一种基于DSP的船用光电航行观测仪稳定控制系统技术方案

一种基于DSP的船用光电航行观测仪稳定控制系统，由上位机、DSP系统电路、R/D转换器、变压器、激磁电路、串口拓展芯片、数模转换电路、光耦隔离、电源、方位电机功率放大器、方位电机、俯仰电机功率放大器、俯仰电机组成；串口拓展芯片和DSP系统电路相连，方位旋转变压器和俯仰旋转变压器和R/D转换器相连经过放大电路和DSP系统电路相连；DSP系统电路通过数模转换电路和线性光耦相连，线性光耦和方位电机功率放大器以及俯仰功率放大器相连，方位电机功率放大器连接方位电机，俯仰功率放大器和俯仰电机相连；电源和系统各个需要电源的部分相连；DSP系统电路通过激磁电路和变压器相连，变压器和方位旋转变压器以及俯仰旋转变压器相连。DSP系统电路与上位机双工连接。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种嵌入式伺服控制系统，特别是一种基于DSP的应用于船用光电航行观测仪稳定控制的伺服系统。
技术介绍
船用光电航行观测仪和机载摄像系统等等运载体上的摄像系统一样都需要一个稳定平台来使其能够正常工作，因为载体的运动以及目标物体的运动等扰动会使摄像系统的光轴与观测目标之间有相对运动，进而使图像不稳定，甚至使观测目标脱离视场。这就需要一个稳定平台去消除船体纵横摇对摄像系统的干扰，使之隔离于运载体，相对地理坐标系稳定。而船用光电航行观测仪的稳定平台又与其他稳定平台有所不同，因为水面的工作环境非常复杂。海面有高湿度高盐雾度的环境，为了防水防盐雾，整套产品的设计必然需要高压密封，来保护设备中的电路等系统。这就必然带来两个需要解决的问题：1、系统会经常工作在高温环境下，所以电路就必须克服高温，且正常工作。2、伺服电机需要克服密封胶圈的大摩擦力运动，且摩擦力非均匀。第二点很大程度上会使控制的稳定度精度打折扣。这就需要专门研究其控制规律，使其在大摩擦力工作环境下仍然能够正常工作，达到性能指标要求的精度和稳定度。
技术实现思路
本专利技术的一种基于DSP的船用光电航行观测仪稳定控制系统，目的是解决船用光电航行观测仪稳定平台在实际使用过程中出现的问题，提高稳定平台的控制精度。本专利技术的目的是这样实现的：一种基于DSP的船用光电航行观测仪稳定控制系统由上位机、DSP系统电路、R/D转换器、变压器、激磁电路、串口拓展芯片、数模转换电路、光耦隔离、电源、方位电机功率放大器、方位电机、俯仰电机功率放大器、俯仰电机组成。串口拓展芯片和DSP系统电路相连，方位旋转变压器和俯仰旋转变压器和R/D转换器相连经过放大电路和DSP系统电路相连。DSP系统电路通过数模转换电路和线性光耦相连，线性光耦和方位电机功率放大器以及俯仰功率放大器相连，方位电机功率放大器连接方位电机，俯仰功率放大器和俯仰电机相连。电源和系统各个需要电源的部分相连。DSP系统电路通过激磁电路和变压器相连，变压器和方位旋转变压器以及俯仰旋转变压器相连。DSP系统电路与上位机双工连接。一种基于DSP的船用光电航行观测仪稳定控制系统是按照这样的流程工作的：第一步，通过串口接收航姿信息：船体的纵摇角、横摇角以及艏向角；第二步，解算角算法解算出俯仰控制输入角和方位控制输入角；第三步，对俯仰控制输入角和方位控制输入角进行微分，得到前馈控制量；第四步，接收AD2S82发送的俯仰电机和方位电机的角度反馈量；第五步，接收AD2S82发送的俯仰电机和方位电机的角速度反馈量；第六步，运用控制角输入量、电机角度反馈量进行位置环控制计算；第七步，运用位置环输出量、前馈控制量、角速度反馈量进行速度环控制计算；第八步，将速度环控制量通过串口发出，传给D/A模块；第九步，将需要观测的某个变量通过串口发送到上位机上，供人观察。本专利技术的有益效果：在复杂海况条件下，由于采用军工级芯片所以能在高温环境下正常工作，能够克服密封胶圈的非均匀大摩擦力运动，保证船用光电航行观测仪在大摩擦力工作环境下仍然能够正常工作，达到性能指标要求的精度和稳定度。附图说明图1为控制系统硬件总体设计框图；图2为主程序流程图；图3γ角分析图。具体实施方式下面结合附图举例对本专利技术做更详细地描述：结合图1，图1为控制系统硬件总体设计框图。一种基于DSP的船用光电航行观测仪稳定控制系统由上位机、DSP系统电路、R/D转换器、变压器、激磁电路、串口拓展芯片、数模转换电路、光耦隔离、电源、方位电机功率放大器、方位电机、俯仰电机功率放大器、俯仰电机组成。