專利名稱：一種衛(wèi)星天線運動控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字伺服控制系統(tǒng)領(lǐng)域，用于衛(wèi)星天線等高精度、小體積、 低功耗指向控制執(zhí)行機構(gòu)的驅(qū)動部件。
背景技術(shù)：
目前伺服系統(tǒng)通常為帶有負反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)，某些場合下也可使用 開環(huán)控制來實現(xiàn)其功能。衛(wèi)星天線運動控制系統(tǒng)是一種典型的伺服系統(tǒng)，它 能夠根據(jù)輸入信號的要求，實時、精確地控制微波天線按照一定的軌跡運動 或者高精度的定位在某一點，是天線通訊必需的前提條件。
國內(nèi)外的相關(guān)研究資料顯示，傳統(tǒng)衛(wèi)星天線運動數(shù)字控制系統(tǒng)多使用單 片機、嵌入式計算機等低速處理設(shè)備作為主控單元。這些系統(tǒng)或者采樣頻率 較低、處理速度不夠、精度差或者設(shè)備體積、功耗較大。
目前部分較新型天線運動控制系統(tǒng)使用了 DSP單獨作為主控單元，典 型應(yīng)用為Tl公司的C2000系列DSP。此類系統(tǒng)實現(xiàn)了高度集成的控制系統(tǒng)， 功耗較低，達到了較好的控制效果。不過當(dāng)控制系統(tǒng)使用了較復(fù)雜控制方法 (如矢量控制方法)時，要涉及較多復(fù)雜運算(如坐標變換、三角函數(shù)運算 等)。C2000系列為定點DSP,不能滿足復(fù)雜運算對浮點數(shù)據(jù)處理的需求。 這時不得不犧牲部分運算精度，從而限制了系統(tǒng)總體控制精度。
多環(huán)控制律的動態(tài)性能很大程度取決于內(nèi)環(huán)響應(yīng)速度。對伺服系統(tǒng)來說 電流環(huán)影響最大。所以電流環(huán)的采樣頻率必須較高。C2000系列DSP同時 集成了脈寬調(diào)制(PWM)輸出模塊、AD采樣模塊，DSP芯片同時承擔(dān)數(shù) 據(jù)采樣及其控制、預(yù)處理、控制邏輯運算、PWM波形輸出、執(zhí)行系統(tǒng)保護
邏輯等全部工作，運算量很大，對DSP運算能力提出很高要求。百前來說 限制了系統(tǒng)采樣頻率和總體控制頻率，也限制了復(fù)雜控制邏輯的應(yīng)用，這是 此類結(jié)構(gòu)系統(tǒng)控制精度和響應(yīng)性能受限的主要原因。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高運算精度、 高采樣和控制頻率、良好動態(tài)響應(yīng)性能、體積較小、功耗較低的用于衛(wèi)星天 線指向機構(gòu)的伺服控制系統(tǒng)。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案衛(wèi)星天線運動控制系統(tǒng)，其主控單元包含DSP 芯片及FPGA芯片，DSP芯片承擔(dān)系統(tǒng)全部控制邏輯運算，F(xiàn)PGA芯片以 高速并行方式承擔(dān)信號釆集及其控制、數(shù)據(jù)預(yù)處理、PWM信號生成、執(zhí)行 系統(tǒng)保護邏輯等任務(wù)，充分發(fā)揮DSP進行復(fù)雜運算、FPGA并行處理的優(yōu) 勢。
具體包括系統(tǒng)給定電路、主控單元、驅(qū)動和功率電路、電流檢測電路、 角位置檢測電路、轉(zhuǎn)速檢測電路、執(zhí)行機構(gòu)，主控單元主要包括DSP芯片 和FPGA芯片，其中
DSP芯片，用于在系統(tǒng)中執(zhí)行全部控制邏輯，包括接收系統(tǒng)給定電路 輸出的系統(tǒng)角位置給定信號；接收FPGA芯片輸出的電流、角位置和轉(zhuǎn)速反 饋信號；結(jié)合所迷的給定信號與所述的反饋信號，經(jīng)過矢量控制原理計算得 出空間矢量脈寬調(diào)制SVPWM波形控制信號，向FPGA芯片輸出；
