基于DSP與FPGA的掃描控制系統(tǒng)研究與設(shè)計.pdf

微波成像掃描儀是氣象衛(wèi)星上的一個重要設(shè)備。掃描控制系統(tǒng)是掃描儀的電氣控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其控制性能直接關(guān)系到掃描儀的成像精度和衛(wèi)星的任務(wù)完成情況。本文為滿足微波成像儀高精度伺服控制的要求，設(shè)計了基于DSP與FPGA相配合的掃描伺服控制系統(tǒng)，并分析了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成，研究了控制策略，對系統(tǒng)的軟硬件進(jìn)行了設(shè)計。系統(tǒng)以無刷直流電機(jī)作為控制對象，采用雙閉環(huán)控制策略，實(shí)現(xiàn)了低速度大慣量負(fù)載驅(qū)動控制和轉(zhuǎn)動慣量的平衡補(bǔ)償。論文簡要介紹了無刷直流電機(jī)的工作原理和數(shù)學(xué)模型，分析了轉(zhuǎn)矩脈動產(chǎn)生的原因及減小轉(zhuǎn)矩脈動的方法。在總體結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，兩片DSP芯片分別控制驅(qū)動電機(jī)與補(bǔ)償電機(jī)，一片F(xiàn)PGA芯片輔助兩片DSP芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊、數(shù)據(jù)采樣、速度計算等功能。硬件設(shè)計部分，完成了外圍電路如電機(jī)驅(qū)動功率電路，反饋采樣電路，串口通信電路和電源電路的硬件設(shè)計，論文分別以TMS320F2812和EP2C20為核心，對DSP與FPGA子系統(tǒng)模塊進(jìn)行了配置與設(shè)計。軟件設(shè)計部分，實(shí)現(xiàn)了DSP與FPGA的數(shù)據(jù)傳輸、掃描電機(jī)速度計算、PWM信號調(diào)節(jié)、信號采集、轉(zhuǎn)速與電流控制等功能，詳細(xì)分析了滿足穩(wěn)速伺服要求的雙閉環(huán)控制策略，其中速度調(diào)節(jié)環(huán)調(diào)節(jié)環(huán)采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制算法、電流調(diào)節(jié)環(huán)采用抗飽和PI控制算法。本文建立了實(shí)際的掃描控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)軟硬件設(shè)計合理，運(yùn)行可靠，性能穩(wěn)定。