基于NIOS II的导弹伺服控制器的研制

论文摘要

随着导弹数字化水平的不断提高,导弹伺服机构对伺服控制器提出了数字智能控制和数字通信的新要求。因此,研制支持智能数字控制算法,具有数字通信接口,集成度高,综合成本低的高可靠数字式伺服控制器,对于提高导弹总体技术水平具有重要作用。本文根据数字化导弹伺服控制器的设计要求,利用可编程片上系统(SOPC)技术在FPGA内部嵌入NIOS II软核处理器及功能组件,研制了集数据采集处理、多路控制和高可靠性通讯于一体的导弹伺服控制器。针对GJB289A通讯,在FPGA内部采用硬件描述语言设计曼彻斯特编码器、解码器和远程终端协议处理的逻辑状态机,配合专用接口驱动器和耦合器,实现了伺服控制器与弹上及地面计算机的可靠通讯。设计了数据采集及信号调理模块,伺服驱动模块和转速测量模块。在NIOS II硬件开发平台SOPC Builder中搭建了NIOS II控制模块,并在模块内实现了对数据采集,伺服驱动,转速测量等功能模块的控制。在Altera公司的NIOS II IDE中,针对NIOS II处理器软核,开发了伺服控制器控制软件,支持GJB289A总线远程终端的协议软件及自检软件。最后对系统各模块进行测试,分析了测试数据,验证了导弹伺服控制器系统的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 数字伺服控制系统综述
• 1.1.2 GJB289A 总线综述
• 1.2 课题来源和意义
• 1.3 国内外研究现状及分析
• 1.3.1 伺服控制器研究现状
• 1.3.2 伺服系统控制策略现状
• 1.4 研究目标
• 1.4.1 功能要求
• 1.4.2 技术指标
• 1.5 本课题主要研究的内容
• 1.6 本文结构
• 第2章 总体方案论证
• 2.1 系统结构及工作原理
• 2.2 基于DSP 的数字伺服控制器方案
• 2.3 基于ARM 的嵌入式数字伺服控制器方案
• 2.4 基于NIOS II 的数字伺服控制器方案
• 2.5 方案选择
• 2.6 本章小结
• 第3章 基于NIOS II 的导弹伺服控制器设计
• 3.1 GJB289A 总线接口的设计
• 3.1.1 GJB289A 总线系统的基本组成
• 3.1.2 GJB289A 字和信息的定义
• 3.1.3 GJB289A 信息的组成
• 3.1.4 GJB289A 总线接口总体结构
• 3.2 FPGA 逻辑模块的设计
• 3.2.1 曼彻斯特解码器的设计
• 3.2.2 曼彻斯特编码器的设计
• 3.2.3 协议控制部分的设计
• 3.2.4 内部寄存器的设计
• 3.2.5 定时器模块的设计
• 3.3 NIOS II 控制模块的设计
• 3.3.1 NIOS II 硬件开发环境
• 3.3.2 NIOS II 控制模块结构与配置
• 3.4 模拟信号处理电路
• 3.4.1 信号调理模块
• 3.4.2 V/I 变换电路
• 3.5 模数转换部分
• 3.6 数模转换部分
• 3.7 电源设计
• 3.8 结构设计
• 3.9 本章小结
• 第4章 软件设计
• 4.1 NIOS II 软件开发环境
• 4.2 概要设计
• 4.3 详细设计
• 4.3.1 主程序
• 4.3.2 自检子程序
• 4.3.3 自测试子程序
• 4.3.4 控制子程序
• 4.3.5 通讯中断程序
• 4.3.6 定时中断程序
• 4.4 控制算法研究
• 4.4.1 数字PID 控制
• 4.4.2 零极点配置
• 4.5 本章小结
• 第5章 调试与测试
• 5.1 系统调试
• 5.1.1 调试方法
• 5.1.2 调试中遇到的问题
• 5.2 系统测试
• 5.2.1 测试方法
• 5.2.2 测试设备
• 5.2.3 测试数据
• 5.2.4 测试结论
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