基于運動控制器的雷達轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)設(shè)計

陳立坡，王雷

(92785 部隊，河北 秦皇島 066200)

0 引言

傳統(tǒng)雷達多以手動傳動為主，其控制精度、控制速度、穩(wěn)定性和可靠性已經(jīng)很難滿足現(xiàn)代控制的要求。隨著新控制技術(shù)的進一步發(fā)展，采用數(shù)字控制技術(shù)的伺服系統(tǒng)已經(jīng)是大勢所趨［1］。

本文設(shè)計的控制系統(tǒng)采用雷賽公司的SMC6490作為控制器。它基于10/100 M 以太網(wǎng)的通用型獨立式運動控制器，可支持多個控制器和PC組成的網(wǎng)絡(luò)控制。該控制器有單路手輪信號輸入，并提供非隔離電源。本文主要介紹了基于控制器SMC6490 控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，為了保證每次運動具有相同的起點，添加了開機回零功能;為了保證每次運動不超出其工作空間，添加了左右兩個限位開關(guān)，轉(zhuǎn)臺碰到限位開關(guān)時，運動立即停止，更好地保護了轉(zhuǎn)臺。

1 系統(tǒng)工作原理

本系統(tǒng)的基本組成如圖1所示。上位機(控制計算機）發(fā)送運動控制指令，運動控制器把該指令“翻譯成”交流伺服電機脈沖加方向的控制指令，準確地控制電機的運動。通過交流伺服電機的編碼器反饋與上位機控制指令進行比較，作為整個系統(tǒng)的閉環(huán)反饋控制。手搖脈沖發(fā)生器通過給運動控制器發(fā)出脈沖指令，控制電機運動。在控制轉(zhuǎn)臺上安裝了兩個限位開關(guān)，當(dāng)轉(zhuǎn)臺觸發(fā)限位開關(guān)時，控制器停止電機運動，以免發(fā)生事故。

2 系統(tǒng)的基本組成

圖1 伺服控制系統(tǒng)基本原理

本控制系統(tǒng)的核心部分是控制器SMC6490，采用松下交流伺服電機作為其驅(qū)動部分，下面對其主要元件進行簡單介紹。

2.1 SMC6490 控制器

SMC6490 基于嵌入式處理器和FPGA的硬件結(jié)構(gòu)，插補算法、脈沖方向信號的輸出、自動升降速處理、原點及限位等信號的檢測處理，均由硬件實現(xiàn)，確保了高性能運動控制的高速、高精度及系統(tǒng)的穩(wěn)定。通過簡單的編程設(shè)定即可開發(fā)出穩(wěn)定可靠的高性能連續(xù)軌跡運動及控制系統(tǒng)。

SMC6490 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。除了4個電機控制端口外，還提供了豐富的I/O 接口和通訊接口:四軸編碼器接口，雙路PWM 控制輸出，16 路隔離輸入口，8 路隔離輸出口，其中有兩路電流增強輸出，并通過擴展接口擴展更多的IO 接口;一個10/100 M 網(wǎng)絡(luò)接口、兩個RS232，可通過網(wǎng)絡(luò)或RS232 直接與PC 機通信;同時還可以通過RS232 連接其他設(shè)備，如文本屏、觸摸屏，作為輸入輸出界面。

圖2 SMC6490 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2.2 松下交流伺服電機、驅(qū)動器

本控制系統(tǒng)采用松下交流伺服電機作為其驅(qū)動成分。一般情況下，交流伺服電機有3 種控制方式:位置、速度和轉(zhuǎn)矩控制方式。位置:位置控制方式一般是通過外部輸入的脈沖的頻率來確定轉(zhuǎn)動速度的大小，通過脈沖的個數(shù)來確定轉(zhuǎn)動的角度;速度:通過模擬量的輸入或脈沖的頻率都可以進行轉(zhuǎn)動速度的控制;轉(zhuǎn)矩:轉(zhuǎn)矩控制方式是通過外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來設(shè)定電機軸對外的輸出轉(zhuǎn)矩的大小。為了保證其控制精度，通常采用位置控制方式。交流伺服電機、驅(qū)動器位置控制方式配線圖如圖3所示。

