基于DSP的扫描控制系统研究与设计

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微波红外扫描仪是气象卫星上的一个重要携带设备。扫描控制系统是扫描仪的电气控制执行机构,其控制性能直接关系到扫描仪的成像精度和卫星的任务完成情况。本文针对微波红外扫描仪高精度伺服控制要求,提出了一种以TM320F2812为核心的数字扫描伺服控制系统设计方法。该系统以无刷直流电机作为伺服驱动机构,采用电流内环和速度外环的双闭环控制策略,实现了低速度大惯量负载驱动控制和转动惯量的平衡补偿。论文主要研究了扫描控制系统的结构组成,控制方案,硬件和软件设计等问题,简要介绍了无刷直流电机的工作原理和数学模型,分析了转矩脉动产生的原因及减小转矩脉动的方法。在总体结构设计方面,选用无刷直流电机作为驱动电机和补偿电机,实现了单DSP的双电机控制结构。在硬件设计部分,充分利用DSP丰富的内部硬件资源,完成了由TM320F2812为控制器核心,简单外围电路如电机驱动功率电路,反馈采样电路,串口通信电路和电源电路等组成的扫描控制系统的硬件设计。在软件设计部分,采用C语言模块化编程,主要实现PWM信号输出、信号采集、转速控制、数据通信等功能,完成了满足扫描控制系统性能要求的双闭环控制软件算法设计。最后为了辅助扫描控制系统的开发,用虚拟仪器开发工具LabVIEW设计了一个扫描控制测控仿真软件系统,并建立了无刷直流电机的LabVIEW仿真模型。本文所设计的扫描控制系统样机硬件和软件已经通过地面调试,试验及仿真结果表明,该系统软硬件设计合理,运行可靠,性能稳定,基本达到了所要求的性能指标。
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