[發明專利]一種車載轉臺控制系統及方法

有效

• 申請號: 201510418596.1
• 申請日: 2015-07-16
• 公開（公告）號: CN105007012B
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發明（設計）人: 劉瑩;涂遠江;王亞飛;張書文;曹海波;李海峰;馬柯
• 申請（專利權）人: 湖北三江航天萬峰科技發展有限公司
• 主分類號: H02P8/14
• 分類號: H02P8/14
• 代理公司: 武漢東喻專利代理事務所(普通合伙)42224
• 代理人: 李佑宏

技術領域

本發明屬于機電控制領域，具體涉及一種基于DSP的車載轉臺控制系統及方法。

背景技術

轉臺可以真實地復現被測設備在方位、俯仰、偏航方向的運動特征，在科學實驗和武器裝備中起著重要作用，是模擬、仿真、測試的關鍵載體設備。

目前,使用的轉臺主要有實驗室大型駐地轉臺、車載轉臺、艦船轉臺，常用的轉臺控制系統主要由計算機控制系統、驅動系統和測量系統組成，其計算機控制系統主要由工控計算機和運動控制器組成，工控計算機主要是對轉臺運行狀態進行監控，而運動控制器是伺服控制系統的核心，它采用積分分離的PI算法進行位置與速率的控制，從而實現基于工控計算機指令信號和位置傳感器反饋信號的轉臺控制。

按以上方法進行轉臺姿態控制時，主要優點是：結構簡單、使用簡便、可靠性高、造價低，控制方法簡單，可滿足精度不高的轉臺定位需求。缺點是：采用運動控制器作為控制系統的核心部件，雖簡化了硬件設計、降低了控制算法的難度，但增加了軟硬件成本，且轉臺不易實現與其他設備的無縫集成。

隨著微處理器的性能不斷提高，轉臺的控制系統采用具有高運算速度的DSP(簡稱數字信號處理器)芯片作為控制的核心，以差量式數字PID為控制算法來實現轉臺的基本功能。

此外，隨著神經網絡算法的廣泛研究，也出現了轉臺伺服系統的神經網絡控制方法，即先建立轉臺伺服系統的機械動態模型，初始化系統狀態等一系列先驗知識的基礎上選擇神經網絡逼近未知動態，根據系統跟蹤誤差、快速終端滑模面及其一階導數來設計自適應魯棒有限時間神經網絡控制器，采樣時刻更新神經網絡權值矩陣。但由于神經網絡算法本身的復雜性，適用于高性能的工業計算機，硬件成本高、算法復雜，無法在基于DSP的嵌入式系統中采用，有一定的使用局限性，且目前還處于算法研究階段。

綜合上述的轉臺的控制方法以及各個方法的優缺點，針對基于DSP的車載轉臺，目前主要存在如下技術問題：(1)硬件成本高，體積大，不易實現與其他設備的無縫集成；(2)由于受到路面顛簸、震動等因素的影響，普通的PI控制算法很難消除靜差，以達到較高的控制精度，還可能導致積分過飽和超調；(3)由于受到結構件、鎖緊力、環境溫度的影響，轉臺較難實現任意角度下的自動鎖緊解鎖，并且車載轉臺在啟動和停止時的過沖和急停極易引起的來回震動；(4)車載轉臺在運動過程中容易出現電流的陡增和速度的突變而出現飛車現象。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種車載轉臺控制系統及方法，其目的在于，該方法能夠滿足DSP嵌入式數字信號處理器運行要求，極大簡化轉臺體積，實現與其他設備的集成，其控制算法也能避免車載轉臺的干擾因素，實現轉臺的穩定運行和精密定位，并能實現在轉臺任意位置的自動鎖緊、解鎖，解決了車載轉臺的自動化控制等技術難題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種車載轉臺控制系統，其特征在于，其包括驅動裝置、鎖緊裝置以及用于控制所述驅動裝置和鎖緊裝置的控制裝置，其中，

所述驅動裝置包括角度傳感器、D/A轉換芯片、電機驅動器以及驅動電機，所述角度傳感器與所述控制裝置相電連接，所述控制控制裝置同時還與D/A轉換芯片相電連接，所述D/A轉換芯片連接電機驅動器，所述電機驅動器連接所述驅動電機，所述驅動電機用于驅動轉臺旋轉；

所述鎖緊裝置包括位置傳感器、A/D采集芯片、步進電機驅動器以及步進電機，所述位置傳感器與所述A/D采集芯片相電連接，所述A/D采集芯片與所述控制裝置相電連接，所述控制控制裝置同時還與所述步進電機驅動器相電連接，所述步進電機驅動器與所述步進電機相電連接，所述步進電機用于鎖緊轉臺；

所述控制裝置包括數字信號處理器，所述數字信號處理器同時連接所述角度傳感器、所述D/A轉換芯片、所述A/D采集芯片以及所述步進電機驅動器。

所述角度傳感器用于感知轉臺旋轉的角度，所述角度傳感器連接所述控制裝置。

通過以上發明構思，一方面設置角度傳感器能實時采集轉臺的位置值，另一方面設置位置傳感器實時采集步進電機狀態，所述位置值和所述步進電機的狀態經過數字信號處理器處理后，分別輸出控制驅動電機的電壓值和步進電機的PWM脈沖，使驅動電機和步進電機按照控制要求進行轉臺的驅動和鎖緊。

進一步的，所述驅動電機為力矩電機。

按照本發明的另一方面，還提供了一種車載轉臺控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1：向數字信號處理器輸入指令，所述指令包括轉臺的定位角度和轉臺的運行速度；