單片機(jī)和CPLD的望遠(yuǎn)鏡伺服控制器設(shè)計(jì)

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(dòng)態(tài)性能，λ值大則有利于增強(qiáng)魯棒性。對(duì)于內(nèi)?？刂破鬏敵霾伙柡投?，其等效于反饋控制器PI，因而，系統(tǒng)對(duì)階躍輸入和階躍擾動(dòng)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(tái)，實(shí)現(xiàn)大型望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)臺(tái)的速度控制，驅(qū)動(dòng)功率級(jí)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(cè)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(tái)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(cè)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(duì)零
位信號(hào)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(hào)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(dòng)控制信號(hào)產(chǎn)生，并用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了內(nèi)模控制算法、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。