一種基于tmx320f28335浮點(diǎn)dsp的二軸光電跟蹤系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于伺服運(yùn)動控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 20世紀(jì)以來，控制科學(xué)與工程在人類的發(fā)展歷史上起到了舉足輕重的作用，是人 類的科技進(jìn)步的關(guān)鍵衡量因素。控制領(lǐng)域技術(shù)的突破為解決當(dāng)今世界很多挑戰(zhàn)性問題作出 了貢獻(xiàn)，為很多產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)的自動化提供科學(xué)的思想方法。動態(tài)目標(biāo)跟蹤技術(shù)是控 制領(lǐng)域的一部分，目前它主要應(yīng)用于軍事、航天、交通等領(lǐng)域，特別在軍事領(lǐng)域發(fā)揮了重要 作用取得成功。光電跟蹤控制系統(tǒng)是跟蹤、偵察、定位、導(dǎo)航等應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵組成部分， 它的主要技術(shù)指標(biāo)有載荷以及載荷重量、尺寸、轉(zhuǎn)動范圍、位置精度、速率范圍、加速度范圍 等。二軸光電跟蹤系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)光電探測設(shè)備在給定范圍內(nèi)的角度定位、速率掃描、陀螺穩(wěn)定 和目標(biāo)跟蹤等功能，用于車載紅外、電視目標(biāo)跟蹤，配置在靶場使用。在未來，光電跟蹤系統(tǒng) 必將會受到更為廣泛的應(yīng)用，發(fā)揮更重要的作用。
[0003] 目前二軸光電跟蹤系統(tǒng)伺服運(yùn)動應(yīng)用最為廣泛的是采用DSP進(jìn)行控制，但是現(xiàn)有 這種二軸光電跟蹤系統(tǒng)存在跟蹤精度低，設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不便于安裝、拆卸及維修。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有采用DSP進(jìn)行控制二軸光電跟蹤系統(tǒng)存在跟蹤精 度低，不便于安裝、拆卸及維修的問題，本發(fā)明提供一種基于TMX320F28335浮點(diǎn)DSP的二軸 光電跟蹤系統(tǒng)。
[0005] 本發(fā)明的一種基于TMX320F28335浮點(diǎn)DSP的二軸光電跟蹤系統(tǒng)，
[0006] 所述二軸光電跟蹤系統(tǒng)包括探測裝置、伺服控制模塊、測角回路模塊、測速回路模 塊、功放驅(qū)動回路模塊、通信回路模塊、上位機(jī)模塊和圖像處理模塊；
[0007] 探測裝置，用于利用光電編碼器對俯仰軸和方位軸進(jìn)行角度測量，利用兩個單軸 光纖陀螺分別對方位軸和俯仰軸方向進(jìn)行角速率測量；所述兩個單軸光纖陀螺正交設(shè)置； 利用紅外或攝像裝置采集特征目標(biāo)的圖像信息；還用于接收俯仰軸驅(qū)動量和方位軸驅(qū)動 量，并跟據(jù)所述俯仰軸驅(qū)動量和方位軸驅(qū)動量分別驅(qū)動控制俯仰軸系組件和方位軸系組件 運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)對特征目標(biāo)的實(shí)時(shí)跟蹤；
[0008] 測角回路模塊，用于實(shí)時(shí)接收光電編碼器的角位置信息；
[0009]測速回路模塊，用于實(shí)時(shí)接收兩個單軸光纖陀螺的角速率信息；
[0010] 伺服控制模塊，用于接收操作指令、工作模式、脫靶量、角位置信息和角速率信息， 進(jìn)而獲得控制量，并輸出；所述伺服控制模塊采用TMX320F28335浮點(diǎn)DSP作為核心處理器 實(shí)現(xiàn)；
[0011] 功放驅(qū)動回路模塊，用于接收控制量，將所述控制量轉(zhuǎn)換為俯仰軸驅(qū)動量和方位 軸驅(qū)動量；
