2.1
功能要求及性能指標(biāo)
2.1.1
功能要求
（
1
）具備方位和俯仰兩軸運(yùn)動(dòng)的能力；
（2）方位軸可實(shí)現(xiàn)預(yù)置、周掃和扇掃功能；
（3）俯仰軸可實(shí)現(xiàn)預(yù)置功能。
2.1.2
性能指標(biāo)
（
1
）運(yùn)動(dòng)范圍：方位轉(zhuǎn)動(dòng)范圍為 ，俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)范圍為 ；
（2）角速度：方位最大角速度為
100o/s
，俯仰最大角速度為
40o/s
；
（3）角加速度：方位最大角加速度為
90o/s
2
；
（4）靜態(tài)定位誤差：
0.1o
（最大值）；
（5）角分辨率：
0.01o
；
（6）系統(tǒng)供電：電壓為
27V
，啟動(dòng)電流為
6A
，工作電流為
2.5A
；
（7）電氣接口：采用
RS-422
傳輸協(xié)議，上位機(jī)下發(fā)頻率為
100Hz
，控制器上傳
頻率為
200Hz
，波特率采用
115200bps
；
（8）環(huán)境適應(yīng)性：溫度范圍為
?40
℃
60
℃，濕度范圍為
10% 90%
，高度大于
3000m
，沖擊為
25g
（
11ms
）；
（9）具有故障反饋、過(guò)壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)和上電自檢功能。
2.2
機(jī)載雷達(dá)伺服控制系統(tǒng)總體方案
圖
2.1
給出了機(jī)載雷達(dá)伺服控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)布局示意圖。其中上半部分為
方位部分，位于支架和飛機(jī)蒙皮之間，方位圓筒內(nèi)布置有旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、匯流環(huán)、方位
電機(jī)和方位角度編碼器等元部件。下半部分為俯仰部分，位于天線罩內(nèi)，布置有天
線、俯仰電機(jī)和俯仰編碼器等元部件。
機(jī)載雷達(dá)伺服控制系統(tǒng)可以劃分為控制單元、驅(qū)動(dòng)單元和伺服機(jī)構(gòu)。其中控制單
元是實(shí)現(xiàn)伺服控制功能的關(guān)鍵部分，為本文重點(diǎn)設(shè)計(jì)內(nèi)容；驅(qū)動(dòng)單元主要實(shí)現(xiàn)功率放
大和電流采樣閉環(huán)功能；伺服機(jī)構(gòu)則承載負(fù)載天線實(shí)現(xiàn)各種功能。系統(tǒng)的總體方案設(shè)
計(jì)如圖
2.2
所示：
圖
2.2
中的控制單元是系統(tǒng)核心，采用
DSP+FPGA
的組合作為控制處理器。其
中
DSP
主要用于實(shí)現(xiàn)各種控制算法；
FPGA
主要用于數(shù)據(jù)接口，既能通過(guò)
XINTF
接
口與
DSP 進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，又能夠生成外圍電路的控制時(shí)序，完成數(shù)據(jù)采集和發(fā)送等
操作。該組合能夠充分發(fā)揮兩種芯片的優(yōu)勢(shì)，既保證了時(shí)序的穩(wěn)定，又能夠提高控制
算法的處理速度。
驅(qū)動(dòng)單元主要由方位軸和俯仰軸驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成，能夠?qū)⒖刂茊卧峁┑目刂菩盘?hào)進(jìn)
行功率放大，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)器具有過(guò)溫、過(guò)壓和過(guò)流保護(hù)功能以及故障報(bào)警功
能。
伺服機(jī)構(gòu)是控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在控制單元和驅(qū)動(dòng)單元的控制下完成指定的功
能。伺服機(jī)構(gòu)除了搭載天線負(fù)載外，還安裝有電機(jī)、角度編碼器、匯流環(huán)、軸承和配
重塊等部件。
2.3
控制單元硬件電路設(shè)計(jì)
2.3.1
電路總體設(shè)計(jì)
在該伺服控制系統(tǒng)中，控制單元為重點(diǎn)設(shè)計(jì)對(duì)象，控制單元的電路設(shè)計(jì)方案如圖
2.3
所示。
如圖
2.3
所示，控制處理器使用
DSP+FPGA
組合，其中
DSP
主要實(shí)現(xiàn)控制算法，
同時(shí)能通過(guò)
XINTF
接口與
FPGA
進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
FPGA 主要用于實(shí)現(xiàn)外圍電路的控
制時(shí)序。由于
FPGA
掉電后會(huì)復(fù)位，因此添加配置芯片
XCF08P
對(duì)
FPGA
進(jìn)行程序
下載。其余電路介紹如下：
（
1
）圖
2.3
中左側(cè)為上位通信接口電路，采用全雙工收發(fā)器
MAX491
和光電隔
離芯片
HCPL0600
共同實(shí)現(xiàn)。為了隔離上位通信線纜引入的噪聲干擾，使用隔離電源
為該接口電路供電。
（2）圖
2.3
中下方為
SSI
接口電路，用于采集方位軸和俯仰軸角度編碼器的數(shù)
據(jù)。光電隔離芯片
HCPL0600
可以隔離干擾，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。
DS26C31
芯片
可將
FPGA
輸出的單端時(shí)鐘信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)，
DS26C32
芯片可將編碼器回傳的
差分角度信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端信號(hào)。編碼器回傳的角度數(shù)據(jù)需要提供給驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)
功能。
（3）圖
2.3
中右側(cè)為驅(qū)動(dòng)控制電路，主要包括
DI/DO
接口電路和
DA
接口電路。
其中
DI
電路用于接收驅(qū)動(dòng)器輸出的故障報(bào)警信號(hào)，
DO
電路用于輸出驅(qū)動(dòng)器使能和
模式選擇信號(hào)。
DI/DO
電路均選用光電隔離芯片
PS2802
來(lái)實(shí)現(xiàn)，
DO
電路添加了
SN74LVTH245
芯片來(lái)增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力。
DA
接口電路則將
DSP
計(jì)算得到的控制指令轉(zhuǎn)
換為電壓信號(hào)，并輸出至驅(qū)動(dòng)器。
DA
接口電路主要由
D/A
轉(zhuǎn)換芯片
AD5547
、運(yùn)放
AD8512
和基準(zhǔn)源
ADR01
構(gòu)成。
（4）圖
2.3
中右上部分為電源電路，
DC/DC
電源模塊將外部輸入的
27V
直流電
壓轉(zhuǎn)換為
5V
和
±15V
電壓。其中
5V
電壓用于數(shù)字電路，并通過(guò)各種
LDO
芯片轉(zhuǎn)換
為不同的電壓；
±15V
電壓用于模擬電路，為
DA
接口電路的運(yùn)放和基準(zhǔn)源供電。
2.3.2
負(fù)載力矩估算
負(fù)載力矩是電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器選型的關(guān)鍵參數(shù)，由于機(jī)載雷達(dá)會(huì)受到振動(dòng)和沖擊的影
響，故在計(jì)算負(fù)載力矩時(shí)需要留有一定的余量。需要計(jì)算的負(fù)載力矩有三個(gè)：慣性力
矩、摩擦力矩和不平衡力矩。
2.3.4
控制芯片選型
控制單元采用
DSP+FPGA
的處理器組合，
DSP
的型號(hào)為
TMS320F28335
，
FPGA
的型號(hào)為
XC4VLX-15
。
文章來(lái)源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-604920.html
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到了這里，關(guān)于基于DSP+FPGA的機(jī)載雷達(dá)伺服控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)(一）總體設(shè)計(jì)的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！