FPGA芯片，在系統(tǒng)中完成信號采集及其控制、SVPWM信號生成及其 輸出和系統(tǒng)保護功能，包括根據(jù)預(yù)設(shè)采樣頻率，控制電流檢測電路、角位 置檢測電路、轉(zhuǎn)速檢測電路進行采樣，'并分別'接收其輸出的三相電流檢測信 號、粗精雙路角位置檢測信號、轉(zhuǎn)速檢測信號；經(jīng)糾錯邏輯，由粗、精雙路 角位置檢測信號生成電機轉(zhuǎn)子角位置反饋信號；將電流、角位置和轉(zhuǎn)速反饋 信號送入DSP芯片；接收DSP芯片輸出的SVPWM波形控制信號，生成
三相六路加入死區(qū)的'SVPWM波形，輸出送入驅(qū)動和功率電路中的驅(qū)動電 路，控制驅(qū)動和功率電路中MOSFET功率電路的導(dǎo)通；根據(jù)系統(tǒng)保護邏輯， 必要時生成系統(tǒng)保護信號。
本發(fā)明的原理是系統(tǒng)主控單元承擔(dān)任務(wù)為系統(tǒng)的信號采集及其控制， 即根據(jù)預(yù)先設(shè)定的釆樣時間觸發(fā)電流檢測電路、角位置檢測電路、轉(zhuǎn)速檢測 電路中的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片對電機三相電流、轉(zhuǎn)子角位置、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速進行采樣； 數(shù)據(jù)預(yù)處理，即分時接收角位置檢測電路輸出的粗、精雙路角位置檢測信號， 經(jīng)糾錯邏輯處理生成角位置反饋信號；控制邏輯運算，即使用矢量控制方法 對電機進行位置、速度、電流三閉環(huán)實時控制；PWM信號生成，即根據(jù)矢 量要求生成相應(yīng)開關(guān)狀態(tài)；執(zhí)行系統(tǒng)保護邏輯，即在系統(tǒng)出現(xiàn)過流、短路等 異常情況時輸出保護信號保護系統(tǒng)不被損壞。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于
(1) 本發(fā)明采用DSP進行系統(tǒng)控制邏輯運算，相對傳統(tǒng)的單片機、嵌 入式計算機等控制方式具有更高運算速度和精度、更高系統(tǒng)控制頻率、較小 的體積和功庫€。
(2) 相對于單DSP控制系統(tǒng)，本系統(tǒng)由于DSP芯片專用于控制邏輯的 計算，算法執(zhí)行速度更高；采用浮點DSP，運算精度更高；使用FPGA進 行高速采樣，具有更高采樣頻率和系統(tǒng)總體控制頻率，從而提高了系統(tǒng)控制 精度。
(3) 使用FPGA芯片作為SVPWM波形生成電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片控制 器、功率模塊控制器，執(zhí)行數(shù)據(jù)預(yù)處理、實現(xiàn)系統(tǒng)保護功能。高度集成化使 得系統(tǒng)保持較低功耗、較小體積。
(4) 本發(fā)明中的FPGA芯片由于采用了閨8所示的邏輯工作過程，因此 可以生成非中心對稱的SVPWM波形，從而使硬件實現(xiàn)方便，降低了系統(tǒng) 實現(xiàn)成本。


