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基于DSP的陀螺加速度计数字伺服回路研究(3)
原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-06-29 原文发表时间:2007-06-30 人气:1
本文章共4536字，分3页，当前第3页，快速翻页：
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d) 逆变器。
电机的功率电路部分，本系统中采用无刷力矩电机作为执行元件，其结构形式为三相六对极，因此逆变器采用三相逆变桥结构，桥臂的功率管可采用晶体管或场效应管。
3.2 数字控制的软件设计
a) 数字控制的总体流程。
根据加速度计系统的带宽（小于100 Hz）要求，以及A/D和D/A的转换速度，数字控制系统的采样周期取为Ts=200μs，在一个采样周期的时间间隔之内，将完成A/D转换、数字信号处理、D/A输出等功能，其流程图见图4。
图4 数字控制的总体流程图
b) 数字信号处理算法。
设计数字伺服系统时，一般有两种方法：
1) 方案一是将原来的模拟校正环节通过双线变换方法离散化，这种方案的好处是可以直接利用原有模拟系统的研究成果，但缺点是这种数字控制系统在性能上不可能超越原来的模拟系统［5］。
2) 方案二是根据系统性能要求，直接在离散域内设计数字控制器，这样能够充分利用近年来已经成熟的现代控制理论——最优控制、自适应控制、鲁棒控制等来进行设计，可以对系统进行复杂的动态补偿。
本文分别采用了上述两种方法，设计了两个不同的数字控制器，其中在原有模拟系统基础上通过离散化得到数字控制器的方法是验证数字伺服系统是否正常工作的一个简单而又重要的手段。设模拟校正环节的传递函数为
采样周期Ts=200 μs
采用Tustin变换对其离散化：
TMS320C32实现上述算法的过程类似于普通的IIR滤波器，可采用以下标准形式：
其结构形式如图5所示。
图5 三阶节的标准实现形式
在软件编制时充分利用了TMS320C32指令系统的两种特性：乘法/累加并行指令和循环寻址。前者允许在单个周期内完成一次浮点乘法和一次浮点加法，后者使用一个有限长度的缓冲存储器（对于本系统来说为3个内部存储器单元）循环存放中间延时节点值W［k］。
实际测试时通过监控程序测得上述三阶节的算法单次运行仅耗时6 μs左右（DSP的晶振频率为40 MHz），而同样算法如果采用单片机80C196系列来实现的话，其耗时将在5 ms左右，由此可以明显看出DSP在处理复杂算法时的高效性。
图6为模拟校正环节和数字校正网络的频率响应曲线对比，显然两者的幅频特性是一致的，而相频特性方面数字校正网络在高频处要滞后于模拟环节，这主要是由零阶保持器引起的。
图6 模拟校正环节和数字校正网络的波特图对比
图7为采用模拟校正环节和DSP数字控制器的陀螺加速度计系统的实测阶跃响应曲线，显然这两种控制方式的效果是一致的，调节时间为101 ms，超调量为42%；图8为采用自适应控制算法的系统阶跃响应曲线，可以看出，系统的调节时间比普通的数字控制方案要快（74 ms），而且超调量减少了1／4左右（31％）。
图7 采用模拟校正环节和直接数字控制器时系统的阶跃响应
图8 采用自适应算法时系统的阶跃响应
4 结论
从以上试验结果可以看出，采用基于DSP技术实现的陀螺加速度计数字伺服回路在性能上要优于常规的模拟控制方式，并且具有参数一致性好、可实现复杂控制规律等显著特点，可用来替代常规的模拟伺服回路，是陀螺加速度计伺服回路控制技术发展的一个重要方向。
参 考 文 献
1 陆元九等. 惯性器件（下）. 北京：宇航出版社，1993.
2 张雄伟等. DSP芯片的原理与开发应用（第2版）. 北京：电子工业出版社，2000.
3 TMS320C3x User's Guide.Texas Instruments,1997.
4 严小军等. 无刷力矩电机在陀螺加速度表上的应用. 导弹与航天运载技术，2002(1).
5 王福瑞等. 单片微机测控系统设计大全. 北京：北京航空航天大学出版社，1998. ( |
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