着系统摇摆速度而实时变速的功能;抑振模块改善了系统的动态性能，使得调平快速响应性能以及动态精度进一步提高。

  当控制系统采样速度经过滤波，并计算出速度PID结果后，依据传动链传动比及丝杆螺母速度与动平台角速度之间的关系便可得到电机转速。由电机转速便可计算出事件管理器周期寄存器设置值，最后更新周期寄存器的值便可改变电机转速。电机转速与周期寄存器设定值之间的关系如下。