[0012] 通信回路模塊，用于上位機(jī)模塊與伺服控制模塊的通訊；
[0013] 上位機(jī)模塊，用于接收操作指令、設(shè)定工作模式和脫靶量，還用于控制所述跟蹤系 統(tǒng)進(jìn)行自檢測，當(dāng)所述跟蹤系統(tǒng)工作正常時(shí)，發(fā)送操作指令、工作模式和脫靶量；
[0014] 圖像處理模塊，用于接收采集特征目標(biāo)的圖像信息，并跟據(jù)所述圖像信息獲取脫 靶量。
[0015] 所述伺服控制器模塊的控制量的輸出采用數(shù)字PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)，所述PID調(diào) 節(jié)器的數(shù)學(xué)模型為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于TMX320F28335浮點(diǎn)DSP的二軸光電跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，所述二軸光電 跟蹤系統(tǒng)包括探測裝置、伺服控制模塊、測角回路模塊、測速回路模塊、功放驅(qū)動回路模塊、 通信回路模塊、上位機(jī)模塊和圖像處理模塊； 探測裝置，用于利用光電編碼器對俯仰軸和方位軸進(jìn)行角度測量，利用兩個單軸光纖 陀螺分別對方位軸和俯仰軸方向進(jìn)行角速率測量；所述兩個單軸光纖陀螺正交設(shè)置；利用 紅外或攝像裝置采集特征目標(biāo)的圖像信息；還用于接收俯仰軸驅(qū)動量和方位軸驅(qū)動量，并 根據(jù)所述俯仰軸驅(qū)動量和方位軸驅(qū)動量分別驅(qū)動控制俯仰軸系組件和方位軸系組件運(yùn)動， 實(shí)現(xiàn)對特征目標(biāo)的實(shí)時(shí)跟蹤； 測角回路模塊，用于實(shí)時(shí)接收光電編碼器的角位置信息； 測速回路模塊，用于實(shí)時(shí)接收兩個單軸光纖陀螺的角速率信息； 伺服控制模塊，用于接收操作指令、工作模式、脫靶量、角位置信息和角速率信息，進(jìn)而 獲得控制量，并輸出；所述伺服控制模塊采用TMX320F28335浮點(diǎn)DSP作為核心處理器實(shí) 現(xiàn)； 功放驅(qū)動回路模塊，用于接收控制量，將所述控制量轉(zhuǎn)換為俯仰軸驅(qū)動量和方位軸驅(qū) 動量； 通信回路模塊，用于上位機(jī)模塊與伺服控制模塊的通訊； 上位機(jī)模塊，用于接收操作指令、設(shè)定工作模式和脫靶量，還用于控制所述跟蹤系統(tǒng)進(jìn) 行自檢測，當(dāng)所述跟蹤系統(tǒng)工作正常時(shí)，發(fā)送操作指令、工作模式和脫靶量； 圖像處理模塊，用于接收采集特征目標(biāo)的圖像信息，并根據(jù)所述圖像信息獲取脫靶量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于TMX320F28335浮點(diǎn)DSP的二軸光電跟蹤系統(tǒng)，其特 征在于，所述伺服控制器模塊的控制量的輸出采用數(shù)字PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)，所述PID調(diào)節(jié) 器的數(shù)學(xué)模型為：
其中的KP、KJPKd分別為比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)，u(t)為輸出的控制量，e(t) 為誤差量，采用積分分離的PID算法，e(t)由采樣點(diǎn)值代替，PID調(diào)節(jié)器輸出采樣點(diǎn)值為：
