一種船載光電穩(wěn)定跟蹤伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：介紹了一種船載光電穩(wěn)定跟蹤伺服系統(tǒng)，著重介紹了功率驅(qū)動(dòng)器與基于TMS320F28335 DSP的數(shù)字伺服控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，簡單介紹了系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)和電磁兼容設(shè)計(jì)。工程實(shí)踐結(jié)果表明：該系統(tǒng)具有較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和較強(qiáng)的抗干擾性，能有效地隔離船體搖擺擾動(dòng)，對類似的工程設(shè)計(jì)具有一定的參考意義。
關(guān)鍵詞：穩(wěn)定跟蹤；TMS320F28335；數(shù)字伺服控制器；電磁兼容

船載光電穩(wěn)定跟蹤伺服系統(tǒng)的主要任務(wù)是隔離浪涌引起的船體搖擺，同時(shí)完成對目標(biāo)的精確跟蹤。本系統(tǒng)通過光纖速率陀螺反饋構(gòu)成速率穩(wěn)定環(huán)路，敏感船體角速率變化，反方向補(bǔ)償該速率的變化，保證光電負(fù)載瞄準(zhǔn)線穩(wěn)定；同時(shí)接收上位機(jī)或者光電傳感器發(fā)送的位置偏差指令，控制負(fù)載框架使光電設(shè)備準(zhǔn)確跟蹤目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定跟蹤功能。

1 系統(tǒng)組成
系統(tǒng)由伺服控制機(jī)箱和光電轉(zhuǎn)臺兩大部分組成，其中伺服控制機(jī)箱由箱體、電源及保護(hù)電路、DSP伺服控制器、電流調(diào)節(jié)器、功率驅(qū)動(dòng)器組成；光電轉(zhuǎn)臺為兩軸系，無刷直流力矩電機(jī)、測角編碼器分別套軸安裝在光電轉(zhuǎn)臺上，方位軸系、高低軸系分別獨(dú)立安裝一套光纖速率陀螺，感應(yīng)本軸系的角速率。系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
2．1 系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)
為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高精度和高可靠性，系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)采用多環(huán)路串級控制方案，其系統(tǒng)單軸(方位軸、高低軸)控制結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，位置調(diào)節(jié)器和穩(wěn)定調(diào)節(jié)器由DSP伺服控制器實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)節(jié)，采用該設(shè)計(jì)方案既能充分發(fā)揮DSP伺服控制器的高速數(shù)據(jù)處理能力，又能簡化電路，增加系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活性。
2．2 功率驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
作為無刷直流力矩電機(jī)的直接驅(qū)動(dòng)部件，功率驅(qū)動(dòng)器的性能對整個(gè)伺服系統(tǒng)的性能具有決定性作用。功率驅(qū)動(dòng)器是將電流調(diào)節(jié)器的控制誤差信號進(jìn)行功率放大，以驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)。本系統(tǒng)功率驅(qū)動(dòng)器主要由基于MC33035的無刷電機(jī)控制模塊、基于高速光耦HCPLA504的光電隔離電路、基于三菱PM25RAL120的功率放大模塊和電流采樣電路、邏輯組合電路組成，具有抗干擾性強(qiáng)、可靠性高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。功率驅(qū)動(dòng)器工作流程圖如圖3所示，虛框內(nèi)為功率驅(qū)動(dòng)器。

控制模塊接收外部控制信號(包括無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器信號、控制模塊使能信號、剎車控制信號、電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向信號和誤差控制信號等)，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)模塊需要的6路原始驅(qū)動(dòng)控制信號。6路原始驅(qū)動(dòng)控制信號經(jīng)過光耦隔離由功率放大模塊進(jìn)行功率放大，驅(qū)動(dòng)無刷直流力矩電機(jī)。