数字信号处理技术在跟踪系统中的应用new

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1、第25卷第4期长春理工大学学报Vol125No142002年12月JournalofChangchunUniversityofScienceandTechnologyDec.2002文章编号:1004-485X(2002)04-0010-04数字信号处理技术在跟踪系统中的应用12吉桐伯王昕(1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130022;2.长春工程学院,130021)摘要:将数字信号处理技术应用于实时动态跟踪伺服控制系统,采用DSP高速处理器作为伺服控制主计算机,通过分析控制算法,提出了与状态反馈相结合的数值插补算法,并在DSP控制器上实现,跟踪精度高,速度快,实

2、时性强,极大改进了控制系统的性能。关键词:数字信号处理;伺服控制系统;数值插补技术;状态反馈控制;目标跟踪中图分类号:TN95916文献标识码:A过去的跟踪系统通常由低速数字位置环和模DSPⅠDSPⅡDSPⅢDSPⅣ拟速度环组成,这种跟踪系统己使用多年,适用INTER-⋯CONTROL⋯COMMU-⋯PWMPOLATIONLAWTATIONSTRATEGY于弹道相对简单并且可预测的环境。而对于目前高速机动目标的跟踪,必须有相应的跟踪方法。图14个DSP各自执行功能结构图随着现代新型武器发展,对跟踪精度提出更加严第一个DSP用于通过主板上双口RAM与主格的要求,对目标的跟踪也愈加困难。

3、解决方法机通信,执行单一轴向或多轴数值插补。插补方就是利用已在控制业广泛使用的先进技术,并提法分为梯形法,直线法,二次或三次曲线法。供灵活、可靠的操作方法。第二个DSP通过I/O总线与第一个DSP通随着科学技术的发展,各种智能化系统的结信,执行速度预测和状态反馈控制等。同时也执构和控制算法越来越复杂。以往复杂控制单纯依行陷波滤波消除共振。赖工控机,简单控制单纯依赖单片机的计算机控第三、第四个DSP以组的方式控制有刷或无制系统结构设计格局正在逐渐瓦解,代之单纯以刷交、直流电动机。通过输出一系列PWM信号高速DSP为核心的控制系统设计思路。DSP正驱动功率放大器。面向环境的控制策略可以使

4、普以其高速的数据处理能力,灵活的应用方式,方通直流电动机发挥高性能交流电动机的性能。由便的编程环境在计算机控制系统设计中成为首于控制可以根据所使用的电机类型进行调整,通选。本系统采用4个DSP组成并行DSP控制器过16位D/A转换器,无论是标准接口的控制器集成了实时数据采集系统,它具有一个最优速度还是传统放大器,不需要改变硬件就可以改变电反馈观测器和插补器,能大大减小跟踪误差,剔机技术。除重新配置系统问题。并行DSP控制器通过软每个DSP均采用TI公司生产的件可编程的陷波滤波器,满足跟踪系统性能要TMS320C5402。它采用先进的修正哈佛结构,求,从而简化最优跟踪和剔除机械谐振。片

5、内共有8条总线,CPU,在片存储器和在片外围电路等硬件,加上高度专业化的指令系统,使1硬件组成其具有功耗小、高度并行等优点,其主要特点并行DSP控制器是一个完整的信号处理单为:①围绕8条总线构成的增强型哈佛结构;②元,包括4个40MHz的DSP,每一个DSP完成高度并行和带有专用硬件逻辑的CPU设计;③明确的控制功能。其结构框图如图1所示:高度专业化的指令系统;④模块化结构设计;⑤收稿日期:2002-08-10基金项目:国家高科技863资助项目(2002AA883012)作者简介:吉桐伯(1974-),男,博士研究生,主要从事光电检测、光电跟踪系统等机电一体化设备的研制。第4期吉桐伯

6、等:DSP在实时动态跟踪系统中的应用11先进的IC工艺;⑥能降低功耗和提高抗核辐射变化而产生的陡沿,防止高频器件产生陡沿进入能力的新的静电设计方法。因而TMS320C5402系统而引起难以补偿的机械变化。此外,位置环可以满足本系统实时处理的要求。的低采样率不能保证速度的计算精度,因此需要正确的插补算法。2控制算法4实时跟踪系统的位置和速度采样控制算法有许多种,包括PID控制、无超频率调、状态反馈以及模糊控制等。其中PID控制己广泛应用于模拟系统中并在控制理论中广为论根据经验,控制系统的位置采样频率是-述,大多数控制工程师熟悉PID并擅长此设计。3dB处带宽的10～30倍。按照这个规律

7、,在一高速DSP控制器,算法难,这是众所周知的。个控制系统中,如果其幅频响应为每10倍频程我们期望所设计的控制系统在有用信号和干扰同(-40dB),且-40dB处的幅值频率比-3dB处在的环境下,通过DSP伺服控制器及其状态变频率高10倍,则3倍的该幅值频率(-3dB处量反馈算法、卡尔曼滤波器、陷波器及数值插补频率的30倍)满足采样定理,控制理论中要求技术来保证平滑控制。该控制器可根据不同环境具有微分环节的控制器的采样频率要非常高,这条件进行调整使之最优。