基于DSP的光学探测陀螺稳定系统的设计

　　3.1 陀螺信号输入接口

　　陀螺选用俄罗斯Fizoptika公司的光纤陀螺VG941-3AM，用于测量负载框架相对于惯性空间的角速率，输出模拟电压信号(0～3V)，陀螺信号通过信号处理电路转成与A/D 芯片匹配的输入电平。本系统选用2 片ADI公司的16位A/D芯片ADS7805U，可同时采样，转换时间为4μs，满足系统要求。A/D转换后的16位信号送到两片锁存器(SN74HC574)中，由DSP控制74LS138选通锁存来读取陀螺信号。

　　3.2 直流力矩电机伺服驱动接口

　　电机功放电路选用IR公司的电机驱动芯片IR2104。IR2104是一种高电压、高速度的功率MOSFET和IGBT驱动器，工作电压10～20V。系统使用两片IR2104控制四片N沟道的IGBT(IRF540N)组成一个全桥驱动电路控制一台直流力矩电机。IR2104通过HO输出分别控制全桥驱动电路的上半桥Q1、Q3的导通与关断，而IR2104的LO输出分别控制全桥驱动电路的下半桥Q2、Q4的导通与关断，从而达到控制电机转速与正反转的目的。电机驱动接口如图4所示(仅画出一路)。

　　3.3 旋转变压器信号接口

　　在本系统中，选用DDC公司的专用RDC模块19220，接收来自旋变粗、精通道的激磁信号，其中精通道的bit4-bit11转换后直接送到低位锁存中，bit1-bit3送到中位锁存的低三位，精通道的bit1-bit5再和粗通道在MD27C256中精粗精组合后送到中、高位锁存，形成旋变的18位数据，分辨率为4.94″。单路旋变接口实现如图5所示。

　　4 系统软件设计及功能

　　软件设计包括初始化、自检、控制算法、故障处理、以及各功能模块的编写，考虑到稳定模块的实时性比较高,整个系统程序采用汇编语言设计编写，伺服采样周期为1ms。

　　系统控制命令既可以由控制盒发出，也可以由上位机发出。上位机还可以设定如测漂参数、位置指令参数等以完成各种系统监测所需的参数设置，同时上位机还接收、显示存储来自平台的包括陀螺、旋变、电机等各种实时信息，用于数据处理和分析判断。软件采用模块化设计，方便软件的调试，可扩展性、可移植性强。系统软件框图如图6所示。

　　跟其他平台相比，本系统的一大特色是功能比较丰富，系统软件具有稳定测漂、旋变锁定 、位置指令、目标搜索、光电跟踪等五种状态，还可完成诸如负载能力试验、模拟摇摆试验、带宽预测试等系统试验。

　　(1) 旋变锁定

　　系统根据旋变信息对平台施矩，将其控制到旋变的电零位，旋变锁定状态持续5秒钟后结束并自动转入陀螺稳定状态。

　　(2) 稳定测漂

　　操作员键入采样周期和采样时间后，系统进入稳定测漂状态，测漂完成后自动补偿陀螺漂移。

　　(3) 位置指令

　　系统接收到目标的纬度、经度、高度三个参数，然后从载体系统中读入自身的横滚角、俯仰角、方位角三个参数，根据这六个参数计算得出自身所要转动的俯仰、方位角度，然后控制平台电机转动到相应位置。

　　(4) 目标搜索

　　此时由操纵杆控制俯仰、方位两个电机的运动，DSP接收到目标搜索的指令码后，分别取出地面控制台给出的俯仰、方位两个电机的速度值，然后按照操纵杆给出的俯仰、方位两个电机的速度值控制平台转动，进行目标搜索。

　　(5) 光电跟踪

　　系统接收到光电跟踪的指令码，选择相应的跟踪方式，然后根据电视跟踪器传来的俯仰、方位的脱靶量控制两个电机平台运动，跟踪目标点。

　　5 系统实验及结论

　　5.1静态稳定精度检测

　　开机使平台进入稳定状态，分别给方位、俯仰轴添加负载。3 000gcm扰动力矩下，系统旋变角度输出如图7所示(在60秒时刻施加干扰力矩)，满足设计要求。

　　5.2 动态稳定精度检测

　　开机使平台进入稳定状态，在俯仰稳定框安装双面反射镜，调整好双面反射镜、平行光管和光电观测仪，使方位稳定轴进入稳定功能状态，使方位摇摆轴按照正弦波作摇摆运动，观察光电观测仪的读数，如果小于要求值，即满足要求。实测稳定台方位轴摇摆幅度为0.2′，俯仰轴摇摆幅度为0.3′，远小于设计指标，满足技术指标要求。

　　本文详细论述了瞄准线稳定高精度系统及其软硬件设计。系统采用经典的位置速率双环控制结构，选用DSP 作为数字控制系统的核心，组成高精度瞄准线稳定系统。对各项动、静态性能指标进行了测试， 达到了预期设计指标。

　　参考文献

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