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基于DSP的CCD二维指向机构控制器的研制

作　者: 王新安
导　师: 李秋明
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: DSP 伺服控制器无刷直流电动机 PID控制
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 225次
引　用: 2次
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内容摘要

卫星遥感是人造卫星的一个重要应用领域,其相关技术处于目前世界各国的科技前沿。随着1999年和2002年我国风云一号C/D极轨业务气象卫星的成功发射和业务运行,我国气象卫星在国际上影响日益崛起,发挥的作用日益显著。本选题来源于实验室与北京空间机电研究所合作项目,项目要求研制一个基于DSP的卫星空间相机CCD二维指向机构控制器,并在此基础上,对运动控制的控制方式做理论和实践上的研究,最终达到提高系统的动态性能和轨迹精度的目的。课题的研究成果最终将应用于即将于2010升空的风云四号气象卫星CCD成像仪中,对于我国卫星遥感领域成像技术的提高具有重大的理论和现实意义。在总体设计方面,本文研究了控制器系统的数学模型,推出了精确的传递函数和简化的传递函数。根据控制器研制要求,提出总体方案。控制器采用DSP作为主控单元,利用光电码盘测角,利用同步串行通信接口与上位机进行双向数据通信,利用RS-232接口进行俯仰轴和方位轴控制器之间的通信,并研制了与电机驱动器的接口电路。控制器硬件系统具有可靠性高,尺寸小,质量轻,成本低等特点。在CC2000编译器环境下,利用C语言编写了DSP程序,具有实时性强,可靠性高,维护方便等特点。此外,使用可编程逻辑器件(CPLD)实现接口电路功能及系统的逻辑关系实现。在完成总体设计的基础上,本文提出了控制器各部分的设计思想、结构及实现方法,给出了各部分的原理框图及接口电路。本文最后讨论了所设计控制器的调试方法、步骤和调试结果。调试结果表明所设计的电路具有工作稳定,抗干扰能力强等特点,经与驱动器和机械系统联调表明,使用本文所研制的控制器进行控制的无刷直流伺服电机系统运行性能良好,具有无超调,实时性、响应性好,定位精确等特点,满足系统的设计要求。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-12
  1.1 课题背景  9
  1.2 本课题的相关技术及国内外研究与应用现状  9-10
  1.3 课题来源及研究的目的和意义  10-11
  1.4 本文的主要研究内容  11-12
第2章系统总体方案设计  12-24
  2.1 控制器研制要求  12
    2.1.1 功能要求  12
    2.1.2 性能要求  12
  2.2 系统技术方案设计  12-14
    2.2.1 执行驱动元件  14
    2.2.2 角度测量反馈元件  14
    2.2.3 速度信号的获得  14
    2.2.4 控制器  14
  2.3 控制算法方案设计  14-23
    2.3.1 控制系统建模  14-16
    2.3.2 PD数字控制器设计  16-19
    2.3.3 III型数字控制器设计  19-21
    2.3.4 实际控制方案  21-23
  2.4 本章小结  23-24
第3章控制器的硬件设计  24-42
  3.1 数字信号处理器(DSP)概述  24-27
    3.1.1 DSP的历史和发展  24-25
    3.1.2 DSP的分类  25
    3.1.3 TM5320F240 芯片的结构和特点  25-26
    3.1.4 DSP的设计过程  26-27
  3.2 控制器硬件电路组成  27-28
  3.3 DSP核心电路设计  28-31
    3.3.1 存储器扩展  28-29
    3.3.2 时钟与JTAG接口设计  29-30
    3.3.3 DSP最小系统的其他引脚接法  30-31
    3.3.4 地址译码电路设计  31
  3.4 码盘测角接口电路设计  31-34
    3.4.1 细分和辨向电路设计  32-33
    3.4.2 计数和发送电路设计  33-34
  3.5 与驱动接口电路设计  34-37
    3.5.1 指令信号给定电路设计  35
    3.5.2 12 位角度信号给定电路设计  35-36
    3.5.3 限位及紧急信号处理电路设计  36-37
    3.5.4 状态指示电路设计  37
  3.6 与上位机接口电路设计  37-40
    3.6.1 与上位机的同步串行输入接口设计  38-39
    3.6.2 与上位机的同步串行输出接口设计  39-40
    3.6.3 状态指示电路接口设计  40
  3.7 双机通讯接口电路设计  40-41
  3.8 本章小结  41-42
第4章控制器的软件设计  42-50
  4.1 DSP系统软件开发流程及工具简介  42-44
  4.2 DSP系统软件设计  44-45
  4.3 MAX7000 系列CPLD简介  45-46
  4.4 CPLD软件设计及仿真  46-49
  4.5 本章小结  49-50
第5章系统调试  50-54
  5.1 DSP系统调试工具简介  50
    5.1.1 XD5510 仿真器  50
    5.1.2 CCS集成开发环境  50
  5.2 DSP核心电路调试  50-51
  5.3 码盘测角接口电路调试  51-52
  5.4 与驱动接口电路调试  52
  5.5 与上位机接口电路调试  52-53
  5.6 双机通讯接口电路设计  53
  5.7 本章小结  53-54
结论  54-55
参考文献  55-58
哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明  58
哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书  58
哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理  58-59
致谢  59

基于DSP的CCD二维指向机构控制器的研制

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