圖1為本發(fā)明的控制系統(tǒng)原理框圖； 圖2為圖1的主控單元原理框圖3為圖1的驅(qū)動電路及MOSFET功率電路原理框圖(以A相為例)； 圖4為圖1的電流檢測電路原理框圖(以單相為例)； 圖5為圖1的角位置檢測電路原理框圖； 圖6為圖1的速度檢測電路原理框圖； 圖7為本發(fā)明的系統(tǒng)控制邏輯原理圖8為本發(fā)明的FPGA內(nèi)SVPWM波形產(chǎn)生邏輯圖(以A相為例)； 圖9為本發(fā)明的DSP主程序流程圖； 圖10為本發(fā)明的FPGA主程序流程圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明主要由穩(wěn)恒直流電源電路1、系統(tǒng)給定電路2、主 控單元3、驅(qū)動和功率電路4、電流檢測電路5、角位置檢測電路6、轉(zhuǎn)速 檢測電路7、執(zhí)行機構(gòu)8組成，其中穩(wěn)恒直流電源電路1向系統(tǒng)給定電路2、 主控單元3提供+5V電壓；向驅(qū)動和功率電路4中的隔離驅(qū)動電路41、電 流檢測電路5、角位置檢測電路6、轉(zhuǎn)速檢測電路7提供士15V電壓；向驅(qū) 動和功率電路4中的MOSFET功率電路42提供穩(wěn)壓直流+28V電源；系統(tǒng) 給定電路2提供16位角位置給定信號，送入主控單元3;電流檢測電路5 采樣MOSFET功率電路42輸出三相電流，生成三相電流檢測信號，送入 主控單元3，同時生成電流檢測電壓信號，送入驅(qū)動和功率電路4;角位置 檢測電路6檢測當(dāng)前執(zhí)行機構(gòu)8中伺服電機的轉(zhuǎn)子角位置，生成粗、精雙路 角位置反饋信號，送入主控單元3;角位置檢測電路6同時生成轉(zhuǎn)速電壓信 號，送入轉(zhuǎn)速檢測電路7;轉(zhuǎn)速檢測電路7檢測轉(zhuǎn)速電壓信號，生成轉(zhuǎn)速檢 測信號，送入主控單元3。主控單元3根據(jù)送入的角位置、轉(zhuǎn)速、三相電流檢測信號和系統(tǒng)給定信號，按照矢量控制原理和三閉環(huán)控制律,生成相應(yīng)的
SVPWM波形。輸出的SVPWM波形送入驅(qū)動和功率電路4，輸出預(yù)定電壓 電流波形，驅(qū)動電機伺服運行。執(zhí)行機構(gòu)8采用永磁同步伺服電動機，其中 的伺服電機的轉(zhuǎn)速輸出經(jīng)大減速比精密傳動機構(gòu)驅(qū)動天線進行精確跟蹤或 定位。
如圖2所示，主控單元3包括DSP芯片31， FPGA芯片32， FLASH 芯片33,外擴RAM芯片34， EPROM配置芯片35,其中
作為信號采集器，F(xiàn)PGA芯片32進行以下工作通過電流采樣控制信 號控制電流檢測電路5對三相電流進行采樣，讀取其輸出的三相12位電流 檢測信號，作為三相電流反饋信號，送入DSP芯片31;通過角位置釆樣控 制信號控制角位置檢測電路6對轉(zhuǎn)子角位置進行采樣，分時讀取其輸出的 粗、精雙路角位置檢測信號，進行權(quán)值處理，即把粗通道的數(shù)據(jù)擴成轉(zhuǎn)速比 的倍數(shù)，精通道數(shù)據(jù)和經(jīng)過處理的粗通道的數(shù)據(jù)再一起進行數(shù)據(jù)的組合及糾 錯，得到電機轉(zhuǎn)子19位精度角位置反饋信號，送入DSP芯片31;通過轉(zhuǎn) 速采樣控制信號控制轉(zhuǎn)速檢測電路7對轉(zhuǎn)速電壓信號進行采樣，讀取其輸出 的12位轉(zhuǎn)速檢測信號，作為轉(zhuǎn)速反饋信號，送入DSP芯片31。
作為控制運算器，DSP芯片31從系統(tǒng)給定電路2接收電機角位置給 定信號；在FPGA芯片32發(fā)出中斷請求時執(zhí)行中斷響應(yīng)程序接收角位置、 轉(zhuǎn)速、電流反饋信號；依照控制邏輯，結(jié)合給定信號與反饋信號進行系統(tǒng)控 制運算，運算完畢生成SVPWM控制信號，送入FPGA芯片32。
作為PWM波形發(fā)生器，F(xiàn)PGA芯片32每個PWM周期查詢接收一次 DSP芯片31發(fā)出的SVPWM控制信號，生成相應(yīng)的SVPWM波形，并送 入驅(qū)動和功率電路4，完成電機驅(qū)動。
為完成系統(tǒng)保護，F(xiàn)PGA芯片32結(jié)合系統(tǒng)保護邏輯，根據(jù)電流檢測信 號判斷，在系統(tǒng)過流、短路等異常情況時輸出保護信號，使MOSFET管全 部關(guān)斷10ms,保護系統(tǒng)；電流采樣時，控制A/D芯片在每相電流換相完畢、
