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1、浙江大学硕士学位论文全数字随动控制器的软硬件设计姓名：徐锡胜申请学位级别：硕士专业：电机与电器指导教师：马钧华2003.3.1燮鲨鲨奎二摘要f 全数字随动控制器的设计是在我国国防建设现代化的要求下，为了进一步实现武器装备的全面信息化而展开的研究工作。由于原有模拟随动系统的一些特点，限制了进一步提高现有武器装备的控制精度，因而急需对之进行数字化改进，以实现随动系统的全面数字化。l 一寺随动系统中的控制器是整个系统的核心，它的性能直接影响着随动系统的整体控制性能，这使得设计出性能优越的数字随动控制器至关重要。课题紧紧围绕随动系统中的控制器部分进行了研究和设计工作。本文主要针对全数字随动控制器的设计
2、任务展开了叙述，可化分为软硬件两大部分，具体内容如下：1 、根据双通道自整角机的工作原理，设计了与之相配合连接的固态转换模块板，并提供了标准转换接口( M u l t i B u s I I ) ，使之可随时向核心控制模块提供被控对象的高精度数字化的反馈位箕量。2 、基于旦曼呈而设计了燧：堂量型燮垫。它除提供了与固态转换模块的标准接口( M u l t i B u s I I ) 外，还实现了对控制系统的各种保护与显示功能。3 、根据随动控制系统的特性，在比较了各种数字控制方案的基础上，提出了前馈一反馈( 前馈一选择性P I D ) 复合控制策略，实现了自适应控制。4 、在S E E D X
3、D S P P 型硬件仿真器和代码编译器( C C 4 1 0 版本) 支持环境下，编写了所有控制与算法程序。5 、本数字随动控制器实现了对被控对象的位置开环控制，部分实现了随动控制的目的。塑望查堂堡主堂垡笙奎型型竺LA b s t r a c tD i g i t a lf o l l o w i n g u pc o n t r o l l e ri sd e s i g n e df o ri m p r o v i n gt h eD e r f o r m a n c eo fm o d e r nw e a p o n s ，a c c o r d i n gt ot h ec l
4、 a i mo fm o d e r n i z a t i o no ft h en a t i o n a ld e f e n s e s A n a l o gf o l l o w i n g u ps y s t e mi nu s e1 i m i t st h ef u r t h e ri m p r o v e m e n to fw e a p o np r e c i s i o n ，S Oi t i sq u i t em e a n i n g f u lt oc o n v e r tt h o s ea n a l o gs y s t e m st od i
5、 g i t a ls y s t e m s C o n t r o l l e ri st h ec e n t e ru n i to ft h i sf o l l o w i n g u ps y s t e m T h ep e r f o r m a n c eo fc o n t r o l l e ri st h em a j o rf a c t o ra f f e c t i n gs y s t e mf u n c t i o n A sar e s u l t ，h o wt od e s i g nab e t t e rc o n t r o l l e ri
6、 si m p o r t a n t M ys t u d yf o c u s e so nt h ed e s i g no fd i g i t a lf o l l o w i n g u pc o n t r o l l e r T h i sd i s s e r t a t i o nd e s c r i b e st h ed e s i g no fc o n t r o l l e r I ti n c l u d e st h ed e s i g no fc i r c u i ta n dp r o g r a m m i n g T h em a i nc o
7、n t e n ti sf o l l o w i n g ：l 、A c c o r d i n gt ot h ep r i n c i p l eo ft h ed o u b l e p i p es e l s y ns y s t e m ，ac o n v e r s i o nm o d u l ei sd e s i g n e d I th a sas t a n d a r dc o n v e r s i o ni n t e r f a c e( g u l t i B u s I I ) w h i c hm a k e si tp r o v i d ead i
8、g i t a lp o s i t i o na n g l eo fh i g hp r e c i s i o nt oc o r ec o n t r o lm o d u l ei nt i m e 2 、D e s i g n i n gac o r ec o n t r o lm o d u l eb a s e do nD S P I tn o to n l yp r o v i d e st h es t a n d a r di n t e r f a c e ，w h i c hc o n n e c t st oc o n v e r s i o nm o d u l