串口拓展芯片和DSP系统电路相连，方位旋转变压器和俯仰旋转变压器和R/D转换器相连经过放大电路和DSP系统电路相连。DSP系统电路通过数模转换电路和线性光耦相连，线性光耦和方位电机功率放大器以及俯仰功率放大器相连，方位电机功率放大器连接方位电机，俯仰功率放大器和俯仰电机相连。电源和系统各个需要电源的部分相连。DSP系统电路通过激磁电路和变压器相连，变压器和方位旋转变压器以及俯仰旋转变压器相连。DSP系统电路与上位机双工连接。结合图2，图2为主程序流程图，一种基于DSP的船用光电航行观测仪稳定控制系统是按照这样的流程工作的：第一步，通过串口接收航姿信息：船体的纵摇角、横摇角以及艏向角；第二步，解算角算法解算出俯仰控制输入角和方位控制输入角；第三步，对俯仰控制输入角和方位控制输入角进行微分，得到前馈控制量；第四步，接收AD2S82发送的俯仰电机和方位电机的角度反馈量；第五步，接收AD2S82发送的俯仰电机和方位电机的角速度反馈量；第六步，运用控制角输入量、电机角度反馈量进行位置环控制计算；第七步，运用位置环输出量、前馈控制量、角速度反馈量进行速度环控制计算；第八步，将速度环控制量通过串口发出，传给D/A模块；第九步，将需要观测的某个变量通过串口发送到上位机上，供人观察。结合图3，图3为γ角分析图，结合图3来分析第二步是这样本方案通过结合船体坐标系，巧妙地解算出控制角，β（俯仰控制角）、γ（方位控制角）的：由方向余弦矩阵可得：(1)其中且化简得：(2)(3)将式（3）展开并化简，第一行：第二行：第三行：则式（1）可得：由于俯仰角的机械限位为再分别加上的裕度得：由此可见函数（4）有单值空间，所以直接由式（4）算出俯仰控制角。根据式（4）的第一个等式和第二个等式得：（5）由于角的取值范围为，在范围内反正弦函数和反余弦函数都无法取得唯一值，所以具体算法如下：建立极坐标系，角的取值范围为，将其平均分为8个区间分别为、、、、、、、。将角初步确定在相应的区间。每个区间上的角的反正切函数取值唯一，可以用反正切函数求出角。又因为,所以必大于零，则根据式（5）在反正切运算中A和B分别可以代替和，得：，（6）从而Ⅰ区间：Ⅱ区间：Ⅲ区间：Ⅳ区间：Ⅴ区间：Ⅵ区间：Ⅶ区间：Ⅷ区间：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于DSP的船用光电航行观测仪稳定控制系统，其特征在于：系统由上位机、DSP系统电路、R/D转换器、变压器、激磁电路、串口拓展芯片、数模转换电路、光耦隔离、电源、方位电机功率放大器、方位电机、俯仰电机功率放大器、俯仰电机组成，串口拓展芯片和DSP系统电路相连，方位旋转变压器和俯仰旋转变压器和R/D转换器相连经过放大电路和DSP系统电路相连，DSP系统电路通过数模转换电路和线性光耦相连，线性光耦和方位电机功率放大器以及俯仰功率放大器相连，方位电机功率放大器连接方位电机，俯仰功率放大器和俯仰电机相连，电源和系统各个需要电源的部分相连，DSP系统电路通过激磁电路和变压器相连，变压器和方位旋转变压器以及俯仰旋转变压器相连，DSP系统电路与上位机双工连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于DSP的船用光电航行观测仪稳定控制系统，其特征在于：系统由上位机、DSP系统电路、R/D转换器、变压器、激磁电路、串口拓展芯片、数模转换电路、光耦隔离、电源、方位电机功率放大器、方位电机、俯仰电机功率放大器、俯仰电机组成，串口拓展芯片和DSP系统电路相连，方位旋转变压器和俯仰旋转变压器和R/D转换器相连经过放大电路和DSP系统电路相连，DSP系统电路通过数模转换电路和线性光耦相连，线性光耦和方位电机功率放大器以及俯仰功率放大器相连，方位电机功率放大器连接方位电机，俯仰功率放大器和俯仰电机相连，电源和系统各个需要电源的部分相连，DSP系统电路通过激磁电路和变压器相连，变压器和方位旋转变压器以及俯仰旋转变压器相连，DSP系统电路与上位机双工连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于DS...

【专利技术属性】
技术研发人员：王永刚，胡晶，
申请(专利权)人：哈尔滨金都太阳能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23