稳定平台系统设计

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1、技术论文学校：南京理工大学队伍:7046指导老师：李军3:邝平成员1:雷杨成员2:陈舒思成员作品名称：局精度稳定平台控制系统摘要稳定平台能够隔离载体角运动，在载体机动状态下建立稳定基准面，使安装在平台上的光电设备不会因载体运动产生的抖动和滚动而丢失目标，保证光电设备准确瞄准和跟踪目标，因此广泛应用于民用和军事领域。设计的高精度稳定平台控制系统是以动力调谐陀螺仪为速度敏感元件，旋转变压器为角度测量元件，DSP控制器TMS320F28335为主控芯片，直流力矩电机为被控对象的闭环控制系统。根据所需关键器件的选型设计了系统的硬件电路，包括速度和角度信号采样电路、电机驱动电路、通信电路等。

2、采用电流环和位置环的双闭环控制方式实现系统载体静止时的伺服控制；采用电流环、速度环和位置环的三闭环控制方式实现系统在载体运动时的稳定控制。以上两种控制模式下的角度控制精度都能够达到0.05mrad,载体运动时系统稳定控制模式下隔离扰动效果很好。实测结果表明，该系统硬件结构简单，稳定性好，实时性强，具有良好的稳态和动态性能，能够满足稳定平台系统的性能要求。关键词：稳定平台DSP陀螺仪伺服控制1.作品创意12.方案设计与论证12.1主控芯片的选择与论证22.2陀螺的选择与论证32.3力矩电机的选择与论证32.4位置检测元件的选择与论证33.系统硬件与原理图设计43.1最小系统外围电路4

3、3.2旋转变压器-数字转换器电路53.3滤波采样电路63.4电机驱动电路73.5通信电路83.6闭锁电路93.7电源隔离电路94.软件设计与流程104.1主程序框架104.2中断程序设计105.系统测试与分析135.1系统调试环境135.2系统静止状态下伺服控制调试结果135.3系统运动状态下稳定控制调试结果156.作品难点与创新186.1难点186.2创新点181.作品创意陀螺稳定平台作为稳定视轴或瞄准线的主要手段，多年来一直是国内外科研机构的主要研宄对象。从地面上的汽车、坦克到空中的飞机、卫星等，都可以看到陀螺稳定平台的身影。其主要作用是用来消除载体受到的干扰，使载体能够按照既

4、定的方向运动或者在惯性空间中保持稳定。本作品设计了双轴稳定平台控制系统。控制系统可工作在两种不同的工作模式：载体静止时的伺服控制和载体运动时的稳定控制。其中载体静止时系统工作于伺服控制模式，系统作用是使被稳定平台转角相对基座保持固定不变或跟随指令信号进行跟踪运动，采用旋转变压器作为角度反馈器件；载体运动时系统工作于稳定控制模式，控制系统主要功能是隔离载体运动及平台受到的各种扰动信号，保持平台相对于惯性空间稳定，以保证光电装置可以获得稳定的视场，采用阁1.2载体运动时稳定控制框阁2.方案设计与论证针对稳定平台的功能和用途，我们设计了系统控制方案，系统硬件结构如图2.1所示，系统分为方

5、位轴和俯仰轴两个自由度的控制电路设计，控制系统在这两个方向上的结构基木一致，主要可以分为信号采集、电机驱动和信息交互三部分。控制过程为：陀螺敏感到平台在惯性空间的角速度信号，经过A/D转换后变为数字信号传送给DSP主控制器，同时旋转变压器感应到的平台位置信号经过轴角粗精通道编码后，也传送到DSP中，在DSP中经过信号处理和控制算法处理后，产生掠制力矩电机的信号，以抵消扰动力矩使平台稳定并跟踪A标。陀螺信号演示计算机总线控制器漂移补偿信号调零补偿信号多路幵关运算放大电路AD转换缓冲器CAN通信板卡转接板粗机旋变信号精机旋变信号电平转换CANXINTFDSPSCIPWM功率驱动导航板平

6、台电机图2.1方栗整体设计图2.1主控芯片的选择与论证TMS320F28335型数字信号处理器TI公司的一款TMS320C28X系列浮点DSP控制器。与以往的定点DSP相比，该器件的精度高，成本低，功耗小，性能高，外设集成度高，数据以及程序存储量大，A/D转换更精确快速等。TMS320F28335具有150MHz的高速处理能力，具备32位浮点处理单元，6个DMA通道支持ADC、McBSP和EMIF,有多达18路的PWM输出，其屮有6路为TI特冇的更高精度的PWM输出（HRPWM）,12位16通道ADC。得益于其浮点运算单元，用户可快速编写控制算法而无需在处理小数操作上耗费过多的时间

7、和精力，与前代DSC相比，平均性能提高50%,并与定点C28x控制器软件兼容，从而简化软件开发，缩短开发周期，降低开发成本。与作用相当的32位定点技术相比，快速傅立叶转换（FFT）等复杂计算算法采用新技术后性能提升丫一倍之多。这些特点使得TMS320F28335非常适合于本设计伺服控制系统使用。2.2陀螺的选择与论证木系统所采用的陀螺仪为动力调谐陀螺仪，与常用的输出位置信号的液浮陀螺不同，该陀螺输出的是速率信号，经过调研该型陀螺是目前国内同等体积下精度较高的一款陀螺仪