一种基于TMS320F2812的随动控制平台制造技术

本发明专利技术属于应用于光电成像技术领域的控制平台，具体涉及一种随动控制专用控制器TMS320F2812的随动控制平台。这种随动控制平台包括TMS320F2812主控模块、角速度信号采集模块、角位置信号采集模块、PWM驱动模块、通信接口、电源/复位模块。这种随动控制平台以数字化元件和高精度模块实现了数据采集，以数字化脉宽调制信号PWM实现了电机驱动，并采用随动控制专用的主控芯片TMS320F2812运行高精度控制算法，在控制精度和抗干扰能力上较传统的控制平台均有大幅提高，能够在光电载荷中实现航向、俯仰两轴的精确指向和隔离外部扰动等功能，弥补了基于单片机和模拟元件的随动控制平台控制精度差，抗干扰能力差的缺点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于应用于光电成像
的控制平台，具体涉及一种基于德州仪器公司TMS320F2812随动控制专用控制器的随动控制平台。
技术介绍
光电成像在目标探测、导引、侦察等领域应用广泛，为满足各项需求，探测图像需清晰。由于进行光电成像时需将光电载荷安装在飞机、舰船等移动设备上，晃动使成像器对目标成像模糊，无法满足后续处理。为了使光电载荷在成像期间保持稳定，成像清晰，需将其安装在随动稳定系统中，来隔离外部扰动，并将光电载荷对准目标，便于清晰成像。随动稳定系统为光电载荷提供航向、俯仰两轴稳定平台，实现精确指向目标和隔离外部扰动的功能。随动稳定系统由随动控制平台、反馈元件、执行元件和随动框架组成。在随动稳定系统中，随动控制平台是系统控制核心，根据角位置传感器和角速度传感器提供的角位置信息和惯性空间的角速度信息，通过控制直流力矩电机来实现载荷稳定和精确指向。以往基于普通单片机和模拟元件的随动控制平台受其处理速度低和抗干扰能力差的限制，已难以满足光电载荷高稳定度的要求。随着自动化水平的不断发展和数字信号处理器DSP(后文简称DSP)的广泛应用，高性能的数字化随动控制平台已成为控制系统发展的趋势。亟需研制一种新型的数字化随动控制平台，保证其高精度、高可靠性，使随动稳定系统精确控制能力大大提高。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供TMS320F2812的随动控制平台，从而能够在光电载荷中实现航向、俯仰两轴的精确指向和隔离外部扰动的功能。为了实现这一目的，本专利技术采取的技术方案是：一种基于TMS320F2812的随动控制平台，应用此随动控制平台的随动稳定系统由随动控制平台、反馈元件、执行元件和随动框架组成；光电载荷安装在随动稳定系统中，通过随动稳定系统为光电载荷提供航向、俯仰两轴稳定平台，实现精确指向目标和隔离外部扰动的功能；随动稳定系统中，以角位置传感器和角速度传感器作为反馈元件，以直流力矩电机作为执行元件，以随动控制平台为控制核心并运行控制算法；随动控制平台根据角位置传感器和角速度传感器提供的角位置信息和惯性空间的角速度信息，通过控制直流力矩电机来实现随动框架的精确指向和隔离扰动；随动稳定系统为双闭环控制系统，外环为位置回路，实现精确指向功能；内环为速度回路，实现隔离扰动功能。这种随动控制平台包括TMS320F2812主控模块、角速度信号采集模块、角位置信号采集模块、PWM驱动模块、通信接口、电源/复位模块；(1)电源/复位模块包括DSP的IO电源3.3V，核电源1.9V，数字芯片使用的3.3V电源，光耦所需的隔离5V电源，角位置信号采集模块中的模数转换器所需的模拟5V电源，数字5V电源，模拟+15V电源，模拟-15V电源；复位模块产生DSP所需的复位信号，保证DSP的正确运行；(2)TMS320F2812主控模块包括DSP、数据总线、地址总线和控制总线；DSP通过数据总线、地址总线和控制总线完成对角位置传感器数据的读取，通过DSP内嵌的一个SCI模块配合通讯模块中的电平转换完成与其他设备的通讯，通过DSP内嵌的PWM模块配合PWM驱动模块中的光电耦合器和功放芯片完成直流力矩电机的驱动，通过DSP内嵌的另一个SCI模块和通用输入输出接口配合角速度传感器采集模块中的专用电平转换芯片实现角速度传感器的选通和数据读取；TMS320F2812主控模块采集角速度和角位置信息作为反馈信号，输出PWM信号驱动直流力矩电机，实现随动稳定系统的高精度闭环控制；(3)角位置信号采集模块为TMS320F2812主控模块提供当前随动机构框架与电机轴的角位置信息，角位置传感器为模拟电压输出，经角位置信号采集模块中的低噪声信号调理单元处理后由角位置信号采集模块中的模数转换器转换为数字信号；采用电位器作为角位置传感器；由于电位器供电压和模数转换器基准电压同源，电位器采用基准+10V、-10V和-2V供电，+10V由模数转换器基准电源2.5V同相放大4倍得到，-10V由模数转换器基准电源2.5