多軸運動控制器在轉臺控制系統(tǒng)中的應用
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1 轉臺的基本結構與組成
由于各種民用、軍用飛行器技術的快速發(fā)展，當今世界各國都十分重視半實物仿真技術的研究和應用，而三軸轉臺是半實物仿真的重要設備之一[2]。通常，三軸轉臺提供模擬飛行器飛行姿態(tài)角和為被試件提供測試條件的功能，以便驗證全數(shù)字仿真的實驗結果并進一步優(yōu)化或改良飛行器設計方案。轉臺負載放在內(nèi)框之上，由平板固定，內(nèi)框、中框和外框均可繞其軸向做360°旋轉運動，可以模擬飛行器的3個自由度的橫滾、俯仰和航向運動。三軸轉臺由控制部分和機械部分組成，轉臺的控制部分由一個控制柜和一臺IPC組成，轉臺機械結構由框架結構、動力源、支承結構、驅動方式、軸系結構、配重方式等組成。本課題中的轉臺采用UOO結構，外框架采用音叉形式(U型)，其結構簡單，轉動慣量小，并可相應縮小轉臺總體尺寸；中框架和內(nèi)框架采用封閉框形式(O型)，易于實現(xiàn)整圈旋轉。轉臺的3個軸系均采用精密機械軸承支撐，直流無刷電機驅動，運用海德漢增量式編碼器進行速度、位置反饋，并在每軸運用滑環(huán)進行導線轉接，可使框體做無限旋轉運動。
2 PMAC控制器簡介
PMAC(Programmable Multi-Axis Controller)是美國Delta -Tau公司生產(chǎn)的系列運動控制器。使用Motorola的DSP56000系列芯片作為CPU，最多可實現(xiàn)8軸的伺服控制。具有良好的硬件開放性和軟件開放性[3]。
2．1 PMAC的硬件開放性
PMAC支持多種工作平臺，允許在PC、STD、VME、PCI等不同總線上運行,方便了用戶選擇主機類型；有模擬和數(shù)字兩種伺服接口，能與步進電機、直流伺服電機、交流伺服電機等多種電機連接，并可對不同的電機提供相應的控制信號；可接受各種檢測元件的反饋信息，包括測速發(fā)電機、光電編碼器、光柵、旋轉變壓器等；提供串行方式、并行方式和雙端口RAM方式與PC機進行雙向通信；絕大部分地址向用戶開放，包括電機信息、坐標信息及各種保護信息，這些硬件的開放性使用戶可以很方便地根據(jù)自己的需要進行硬件設備的搭建。
2．2 PMAC的軟件開放性
PMAC支持各種高級語言，用戶可以使用VB、VC、Delphi等在Windows軟件平臺上制定用戶專用界面；PMAC提供了包含速度和加速度前饋的PID控制和階式濾波器，電機和負載的雙編碼器，能納入用戶開發(fā)的伺服算法。PMAC具有很強的計算能力，許多數(shù)學、邏輯和超越函數(shù)的計算都能通過用戶程序中的變量和常數(shù)進行；內(nèi)含可編程邏輯控制器。PMAC的I/O點可以擴展至2 018位，所有的I/O點都由軟件來控制，只要使用一個類似高級程序中的指針變量指向某一I/O地址，就可以方便地在運動程序和PLC程序中通過該指針變量來對該I/O點進行輸入或輸出控制。同時該PLC工具有強大的邏輯功能和判斷能力，可編制復雜的邏輯關系。
3 控制系統(tǒng)的介紹
3．1 控制系統(tǒng)的原理
對于轉臺的方位控制，首先通過GPS等得到目標點的方位坐標，經(jīng)過IPC機計算出目標點的方位角度，把位置信號送入PMAC卡，通過絕對式光電碼盤形成閉環(huán)，從而達到位置伺服目的，包括速度環(huán)和位置環(huán)兩部分，其控制原理如圖1所示。
其中速度環(huán)由直流脈寬伺服系統(tǒng)、直流力矩電機以及測速電機構成，測速電機與直流力矩電機同軸并反饋成與轉速成正比的電壓信號，至直流脈寬伺服系統(tǒng)，從而形成速度閉環(huán)。
位置環(huán)由PMAC卡、直流脈寬伺服系統(tǒng)、直流力矩電機、光電碼盤構成，光電碼盤與直流力矩電機同軸并反饋位置信號至PMAC卡，從而形成位置閉環(huán)，以實現(xiàn)動態(tài)目標跟蹤的目的，
3．2 控制系統(tǒng)的硬件組成
為了提高系統(tǒng)的運動可靠性和快速響應能力，轉臺采用上下位機的兩級控制方式,其硬件組成如圖2所示。
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