基于DSP的天线稳定平台伺服控制系统的设计与实现

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随着数字化技术和信息化技术的不断提高,船用卫星通信需要实时、高效的接收卫星发来的语音、数据以及图像等多媒体信息。为了使天线能够始终的指向卫星,需要在舰船上构建一个天线稳定平台,来抑制船舶姿态和航向改变等因素带来的摇摆。本文以舰载卫星天线姿态稳定平台为研究背景,通过接收微惯性测量单元输出的各轴姿态信息,与旋转变压器变输出的天线轴端位置信息构成位置闭环,偏差量经过控制器的解算,将输出量进行功率放大,驱动电机做相应的转动,从而使天线隔离舰船摇摆,保持姿态的稳定。根据天线稳定平台伺服控制系统的工作原理,首先对系统进行了总体设计,并完成了关键元器件分析、选型。由于DSP芯片具有高效、高速、高精度等优点,并且能够提供多路PWM输出,非常适合进行电机的控制,因此本系统选用TI公司生产的TMS320F2812作为主控芯片。伺服控制系统的硬件部分由TMS320F2812最小系统板,电机的功率放大板,位置检测电路板组成。在完成系统的硬件电路板设计后,基于VC在上位机上设计了控制界面,实现对电机的位置控制、数据传输等功能。本文完成了天线稳定平台伺服控制系统的控制方法设计,建立了稳定回路的数学模型,并对伺服控制系统进行了理论分析和经典校正,验证了经典PID控制规律的可行性。分析了模糊控制理论和传统PID控制理论的优势和劣势,然后针对系统设计了模糊自适应PID控制器并给出了控制算法的实施步骤和软件实现,同时编写了 PWM波生成程序和位置检测程序,在软件设计中考虑到干扰的影响,采用了软件数字滤波的思想,更好的实现了对天线稳定平台的位置控制。通过软件仿真及多次试验得出,本文提出的模糊自适应PID控制算法的控制效果优于传统PID控制算法,减小了系统的超调量提高了控制的精度,同时具有更好的抗干扰能力和鲁棒性,比传统PID控制器有着更加良好的动、静态性能,达到了系统性能指标的要求。
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