惯导测试转台作为航空航天领域中进行模拟、仿真、测试的关键设备,在飞行器的研制过程中起到重要作用。它可以真实地模拟飞行器在空中的各种飞行姿态,再现其运行时的动力学特征,从而对飞行器的制导系统、控制系统及其相应器件的性能进行模拟测试,获得试验数据,检验被测系统或部件是否达到飞行器总体设计的性能指标。惯导测试转台性能的优劣直接关系到仿真试验的可靠性和可信度,是保证航空航天型号产品和武器系统的精度和性能的基础。 本文是以某型三轴惯导测试转台为研制背景,对其伺服控制系统的设计与实现进行研究。该研究工作对于提高转台伺服系统的频响和动态伺服精度,进而提高惯性导航测试系统的动态响应具有实用工程价值。 本文所取得的主要成果如下: 根据惯导测试转台电气系统的性能指标要求,采用光电编码器作为角位置传感器,以无刷直流电机作为伺服系统的伺服电机;采用电流环、速率环、位置环三闭环的控制策略并以基于TMS320F240 DSP芯片设计了全数字PID控制算法代替了该型号转台原来的模拟控制算法,实现了转台测试系统的高频响、超低速、宽调速和高精度。 在控制器硬件电路的设计上,文中阐述了逆变器、触发信号的产生、隔离驱动等电路的工作原理,设计了以MSP430F123单片机为核心的控制保护电路,解决了由于电磁干扰引起的系统误操作问题,避免了由于功率控制器件延时造成的器件烧毁等不必要的损失,从而保障了伺服控制系统的可靠性、快速性和实时性。 在系统软件设计中,充分利用了C语言的便利性和汇编语言的灵活性,采用混合编程的方法,使其具有良好的可读性和高效性。考虑到软件的可测性和可移植性,并按照模块化设计思想,构建了整个系统的软件以满足速率伺服、位置伺服要求的基于全数字三闭环控制策略的应用软件系统。其中,电流环采用积分分离PI控制算法,速度环采用不完全微分的PID控制算法,而位置环采用模糊自整定PID控制算法。在对电流采样信号的降噪处理上提出了小波变换的方法,有效削弱了采样信号噪声。 课题在TI公司的C2000 Code Composer Studio集成开发环境下完成了系统的软件调试,在MATLAB仿真环境下建立了电流环、速率环、位置环的仿真模型。整个系统控制方案经过仿真及初步实验后结果表明:采用全数字PID控制算法实现转台的高精度动、静态指标相对于采用模拟的PID控制算法,具有调试简单、可操作性强、可靠性高等优点。通过对内框轴现场调试,结果证明了该系统硬件和软件设计合理、可行,并且具有较强的鲁棒性和较好的动、静态性能。