基于DSP與FPGA的掃描控制系統(tǒng)研究與設計.pdf

微波成像掃描儀是氣象衛(wèi)星上的一個重要設備。掃描控制系統(tǒng)是掃描儀的電氣控制執(zhí)行機構，其控制性能直接關系到掃描儀的成像精度和衛(wèi)星的任務完成情況。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)結構組成，研究了控制策略，對系統(tǒng)的軟硬件進行了設計。系統(tǒng)以無刷直流電機作為控制對象，采用雙閉環(huán)控制策略，實現(xiàn)了低速度大慣量負載驅動控制和轉動慣量的平衡補償。論文簡要介紹了無刷直流電機的工作原理和數(shù)學模型，分析了轉矩脈動產(chǎn)生的原因及減小轉矩脈動的方法。在總體結構設計方面，兩片DSP芯片分別控制驅動電機與補償電機，一片F(xiàn)PGA芯片輔助兩片DSP芯片實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊、數(shù)據(jù)采樣、速度計算等功能。硬件設計部分，完成了外圍電路如電機驅動功率電路，反饋采樣電路，串口通信電路和電源電路的硬件設計，論文分別以TMS320F2812和EP2C20為核心，對DSP與FPGA子系統(tǒng)模塊進行了配置與設計。軟件設計部分，實現(xiàn)了DSP與FPGA的數(shù)據(jù)傳輸、掃描電機速度計算、PWM信號調節(jié)、信號采集、轉速與電流控制等功能，詳細分析了滿足穩(wěn)速伺服要求的雙閉環(huán)控制策略，其中速度調節(jié)環(huán)調節(jié)環(huán)采用神經(jīng)網(wǎng)絡PID控制算法、電流調節(jié)環(huán)采用抗飽和PI控制算法。本文建立了實際的掃描控制系統(tǒng)實驗系統(tǒng)，實驗結果表明，該系統(tǒng)軟硬件設計合理，運行可靠，性能穩(wěn)定。