單片機(jī)和CPLD的望遠(yuǎn)鏡伺服控制器設(shè)計(jì)
大型光電望遠(yuǎn)鏡屬于大慣量系統(tǒng),機(jī)械時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)大于電氣時(shí)間常數(shù),故可忽略電氣時(shí)間常數(shù)的影響。對象的速度傳遞函數(shù)可簡化為:

式中,Tm是機(jī)械時(shí)間常數(shù),K是增益。因此可以選擇內(nèi)??刂破鳛椋?/p>本文引用地址:http://www.butianyuan.cn/article/173232.htm
式中,λ是濾波器參數(shù)。如圖5所示,點(diǎn)畫線內(nèi)的部分可等效為反饋控制器:
當(dāng)模型匹配時(shí),存在內(nèi)??刂葡到y(tǒng)閉環(huán)為一慣性環(huán)節(jié)。它的時(shí)間可以依據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié),λ值小有利于動態(tài)性能,λ值大則有利于增強(qiáng)魯棒性。對于內(nèi)??刂破鬏敵霾伙柡投裕涞刃в诜答伩刂破鱌I,因而,系統(tǒng)對階躍輸入和階躍擾動的穩(wěn)態(tài)誤差為零,其抗干擾能力與常規(guī)PI完全一致。采用增量式PID控制算法,控制變量為:
式中,ek為第k步時(shí)刻速度誤差,Ts為采樣周期,μ(k)為當(dāng)前控制量輸出。
4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
采用基于高速單片機(jī)C8051F120和CPLDEPM570T100設(shè)計(jì)的伺服控制器硬件平臺,實(shí)現(xiàn)大型望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)臺的速度控制,驅(qū)動功率級采用H橋雙極性功率放大器,反饋采用直徑為413 mm的圓光柵,柵道64800,細(xì)分1000,分辨率為0.02/s,采樣周期1 ms,控制回路計(jì)算時(shí)間測得為120μs,包含圓光柵數(shù)據(jù)讀取時(shí)間。望遠(yuǎn)鏡的一轉(zhuǎn)臺的速度傳遞函數(shù)為:
利用板上的通信口發(fā)送實(shí)際的速度值(波特率115200bps,1ms發(fā)送1次),由上位計(jì)算機(jī)記錄數(shù)據(jù),測得的速度響應(yīng)曲線如圖6所示。起始階段電機(jī)以20/s的低速度運(yùn)行,中間升至1800/s,最后達(dá)到3600/s,可見每個(gè)階段的速度都非常平穩(wěn)。在實(shí)際數(shù)據(jù)處理時(shí),需要對零
位信號時(shí)刻的圓光柵數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,因該光柵有零位信號輸出,計(jì)算速度時(shí)要進(jìn)行合理的辨別方向和大小分析處理。
結(jié)語
本文采用高速單片機(jī)和CPLD組成望遠(yuǎn)鏡伺服控制器,實(shí)現(xiàn)了圓光柵四倍頻細(xì)分電路、計(jì)數(shù)模塊以及電機(jī)PWM驅(qū)動控制信號產(chǎn)生,并用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了內(nèi)??刂扑惴?、LCD顯示和數(shù)據(jù)通信等功能。最終通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該系統(tǒng)的可行性。
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