跟踪伺服控制系统硬件设计

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1、跟踪伺服控制系统硬件设计1．系统功能及原理1.1系统功能跟踪伺服系统是光电经纬仪上主要分系统之一。它主要完成跟踪架的驱动，根据指令信息驱动跟踪架方位、俯仰两个方向的转动,实现对空中运动目标实时跟踪,以便实现测量系统对目标进行测量之目的.1.2系统原理光电经纬仪跟踪伺服系统是由速度内环与位置外环构成的双闭环控制系统.其硬件组成框图如图一所示:接口控制计算机跟踪架力矩电机功率放大器PWM发生器指令信息接口编码器图一硬件构成框图跟踪伺服系统基本工作方式有三种:数学引导随动跟踪、电视自动跟踪和单杆半自动跟

2、踪。分述如下：1．2．1数学引导随动跟踪数学引导随动跟踪是跟踪伺服系统接收外来的目标速度、位置引导信息，驱动跟踪架跟踪目标的一种工作方式。其原理结构图如图二所示：速度顺馈编码器测速位置调节器速度调节器PWMM功放电机跟踪架图二数引随动跟踪结构框图1．2．2电视自动跟踪，电视自动跟踪是跟踪伺服系统根据电视系统测得的电视脱靶量，驱动跟踪架跟踪目标的一种工作方式。其原理结构图如图三所示：编码器测速电视调节器速度调节器PWMM功放电机跟踪架图三电视自动跟踪结构框图1．2．3单杆半自动跟踪单杆半自动跟踪是速

3、度回路闭合，位置回路通过人眼闭合的一种跟踪目标的工作方式。其原理结构图如图四所示：单杆编码器测速单杆调节器速度调节器PWMM功放电机跟踪架图四单杆半自动跟踪结构框图1．系统的组成：跟踪伺服系统的硬件（不包括力矩电机、编码器，功率放大器另述，主要指控制计算机及相关部分）主要有：PC-104主机板、A/D接口卡、串行接口卡、并行接口与PWM发生器卡和信号处理卡及底板。2．1主机板主机板采用DIGITAL-LOGICAG公司MICROSPACE系列PC-104产品中的MSM586SEV,其主要技术特性如

4、下：—CPU采用AMDELAN520133MHZ—70nsSDRAM最大128Mbytes—定时器，DMA，实时时钟—串口COM1﹑COM2﹑COM3﹑COM4﹑并口LPT1—喇叭接口—AT或PS/2键盘接口，PS/2鼠标接口—软驱接口，E-IDE硬盘接口—VGA/LCD视频接口—PC-104嵌入式总线—单一5V供电—LANEthernet—Watchdog—DOC2000flashSSD—工作温度：-40°C-+85°C其结构框图见图五：图五MSM586SEV结构框图2．2A/D转化卡A/D转化

5、卡采用DIAMONDSYSTEMS公司生产的DMM-XTPC-104卡。其主要技术特性如下：—16路单端或8路差分输入；12位分辨率；输入模拟量范围±10V可调—两路模拟输出，12位分辩率，输出电压范围0-5V可调—8位数字输入，8位数字输出—100KHZ采样频率—16位通用计数器/定时器—工作温度：DMM-XT-40——+85℃其结构如图六所示。其接插头J3为50点，定义如下：图六DMM-XT结构框图2．3串行接口卡串行接口卡采用DIAMONDSYSTEMS公司生产的EMM-XTPC-104卡，

6、其主要技术特性如下：—4串行口，每口带16字节FIFOs—二口可配置成RS-232/RS-422/RS-485，两口为固定RS-232—通讯速率标准可达115.2Kbps,最高可达460.8Kbps;—16I/O地址和10中断等级可选—单一5V供电—工作温度范围可达-40——+85°C其结构图如图七所示，接插头为J3﹑J4，20点两个，定义如下：图七EMM-XTPC-104卡结构框图2．4并行接口及PWM产生卡并行接口卡采用DIAMONDSYSTEMS公司生产的OMM-XTPC-104卡其主要技术

7、特性如下：—3个16位计数器/定时器，三级中断，板上晶振4MHZ，最大输入频率10MHZ，—48路I/O，可编程控制方向—所有I/O信号TTL电平兼容—单一5V供电—工作温度：-40°——+85°C其结构框图如图八所示，其接插头为50点插头J3和J4，14点插头J5。定义如下：图八OMM结构框图2．5信号处理卡信号处理卡自行研制，采用PC-104结构尺寸和PC-104标准总线。其主要功能为：中断信号处理、限位控制、PWM保护控制等。中断等级选择54LS12354LS12354LS123RS-485

8、接口AM26LS32其结构框图如图九所示：分频8M晶振54LS123WATCHDOG保护控制方向控制逻辑限位控制长线驱动器54140长线驱动器54140图九信号处理卡结构框图2．6底板底板完成PC-104卡的安装，系统的供电及各插头的出线等。其结构图如下：A/D卡Vin0Vin1记数器卡主板串行接口卡PORT1PORT2PWMAPWME2．7机箱：机箱布局如下图所示：机箱后端系统对外接插头定义如下：°