圖3 位置控制方式配線圖

在轉(zhuǎn)臺的伺服驅(qū)動上，可以選擇手輪控制和自動控制兩種方式。當(dāng)按下手輪使能開關(guān)時，此時手輪輸入為主，控制電機運動，自動控制功能關(guān)閉。自動控制又分為輸入目標控制和GPS 引導(dǎo)控制兩種，通過控制界面的選擇可達到不同控制方式的目的。手輪定義見表1。

表1 手輪定義表

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計

本控制系統(tǒng)是使用VC 軟件開發(fā)的，主要完成以下幾部分功能:

(1）上位機與控制器建立通信 上位機與控制器是通過網(wǎng)口通信的，每次上電完畢后都要檢查通信是否成功;

(2）參數(shù)的設(shè)置 由于轉(zhuǎn)臺工作環(huán)境可能大聲變化，因此其參數(shù)也要發(fā)生變化，比如經(jīng)緯度、最大轉(zhuǎn)速、最小轉(zhuǎn)速等;

(3）自動控制和手輪控制的選擇 自動控制是指當(dāng)輸入目標的方位后，轉(zhuǎn)臺能夠自動跟蹤目標，并且增加了手輪控制功能;

(4）回零功能為了保證每次轉(zhuǎn)臺運動具有共同的起點，添加回零功能;

(5）限位功能為了保證每次運動不超出其工作空間，添加了左右兩個限位開關(guān);

(6）屏幕顯示 用VC 制作了一個軟件控制界面，用來顯示轉(zhuǎn)臺的運動控制狀態(tài)，比如實際轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角等等。

軟件控制流程圖如圖4所示，軟件控制界面見圖5。

圖4 軟件系統(tǒng)流程圖

圖5 軟件控制界面

系統(tǒng)上電成功后，首先與控制器建立通信(上位機與控制器通過網(wǎng)口連接），通信成功以后左邊的狀態(tài)監(jiān)測中指示燈通信中會變成綠色。然后進行轉(zhuǎn)臺的回零運動，找到系統(tǒng)的原點。轉(zhuǎn)臺有兩種控制方式，手動控制和自動控制。當(dāng)選擇手動控制，通過點擊正向、負向按鈕實現(xiàn)轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動方向;當(dāng)選擇自動控制時，自動接收目標位置的GPS信息，實現(xiàn)轉(zhuǎn)臺實時跟蹤、實時控制。界面的右下方為速度系數(shù)調(diào)整欄，實現(xiàn)對轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)速快慢的調(diào)解。

4 GPS 引導(dǎo)控制

本控制系統(tǒng)可以自動跟蹤目標，通過網(wǎng)絡(luò)實時傳輸目標的GPS信息，做到實時跟蹤。建設(shè)轉(zhuǎn)臺架設(shè)位置的經(jīng)緯值為(B1L1H1），目標位置的經(jīng)緯值為(B2L2H2）。要得到以轉(zhuǎn)臺為坐標原點目標位置的直角坐標，具體轉(zhuǎn)化流程圖如圖6所示。

圖6 GPS 引導(dǎo)數(shù)據(jù)坐標轉(zhuǎn)化流程圖

5 結(jié)束語

本文介紹了轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)設(shè)計的過程及其具體實現(xiàn)的方法。該系統(tǒng)以雷賽運動控制器為核心，具體論述了其工作原理和實現(xiàn)方法。對于控制界面的設(shè)計，從任務(wù)角度設(shè)計了兩種控制方式:手動控制和自動控制，不同的工作狀態(tài)可以采取不同的工作方式。

［1］曹正才.基于DSP的艦載雷達轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)的設(shè)計［J］.雷達與對抗，2005(2）.

［2］高鐘毓.機電控制工程［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2001.

［3］Panasonic 使用說明書.

［4］張勇.C/C++語言硬件程序設(shè)計［M］.西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2003.