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摘 要
论文首先介绍了基于DSP的伺服跟踪系统的硬件组成原理，并对三频段进行了分析。通过对伺服跟踪器系统的研究，对其建立了数学仿真模型。由系统跟踪精度动态误差的评价方法，引出速度、位置滞后补偿的控制方法，使系统在目标以最大加速度 ，最大角加速度 运行的条件下，稳态跟踪误差小于6 。
以上控制方法的实现是通过MATLAB/SIMULINK仿真实现的，仿真结果表明，本设计采用速度滞后—超前补偿、位置回路滞后—超前补偿方法是有效可行的，可以达到系统的动态和静态性能指标。
关键词：DSP 频段分析 滞后—超前补偿 数字仿真
Title : Servo tracking system that controls on the basis of DSP
Abstract
First,the paper introduces according to the DSP of servo tracking the hardware of the system to constitute the principle, and to three the segments of frequency carried on the analysis. Secondly, it constitutes system, establishes mathematical simulate model to evaluate the dynamic and static tracking error. Then, by introducing the equivalent compound control to improve the tracking ability. By using Lay-lead compensation, the tracking capability of the system is promoted to track fast moving targets at maximal angular-velocity and maximal angular-acceleration, while the maximal tracking error is less than 6 .
In the end, Matlab/Simulink verifies the proposed methods. The results are much more like the theoretical analysis. The lag-lead compensation of speed and position can indeed improve the static and dynamic state properties of system.
Keyword: DSP Frequency channel analysis Lay-lead compensation Digital simulation
目录
第一章 绪论... 2
1.1引言... 2
1.2技术指标及要求... 2
1.3主要设计内容... 3
1.4方案论证... 3
第二章 伺服跟踪系统结构与硬件设计... 5
2.1 DSP简介... 5
2.1.1 TMS320X240的结构与特点... 5
2.1.2 事件管理器... 6
2.1.3 PWM输出和功率驱动... 6
2.2接口电路... 7
2.2.1键盘显示HD7279A的原理与应用... 7
2.3功率驱动电路... 10
2.3.1前置驱动电路... 10
2.3.2功率放大电路... 10
2.3.3 SHKI22 驱动芯片原理及外部特性... 11
2.4编码器... 15
2.5力矩电机... 15
2.5.1直流力矩电机的驱动形式... 15
2.5.2直流电动机的转速与其它参数的关系... 16
2.5.3 力矩电机驱动的随动系统数学模型及传递函数... 17
第三章 伺服跟踪系统三频段控制方法... 18
3.1三、频段分析及预期开环频率特性曲线的绘制... 18
3.1.1低频段... 18
3.1.2 中频段... 26
3.1.3高频段... 32
3.2频域法串联校正... 32
第四章 系统控制器设计及仿真... 34
4.1滞后—超前校正装置介绍... 34
4.2速度环控制器设计... 35
4.2.1速度环仿真验证优化... 37
4.3位置环控制器设计... 39
4.3.1位置环仿真验证优化... 40
4.4伺服系统复合控制... 41
4.5基于MATLAB/SIMULINK仿真及结果验证... 43
第五章 软件设计... 47
5.1 软件设计步骤及思想... 47
5.2 软件流程图... 48
致谢... 51
参考文献... 52
附录 1. 53
附录2. 63
第一章 绪论
1.1引言
伺服系统(Servo system)亦称随动系统是自动化学科中与产业部门联系最紧密，服务最广泛的一个分支。世界上第一个伺服系统由美国麻省理工学院辐射实验室（林肯实验室的前身）于1944年研制成功，这就是火炮自动跟踪目标的伺服系统。它属于自动控制的一种，它用来控制被控对象的转角(或位移)，使其能自动的、连续的、精确的复现输入指令的变化规律。传统的伺服系统通常在精度、系统稳定性、系统抗干扰性等方面差强人意。而数字化是技术发展的必然趋势，现代伺服系统朝着高精度、快速的方向发展，朝着功能强和更复杂的方向发展。数字伺服系统的设计是基于连续伺服系统设计的基础，进一步解决实用数字控制器设计问题和解决数字伺服系统中的特殊问题。例如轴—角编码、轴角—数字转换、数—模转换、数字—轴角转换、采样周期选择、控制规律选择、控制软件设计等问题。目前一般的数字伺服控制系统都是采用工控机或者是单片机来做控制、位置和速度运算。应用工控机的系统虽然在大多数的场合下都能够稳定工作，但由于工控机高昂的价格和需要另配各种接口卡使得系统的造价很高，从而限制了数字式伺服系统的广泛应用。而采用单片机的系统则只能应用在慢速和数据量小的系统中。数字信号处理器(DSP)是专门为数字信号处理而设计的可编程微处理器，它具有灵活的指令集、内在操作的灵活性、高速的运算能力、改进的并行结构、有效的成本及DSP处理器集成了许多常用的芯片等优点。研究基于DSP的伺服跟踪系统将会使得这种新型的伺服系统的体积将会更小、重量将更轻、功耗将更低、价格将更便宜、可靠性将更高，而且这种新型的基于DSP的伺服跟踪系统已经完全可以应用于各种工业场合，以替代传统的伺服机构，并且还能够扩展到许多新的领域中去，具有非常好的应用前景。
1.2技术指标及要求
以DSP为主控制器，通过对转台运动加以控制，实现对飞行状态模拟。转台电控系统主要实现对转台的运动方式控制，使整个转台安预定的工作方式进行运动，从而实现包括正弦摇摆运动在内的一些特定的工作。
保 精 度: 0.05°／s ~ 40°／s；
最 大 角 速 度： 60°／s；
保精度角加速度： 60°／s ；
最大角加速度： 100°／s ；
控 制 精 度： 4′ （最大误差）
1.3主要设计内容
根据系统所提出的性能指标的要求，本文将主要在以下几个方面进行讨论：
1 结合DSP和其它相关硬件，设计伺服控制系统的硬件。
2 根据课题要求和已有的硬件在DSP仿真环境下使用汇编和C语言编程，实现转台的伺服控制，并满足系统要求的控制精度。
3 对系统开环频率设计作了探讨。
4 应用MATLAB 中Simulink 对转台的设计相关内容进行仿真。