V反相放大4倍得到，-2V由模数转换器基准电源2.5V反相衰减0.8倍得到；电位器包括航向电位器和俯仰电位器，航向电位器输出信号范围-10V～+10V，经过角位置传感器采集模块中的电压跟随器将其输入到模数转换器进行采集，俯仰电位器输出信号范围-2V～+10V，经过电压跟随器将其输入到模数转换器进行采集；为了满足采样定理，在模数转换器采样前对传感器信号进行RC低通滤波，截至频率设计为160Hz；模数转换器采用16位高精度AD转换器AD7656-1，采样频率250KSa/s，满足0.5ms的控制周期的要求；(4)角速度信号采集模块为TMS320F2812主控模块提供当前随动机构在惯性空间的角速度信息；采用光纤陀螺作为角速度传感器；光纤陀螺为数字输出，具有RS485数据接口和选通接口，DSP通过通用输入输出接口和角速度传感器采集模块中的电平转换芯片MAX3490实现选通接口，通过DSP内嵌SCI模块和角速度传感器采集模块中的电平转换芯片MAX3490实现数据接口；DSP在一个控制周期内，分别选通航向光纤陀螺和俯仰光纤陀螺，通过数据接口获取当前航向角速度值和俯仰角速度值；(5)PWM驱动模块采用光电耦合器隔离和双H桥功放芯片实现，主控模块输出数字化PWM信号，经光电耦合器隔离和功放后驱动随动稳定系统中的直流力矩电机；(6)通讯接口模块为RS422接口，与其他设备进行通讯。进一步的，如上所述的一种基于TMS320F2812的随动控制平台，其中：PWM驱动模块以L6206驱动芯片为核心，实现直流力矩电机驱动功能；电机驱动电路与DSP的PWM控制信号通过光电耦合器实现电气隔离；DSP通过GPIO控制L6206的使能，通过PWM信号的占空比控制L6206输出的驱动电压；L6206内部为双全桥电路，具有死区控制单元，并联使用输出驱动电流最大为5.6ADC。进一步的，如上所述的一种基于TMS320F2812的随动控制平台，其中：通讯模块采用DSP内部SCI+通讯模块中的电平转换芯片MAX3490实现，与其它设备进行通讯。进一步的，如上所述的一种基于TMS320F2812的随动控制平台，其中：电源/复位模块采用TI公司的TPS767D301实现DSP核电压1.9V、IO电压3.3V和平台主电源3.3V的转换，采用延时芯片TPS3838K33实现核电压和IO电压的上电顺序控制，采用DCP010505实现光电耦合器所需的隔离电压5V；采用TPS767D301输出的专用复位信号作为随动控制平台的复位。本专利技术的有益效果在于：通过提供一种基于TMS320F2812的随动控制平台，其作为光电载荷随动稳定系统的控制核心，对实现随动稳定系统精确指向和高稳定度起重要作用。这种随动控制平台以数字化元件和高精度模块实现了数据采集，以数字化脉宽调制信号PWM实现了电机驱动，并采用随动控制专用的主控芯片TMS320F2812运行高精度控制算法，在控制精度和抗干扰能力上较传统的控制平台均有大幅提高，能够在光电载荷中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于TMS320F2812的随动控制平台，应用此随动控制平台的随动稳定系统由随动控制平台、反馈元件、执行元件和随动框架组成；光电载荷安装在随动稳定系统中，通过随动稳定系统为光电载荷提供航向、俯仰两轴稳定平台，实现精确指向目标和隔离外部扰动的功能；随动稳定系统中，以角位置传感器和角速度传感器作为反馈元件，以直流力矩电机作为执行元件，以随动控制平台为控制核心并运行控制算法；随动控制平台根据角位置传感器和角速度传感器提供的角位置信息和惯性空间的角速度信息，通过控制直流力矩电机来实现随动框架的精确指向和隔离扰动；随动稳定系统为双闭环控制系统，外环为位置回路，实现精确指向功能；内环为速度回路，实现隔离扰动功能；其特征在于：随动控制平台包括TMS320F2812主控模块、角速度信号采集模块、角位置信号采集模块、PWM驱动模块、通信接口、电源/复位模块；(1)电源/复位模块包括DSP的IO电源3.3V，核电源1.9V，数字芯片使用的3.3V电源，光耦所需的隔离5V电源，角位置信号采集模块中的模数转换器所需的模拟5V电源，数字5V电源，模拟+15V电源，模拟‑15V电源；复位模块产生DSP所需的复位信号，保证DSP的正确运行；(2)TMS320F2812主控模块包括DSP、数据总线、地址总线和控制总线；DSP通过数据总线、地址总线和控制总线完成对角位置传感器数据的读取，通过DSP内嵌的一个SCI模块配合通讯模块中的电平转换完成与其他设备的通讯，通过DSP内嵌的PWM模块配合PWM驱动模块中的光电耦合器和功放芯片完成直流力矩电机的驱动，通过DSP内嵌的另一个SCI模块和通用输入输出接口配合角速度传感器采集模块中的专用电平转换芯片实现角速度传感器的选通和数据读取；TMS320F2812主控模块采集角速度和角位置信息作为反