基于DMC5400多轴运动控制器和PC实现运动控制的实时性设计

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#111723#作者：吴琳，崔响亮，信东，刘丽英   弁言
众所周知，激光制导兵器是以敏觉得的特定激光信号为制导信息。在激光制导兵器的半什物仿真体系中，目的仿真和制导仿真存在等同主要的位置。这是由于激光目的摹拟的正确性影响到体系的团体仿真精度和牢靠性，乃至能够说目的仿真体系的研制程度决议仿真大体系程度。因而，目的仿真是进步半什物仿真体系团体精度的要害，“怎样真切地摹拟激光目的”就成为仿真中主要的成绩。
目的仿真体系研讨的是可能及时准确的摹拟疆场情况中扶引头入瞳处接受到的种种目的反射编码激光的光学特征。详细来讲就是在盘算机和机电把持器的把持下及时把持激光能量和光斑巨细的变更，并以此来摹拟激光航弹扶引头入瞳处的激光目的特征、能质变化特征和光斑巨细变更特征。这类准确的摹拟请求对目的的地位信息和速率信息等停止及时收集处置。之前基于步进机电伺服驱动体系的程控一体化激光器不能很好的满意体系的及时性请求，因而，笔者计划了基于伺服机电及活动把持卡的活动把持体系。该体系在把持激光光斑巨细和能量的及时变更方面较前一体系有了较大改良。
活动把持的及时性计划
对激光光斑的巨细和能量的及时性把持，详细表现就是对程控一体化激光器中的可变衰减体系和可控扩束体系停止及时性计划，这是目的仿真体系计划的一个要害。在计划时，咱们以某型激光制导兵器为配景停止了数字仿真，失掉一组典范的数字仿真能量衰减（对应的为机电把持步数数据）曲线如图1~2所示。

由上述数据和图形可见，在初始投弹和飞翔的大部份时光里，能量和光斑变更较迟缓，而在濒临目的时产生了激烈的变更。这阐明当炸弹濒临目的时激光能量和扶引头所见光斑巨细随时光的变更并不是一个线性关联。鉴于此，本体系在计划时既充足斟酌光斑巨细和能量的及时跟踪范畴，又斟酌了工程上实现的可能性，选用了TSA50尺度型高速电控平移台。扭转台则选用中空力矩机电动员扭转棱镜来直接实现。特殊的，本体系将步进机电驱动的平移台和扭转台均改成由伺服机电停止驱动，重要斟酌的是伺服机电启动时光短，速率高，在极短的时光内可能动员激光器内装置的平移棱镜和扭转棱镜做高速活动，来摹拟扶引头近间隔敏觉得的光斑的巨细和能量，从而可能满意对光斑及时变更的请求。由高速平移台和扭转机电分辨驱动扩束体系的目镜和格兰—付克棱镜的检偏镜，使得能量和光斑变更在弹目间隔》300m时能完整满意及时性把持请求。而在残余时光内，由机电做全速活动来近似迫近末段的峻峭变更。
基于以上的目的和对于活动把持功效的计划，采取公用活动把持芯片是一种较好的抉择。公用把持芯片通过PCI 总线与PC 机的CPU 通信，接受PC 机的把持指令，由外部的逻辑电路停止运算和脉冲发送，同时检测一些开关量信号（如限位信号）的状况并向PC 机讲演，以实现活动把持的功效。在这类计划中，全部的活动把持细节都由活动把持卡上的公用芯片实现，无需占用PC 机的资本，PC 机能够专一于用户界面的处置和对活动把持卡状况的监控。活动把持公用芯片本身存在强盛的活动把持功效，不须要扩大庞杂的外围电路。PC 机只要要对活动把持芯片发送死令和参数，把持简略。经由重复的调研和论证，初步肯定整体活动把持计划为“PCI 接口芯片+公用活动把持芯片+激光把持模块”。
活动把持体系构造
全部把持体系硬件由PC机、DMC5400多轴把持器、增量式编码器以及松下公司的全数字式交换伺服体系（包含机电和驱动器）、中空力矩机电等构成（见图3）。

该把持体系以PC机平台为基本，DMC5400多轴活动把持器为活动把持中心。PC机的CPU与DMC5400的 CPU形成高低位机的构造，两个CPU各自实现响应的义务。
PC机作为DMC5400的上位机，供给Windows平台及人机操纵界面，实现体系初始化、轨迹参数的设定、活动信息的及时表现等，仅需用少少部份时光向把持卡发送活动指令。下位DMC5400多轴活动把持器重要实现平移机电和扭转机电的活动把持，包含伺服驱动、顺序说明以及高速数据收集等及时性义务。DMC5400直接插在PC机的PCI插槽中，并由静态链接库驱动。
活动把持体系软件计划
该把持体系本质上是一种以DMC5400为中心构成的开放式数控体系。上位PC机和下位DMC5400多轴把持器各有本人的CPU、存储器和外设，分辨形成一套自力的盘算机体系。因而，在抉择把持软件的开辟平台时充足斟酌了这类构造的特色。因为DMC5400多轴把持器采取了及时操纵体系，数控顺序代码说明任务和持续活动时庞杂的插补运算都由其外部的DSP来实现，能够保障对运算进程和种种紧迫情形的实时处置。绝对而言，上位PC机只是供给与用户交互部份和一些状况变量的读取任务，CPU的任务量不是很大。
上位机软件
上位机软件的构成如图4所示。

初始化模块：实现零位标定等功效。
轨迹和参数设定模块：依据差别的活动功效和轨迹，供给了响应的参数设定界面，此中包含参数公道性辨别、缺省值供给等帮助功效。
活动信息及时表现模块：通过与DMC5400及时通信，静态收集负载地位和速率等活动信息。而后，借助CB开辟的带有二维坐标系的表现界面，实事实时静态表现负载活动轨迹，同时静态表现阁下两个软硬限位状况。别的，在界面的右下角还及时静态表现负载的地位和速率数据。
毛病诊断模块：内嵌于各功效模块中，如设定值公道性辨别、键盘操纵功效维护、界面功效按钮的连锁、机电限速维护、地位超速维护等。
通信模块：应用DMC5400供给的静态链接库体例，实现上位PC机和下位DMC5400之间的通信。它内嵌于各功效模块中，包括了同DMC5400通信的全部方法，并且将其重要的函数停止分类、封装。所体例的通信顺序实现了活动轨迹顺序及设定参数的下载、上位PC机对DMC5400的指令传输及DMC5400对 PC机的状况反应等通信功效。
下位机软件
把持下位机是活动把持体系的直接把持级，形成可控扩束和可控衰减两个自力的伺服把持回路。其功效包含：实现目的活动的及时把持;采取响应的把持算法，对体系的运转地位、速率停止把持;将检测到的体系状况信号通过PCI总线传给上位机。DMC5400的活动把持功效非常丰盛，能够满意绝大少数多轴活动把持体系的请求。


仿真成果剖析
图6~11为半什物仿真实验与数学仿真实验激光制导炸弹空间三维坐标变更曲线，可见两种仿真形式下实验曲线符合精良。因为在全部弹道曲线中差异表示不显明，因而给出了各坐标响应的弹道末了部分表现曲线。

实验成果标明，数学仿真的仿真解算稳固，成果精度精良;同时，在雷同投弹前提下，半什物仿真与数学仿真实验进程相干性比拟好，仿真精度十分高，由此反应出目的仿真体系带入全体系的偏差极小（目的体系偏差占全体系偏差的90%），所计划的把持体系实现了光斑巨细和能量的及时把持。
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