光电跟踪系统伺服控制器设计及实现.pdf

在探讨光电跟踪系统伺服控制器设计及实现的知识点前，我们首先要了解光电跟踪技术的基本原理和应用背景。光电自动跟踪技术是一种依靠光电传感器识别、搜索并跟踪目标的高新技术。该技术通过分析目标相对于跟踪轴的角度偏差，来调节伺服电机的运动，从而减小偏差，实现目标的自动跟踪。 在伺服控制领域，为了达到高精度和快速响应的要求，数字信号处理器（DSP）因其强大的数据处理能力而得到广泛应用。它在电机实时控制领域的应用日益增多。然而，单一的DSP系统可能无法同时满足控制量计算、电机控制和外设数据采集等多方面的实时性要求，这会增加CPU的负担并影响系统的实时性能。 因此，提出了双CPU伺服控制器的设计思路。这种控制器基于DSP和ARM嵌入式微处理器相结合，通过分工协作来实现不同功能，以满足光电跟踪系统对伺服部分的高精度、快速、无超调、无抖动的严格要求。 控制器的结构采用三闭环控制，包括位置环、速度环和电流环，以实现位置伺服控制。电流和速度调节采用PI调节算法，以稳定控制过程并降低对位置环的影响。位置调节则采用分段PID调节策略，当误差较大时使用Bang-bang控制，误差中等时采用PD控制，误差较小时采用PID控制。这种分段式控制方法可以使得系统在不同的工作状况下都有较好的控制效果。 DSP（如TMS320F2812）主要负责实现电机控制算法，而ARM处理器（如LPC2214）则主要完成外设数据的采集和预处理、外设的管理、系统时序协调以及人机接口等功能。这种分工可以有效地减轻单个CPU的负担，提高整体系统的实时性。 软件设计部分也至关重要，它涉及到数据的采集、预处理、控制算法的实现、系统协调以及用户界面的设计。良好的软件设计流程能够确保控制系统的稳定性和可靠性。 实验结果表明，该双CPU伺服控制器能够快速准确地跟踪预定的运动目标，满足了光电跟踪系统的设计要求。在实际应用中，这种伺服控制器可应用于各种需要精密跟踪的场景，如无人飞机的导航、卫星跟踪、遥感数据采集等。 关键词“伺服控制器”、“LPC2214”、“TMS320F2812”、“FPGA”和“双口RAM”是本文所涉及的核心技术要素。其中，FPGA（现场可编程门阵列）和双口RAM（随机存取存储器）作为硬件平台的组成部分，也对伺服控制系统的实时性和稳定性起着关键作用。 光电跟踪系统伺服控制器的设计涉及多种技术领域的融合，包括嵌入式系统设计、实时控制算法、数字信号处理、微处理器架构以及软件工程。设计的成功实施不仅取决于单个技术点的突破，更依赖于它们之间的协调配合和系统集成。通过这种多技术融合的途径，光电跟踪系统伺服控制器能够达到高性能的设计目标，为高精度自动跟踪技术的发展提供了重要的技术基础。