基于DSP的捷联式寻北仪旋转机构电控系统研制

论文摘要

捷联式寻北仪可用于移动平台,为移动平台提供定向基准。由于光纤陀螺的应用开发还处于初始阶段,因而如何在现有的技术条件下,用成本较低的陀螺做寻北仪,实现高精度的寻北成为应用开发的主要矛盾。实践证明,多位置寻北法的精度一般高于其它方法的寻北。由于在寻北过程中要进行多位置转动,为减少误差的引入,采用带光电测量装置的旋转机构来精确控制转动角度,可以使寻北的精度进一步提高。由于使用环境对寻北仪的结构尺寸和质量有严格的限制,因此选用DSP做为旋转机构的核心元件,DSP系统由于具有优越的性价比、低功耗、运算速度高等特点,已经开始在寻北系统中得到越来越多地应用。本文以实际工程为背景,根据实际的应用指标,进行寻北仪旋转机构控制系统的软硬件设计。依据捷联式寻北仪旋转机构的技术指标和工作特点,本文提出一种寻北仪旋转机构控制系统的总体方案。设计以DSP为核心的硬件系统,硬件主要包括主力矩电机控制电路、锁定电机控制电路、与导航计算机通讯电路以及DSP的辅助电路等。选取高精度光电编码器作为位置检测元件,通过分析确定伺服控制系统的控制策略。在系统硬件电路的基础上,以TMS320F28x汇编语言和C语言为工具,在DSP的集成开发环境CCS下编写了控制系统的程序,主要包括位置调节、速度调节、锁定装置控制、力矩电机控制等子程序。最后,进行旋转机构控制功能验证及精度测试,通过实验,检测控制系统的可靠性及精度。在测试与实验过程中,系统软硬件工作可靠,实现了旋转机构的控制功能,为工程实际应用奠定了良好的基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景、目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 捷联式惯性导航技术的发展
• 1.2.2 国内外陀螺寻北仪
• 1.2.3 惯性导航技术寻北方案
• 1.2.4 多位置寻北的旋转机构
• 1.3 DSP技术简介
• 1.3.1 DSP技术的发展
• 1.3.2 DSP在控制系统中的应用
• 1.4 主要研究内容
• 第2章 寻北仪旋转机构控制系统总体方案
• 2.1 旋转机构组成
• 2.2 电控系统总体方案
• 2.3 数字PI调节器的实现方法
• 2.4 伺服控制系统设计
• 2.4.1 位置环设计
• 2.4.2 速度环设计
• 2.5 本章小结
• 第3章 旋转机构控制系统硬件设计
• 3.1 硬件总体结构
• 3.2 TMS320F28x芯片特点
• 3.3 DSP辅助电路
• 3.3.1 电源电路
• 3.3.2 复位电路
• 3.3.3 引导加载ROM
• 3.3.4 JTAG仿真接口
• 3.4 驱动电路
• 3.4.1 LMD18200 内部结构和功能说明
• 3.4.2 力矩电机驱动电路
• 3.4.3 锁定电机驱动电路
• 3.5 编码器信号读取及通讯接口电路
• 3.6 电源电路
• 3.7 本章小结
• 第4章 旋转机构控制系统软件设计
• 4.1 DSP软件的编程方式
• 4.2 程序设计总体思想
• 4.3 主要控制流程
• 4.3.1 速度环流程
• 4.3.2 位置调节流程
• 4.3.3 锁定电机控制流程
• 4.3.4 控制电路与导航计算机通讯
• 4.4 本章小结
• 第5章 测试与实验
• 5.1 测试软件简介
• 5.2 测试与实验
• 5.2.1 实验原理与依据
• 5.2.2 可靠性实验
• 5.2.3 功能测试
• 5.2.4 精度测试
• 5.2.5 高低温测试
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