馈信号，输出PWM信号驱动直流力矩电机，实现随动稳定系统的高精度闭环控制；(3)角位置信号采集模块为TMS320F2812主控模块提供当前随动机构框架与电机轴的角位置信息，角位置传感器为模拟电压输出，经角位置信号采集模块中的低噪声信号调理单元处理后由角位置信号采集模块中的模数转换器转换为数字信号；采用电位器作为角位置传感器；由于电位器供电压和模数转换器基准电压同源，电位器采用基准+10V、‑10V和‑2V供电，+10V由模数转换器基准电源2.5V同相放大4倍得到，‑10V由模数转换器基准电源2.5V反相放大4倍得到，‑2V由模数转换器基准电源2.5V反相衰减0.8倍得到；电位器包括航向电位器和俯仰电位器，航向电位器输出信号范围‑10V～+10V，经过角位置传感器采集模块中的电压跟随器将其输入到模数转换器进行采集，俯仰电位器输出信号范围‑2V～+10V，经过电压跟随器将其输入到模数转换器进行采集；为了满足采样定理，在模数转换器采样前对传感器信号进行RC低通滤波，截至频率设计为160Hz；模数转换器采用16位高精度AD转换器AD7656‑1，采样频率250KSa/s，满足0.5ms的控制周期的要求；(4)角速度信号采集模块为TMS320F2812主控模块提供当前随动机构在惯性空间的角速度信息；采用光纤陀螺作为角速度传感器；光纤陀螺为数字输出，具有RS485数据接口和选通接口，DSP通过通用输入输出接口和角速度传感器采集模块中的电平转换芯片MAX3490实现选通接口，通过DSP内嵌SCI模块和角速度传感器采集模块中的电平转换芯片MAX3490实现数据接口；DSP在一个控制周期内，分别选通航向光纤陀螺和俯仰光纤陀螺，通过数据接口获取当前航向角速度值和俯仰角速度值；(5)PWM驱动模块采用光电耦合器隔离和双H桥功放芯片实现，主控模块输出数字化PWM信号，经光电耦合器隔离和功放后驱动随动稳定系统中的直流力矩电机；(6)通讯接口模块为RS422接口，与其他设备进行通讯。...

【技术特征摘要】
1.一种基于TMS320F2812的随动控制平台，应用此随动控制平台的随动稳
定系统由随动控制平台、反馈元件、执行元件和随动框架组成；光电载荷安装
在随动稳定系统中，通过随动稳定系统为光电载荷提供航向、俯仰两轴稳定平
台，实现精确指向目标和隔离外部扰动的功能；
随动稳定系统中，以角位置传感器和角速度传感器作为反馈元件，以直流
力矩电机作为执行元件，以随动控制平台为控制核心并运行控制算法；随动控
制平台根据角位置传感器和角速度传感器提供的角位置信息和惯性空间的角速
度信息，通过控制直流力矩电机来实现随动框架的精确指向和隔离扰动；
随动稳定系统为双闭环控制系统，外环为位置回路，实现精确指向功能；
内环为速度回路，实现隔离扰动功能；
其特征在于：随动控制平台包括TMS320F2812主控模块、角速度信号采集
模块、角位置信号采集模块、PWM驱动模块、通信接口、电源/复位模块；
(1)电源/复位模块包括DSP的IO电源3.3V，核电源1.9V，数字芯片使
用的3.3V电源，光耦所需的隔离5V电源，角位置信号采集模块中的模数转换
器所需的模拟5V电源，数字5V电源，模拟+15V电源，模拟-15V电源；复位
模块产生DSP所需的复位信号，保证DSP的正确运行；
(2)TMS320F2812主控模块包括DSP、数据总线、地址总线和控制总线；
DSP通过数据总线、地址总线和控制总线完成对角位置传感器数据的读取，通
过DSP内嵌的一个SCI模块配合通讯模块中的电平转换完成与其他设备的通讯，
通过DSP内嵌的PWM模块配合PWM驱动模块中的光电耦合器和功放芯片完
成直流力矩电机的驱动，通过DSP内嵌的另一个SCI模块和通用输入输出接口
配合角速度传感器采集模块中的专用电平转换芯片实现角速度传感器的选通和
数据读取；TMS320F2812主控模块采集角速度和角位置信息作为反馈信号，输
出PWM信号驱动直流力矩电机，实现随动稳定系统的高精度闭环控制；
(3)角位置信号采集模块为TMS320F2812主控模块提供当前随动机构框
架与电机轴的角位置信息，角位置传感器为模拟电压输出，经角位置信号采集
模块中的低噪声信号调理单元处理后由角位置信号采集模块中的模数转换器转

\t换为数字信号；
采用电位器作为角位置传感器；由于电位器供电压和模数转换器基准电压
同源，电位器采用基准+10V、-10V和-2V供电，+10V由模数转换器基准电源
2.5V同相放大4倍得到，-10V由模数转换器基准电源2.5V反相放大4倍得到，
-2V由模数转换器基准电源2.5...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨春辉，许秀贞，
申请(专利权)人：天津津航技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：天津;12