其中，A為設(shè)定門限值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于TMX320F28335浮點(diǎn)DSP的二軸光電跟蹤系統(tǒng)，其特 征在于，所述伺服控制模塊包括主控制器DSP模塊、外圍接口FPGA模塊、電源模塊、光電編 碼器解碼模塊、數(shù)字陀螺解碼模塊、模擬陀螺A/D采樣模塊、D/A模塊和I/O模塊；主控制器 DSP模塊為TMX320F28335 浮點(diǎn)DSP; 光電編碼器解碼模塊、數(shù)字陀螺解碼模塊、模擬陀螺A/D采樣模塊、D/A模塊和I/O模 塊同時(shí)與外圍接口FPGA模塊進(jìn)行串行通訊，外圍接口FPGA模塊與主控制器DSP模塊通過 并行總線通訊； 電源模塊為主控制器DSP模塊、外圍接口FPGA模塊、光電編碼器解碼模塊、數(shù)字陀螺解 碼模塊、模擬陀螺A/D采樣模塊、D/A模塊和I/O模塊提供工作電源。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于TMX320F28335浮點(diǎn)DSP的二軸光電跟蹤系統(tǒng)，其特 征在于，所述外圍接口FPGA模塊采用芯片EP2C5T144I8實(shí)現(xiàn)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種基于TMX320F28335浮點(diǎn)DSP的二軸光電跟蹤系統(tǒng)， 其特征在于，對所述TMX320F28335浮點(diǎn)DSP采用降頻處理，使TMX320F28335浮點(diǎn)DSP的工 作頻率降至125MHz。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于TMX320F28335浮點(diǎn)DSP的二軸光電跟蹤系統(tǒng)，其特 征在于，圖像處理模塊包括視頻解碼器、SDRAM模塊、FLASH模塊、DSP模塊、視頻編碼器和通 信接口模塊； 所述DSP模塊為芯片TMS320DM642 ; 視頻解碼器將采集的電視信號或紅外模擬信號進(jìn)行解碼，解碼后信號發(fā)送給DSP模 塊，DSP模塊對解碼后的信號進(jìn)行處理，獲取特征目標(biāo)的脫靶量，并將所述脫靶量發(fā)送給視 頻編碼器進(jìn)行編碼； SDRAM模塊，用于為DSP模塊存儲數(shù)據(jù)； FLASH模塊，用于存儲運(yùn)行程序和配置參數(shù)； 通信接口模塊，用于DSP模塊和上位機(jī)互相通訊。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于TMX320F28335浮點(diǎn)DSP的二軸光電跟蹤系統(tǒng)，其特 征在于，所述上位機(jī)模塊為采用芯片TMX320F28335實(shí)現(xiàn)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于TMX320F28335浮點(diǎn)DSP的二軸光電跟蹤系統(tǒng)，其特 征在于，測角回路模塊、測速回路模塊和通信回路模塊均采用MAX3490全）雙工RS422收發(fā) 器實(shí)現(xiàn)。
【專利摘要】一種基于TMX320F28335浮點(diǎn)DSP的二軸光電跟蹤系統(tǒng)，屬于伺服運(yùn)動控制領(lǐng)域。為了解決現(xiàn)有采用DSP進(jìn)行控制二軸光電跟蹤系統(tǒng)存在跟蹤精度低，不便于安裝、拆卸及維修的問題。包括探測裝置、伺服控制模塊、測角回路模塊、測速回路模塊、功放驅(qū)動回路模塊、通信回路模塊、上位機(jī)模塊和圖像處理模塊；探測裝置的光電編碼器和陀螺測量的角位置信息和角速率信息，分別通過測角回路模塊和測速回路模塊發(fā)送給伺服控制模塊，圖像處理模塊對采集的信息進(jìn)行處理獲得特征目標(biāo)的脫靶量，伺服控制模塊根據(jù)角位置信息、角速率信息脫靶量、上位機(jī)的指令和設(shè)定的工作模式，獲得控制量，發(fā)送給功放驅(qū)動回路模塊，進(jìn)而驅(qū)動探測裝置對特征目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤。它用于軍事跟蹤領(lǐng)域。
【IPC分類】G05D3-12
【公開號】CN104615153
【申請?zhí)枴緾N201510066886
【發(fā)明人】李悅, 曾慶雙
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年2月9日