9、e ，i ta l S oc a np r o t e o t sc o n t r o ls y s t e ma n ds h o wm a n yp a r a m e t e r so fs y s t e n L3 、D e v e l o p i n go p t i m u mc o n t r o ls t r a t a g e mb yc o m p a r i n gm a n yc o n t r o ls t r a t a g e m sb a s e do nt h ec o n t r o lc h a r a c t e r i s t i Co ft h e
10、f o l l o w i n g u ps y s t e m S y s t e mr e a l i z e st h es e l f a d a p t i v ec o n t r o ld u et oa d o p t i n gf o r w a r d f e e d b a c ka n df e e db a c km u l t i p l ec o n t r o ls t r a t a g e m s 4 、P r o g r a m m i n gb a s e do nS i m u l a t o r ( S E E D - X D S P P ) a n
11、 dc o d ec o m p i l e r( c c 4 1 0v e r s i o n ) a n df i n i s h i n gt h ec o n t r o la l g o r i t h m 5 、D i g i t a lc o n t r o l l e rc a nc o n t r o lo b j e c t si no p e n l o o pc o r r e c t l Y I I第一章绪论1 1 问题的来源随着现代科技的发展及国防现代化建设的要求，军队的武器装备正朝着高、精、尖的方向发展。即在保证可靠性的前提下，要求武器的控制精度越来越高，响应速度
12、越来越快，环境适应性越来越强，控制部分的体积越来越小，操纵也越来越方便。因此，对于一支现代化的国防军队，如何使其武器装备全面信息化已成为当务之急。一方面，自动控制理论的高速发展，为数字控制系统的研制与完善提供了许多新的控制规律。另一方面，计算机技术的飞速发展，尤其是微控制芯片技术的日益成熟，为控制系统的数字化提供了实现的可能。此外，各种大功率电力电子器件在工业控制领域的长期成熟使用也为其在武器控制领域的应用提供了宅贵的实践经验。在武器控制领域中，随动控制系统的应用极为广泛。这使得对原有模拟随动控制系统的数字化改造尤为重要。这因为，若不对模拟随动控制系统进行数字化改进，则对已经数字化了的指挥系统
13、而言，很难进一步提高整个系统的各项作战性能。另一方面，控制系统的数字化有利于系统中各作战部门之间高精度信息的传递。再者，数字化了的随动控制系统中，大部分硬件功能的软件化方便了各种新控制策略的实现，这不仅提高了随动控制系统的灵活性与适应性，且大大降低了系统电子线路的复杂程度，进一步提高了系统的可靠性。由此可见，随动控制系统的数字化是武器装备现代化的要求，是现代国防科技发展的必然趋势。数字随动控制系统中的控制器是整个系统的核心，它的性能好坏直接影响着随动控制系统的整体性能。因此，如何设计出一个性能优越的数字随动控制器至关重要，本课题研究正是在这样的背景下展开的。浙江大学硕士学位论文第一常1 2 随
14、动系统数字化的意义计算机的不断发展，极大地推动了电气传动控制系统的全面发展。且随着自动化程度的不断提高，不仅要求随动控制系统具有精度高、响应快等特性，还要求能与上级指挥系统( 通常是计算机系统) 进行信息的交换，以实现上级指挥系统对随动控制系统进行管理和控制。这些功能用模拟电路较难实现，且不经济，因而应用微控制芯片进行控制的随动系统便应运而生。嵌入了微控制芯片的随动控制系统具有结构简单、体积小、重量轻、生产周期短等优点，而且还可以方便设计监控程序，使之具有故障自诊断和故障处理功能，大大提高了整个系统的可靠性。同时，由于微控制芯片可以方便、精确地构成任意形式的函数发生器，能够准确地模拟自动控制系
15、统中所要求的各个非线性的环节，这就进一步提高了控制系统的品质。此外，在硬件结构确定的情况下，充分利用软件可灵活修改的特性，便于实现不同的控制方案，以实现外围硬件的标准化。可见，随动控制系统数字化以后与原有的模拟随动控制系统相比，有如下优点：( 1 ) 数字随动控制系统的控制方案是通过软件实现的，因而具有很大的灵活性。这不仅表现在可用数字触发和数字P I D 调节器取代常规触发器和调节器，而且可方便引入各种先进的控制规律，如非线性控制、前馈控制等。( 2 ) 数字控制器的形式和动态参数改变灵活。在系统硬件结构不变的条件下，只需适当修改程序，即可适应各种不同控制对象和控制规律的要求。因此设备的通用
16、性强、易于实现硬件设备的标准化。( 3 ) 可用软件程序实现系统的监控保护、故障自诊断、故障自修复等多种功能。这大大降低了系统的故障率，提高了系统的可靠性。( 4 ) 便于对系统的外部或内部信息实现数字滤波，以增强系统的整体抗干扰能力。( 5 ) 数字化了的随动控制系统体积小，重量轻，结构与布线简单，功耗也大大降低。( 6 ) 模块化的设计使得系统功能结构清晰，硬件结构简化，易于系统的检修和维护。综上可见，计算机技术在随动控制系统中的应用，为实现系统的高可靠性、高精度、智能化、多功能开辟了条新路。数字化了的随动控制系统在实现原有浙江大学硕士学位论文第一章模拟随动控制系统各项功能的基础上，在许多方面对之进行了改进和提高，这必将使整个随动控制系统的各项技术指标有很大的提高。相信在不久的将来，数字随动控制系统必将在我军的武器装备中得到广泛的应用，使我军向武器装备的现代化迈进重要的一步。浙江大学硕士学位论文第二章第二章全数字随动控制器的设计思想数字随动控制器是整个数字随动系统的核心部分，