電流值平穩(wěn)后再對電流進行采樣。
FLASH芯片33用于DSP芯片31的程序存儲；外擴RAM芯片34提 供外擴512K存儲空間，滿足運算需要；EPROM配置芯片35提供FPGA 芯片32的配置信息。
本發(fā)明所采用的DSP芯片為TMS320VC33-150PGE; FPGA芯片為 SPARTAN XCS40。
如圖3所示，驅(qū)動及功率電路4包括驅(qū)動電路41、 MOSFET功率電路 42、高速光耦隔離電路43，其中(本圖以A相為例)
高速光耦隔離電路43接收主控電路3發(fā)出的SVPWM波形，并將其送 入驅(qū)動電路41的IN端口 (上下橋臂控制端分別為HIN1、 LIN1),控制驅(qū) 動電路41的上下觸發(fā)端口 H01、 L01輸出MOSFET功率管開關(guān)狀態(tài)，從 而驅(qū)動A相上下橋臂的導(dǎo)通和關(guān)斷，以輸出預(yù)定電壓電流波形，驅(qū)動電機伺 服運行。驅(qū)動電路41從電流檢測電路5接收電流檢測電壓信號，完成過流、 短路保護功能，保護系統(tǒng)不會因過流、短路等異常狀態(tài)而損壞。
如圖4所示，電流檢測電路5包括電流互感器51，調(diào)幅、偏置、濾 波電路52, AD轉(zhuǎn)換芯片53,濾波、分壓電路54,其中(本圖以單相為例)
電流互感器51對MOSFET功率電路42輸出的相電流進行檢測，經(jīng)調(diào) 幅、偏置濾波電路52、經(jīng)AD轉(zhuǎn)換芯片53采樣后，生成12位精度電流檢 測信號，送入主控單元3。 AD轉(zhuǎn)換芯片采樣受FPGA芯片32輸出的電流 采樣控制信號控制，以錯過電流換相時刻可能產(chǎn)生的尖峰電流，待電流值趨 于平穩(wěn)再進行采樣，以提高控制精度。
濾波、分壓電路54接收電流互感器51的輸出，生成電流檢測電壓信號， 送入驅(qū)動電路41完成過流保護功能。
如圖5所示，角位置檢測電路由雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器61 、軸角編碼器R D C 電路62、正弦激勵源電路63組成，其中
正弦激勵源電路63為雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器61提供正弦激勵信號，送入旋
轉(zhuǎn)變壓器原邊，由射邊輸出兩路正交信號，送回正弦激勵源電路63,樹成 同步鎖定閉環(huán)，保證正弦激勵信號穩(wěn)定。
雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器61檢測伺服電機轉(zhuǎn)子輸出角位置，輸出粗、精兩路 正弦、余弦信號，送入RDC電路62， RDC電路62完成兩路角度解算，生 成粗、精兩路角位置檢測信號，根據(jù)角位置采樣控制信號，分時送入主控單 元3;同時生成轉(zhuǎn)速電壓信號，送入轉(zhuǎn)速4企測電路6。
如圖6所示，轉(zhuǎn)速檢測電路包括調(diào)幅、偏置、濾波電路61, AD轉(zhuǎn)換 芯片62,其中
角位置檢測電路5送入的轉(zhuǎn)速電壓信號經(jīng)調(diào)幅、偏置、濾波電路61的 調(diào)制、AD轉(zhuǎn)換芯片62的采樣，生成12位精度的轉(zhuǎn)速檢測信號，送入主控 單元3。 AD轉(zhuǎn)換芯片62根據(jù)主控單元3送入的轉(zhuǎn)速采樣控制信號而具有固 定的1ms采樣周期。
如圖7所示的系統(tǒng)控制邏輯全部由TMS320VC33型DSP芯片完成?？?制系統(tǒng)采用位置、轉(zhuǎn)速、電流三閉環(huán)結(jié)構(gòu)可以滿足高精度動態(tài)跟蹤或定位的 要求。位置調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)采用Pl控制，保證系統(tǒng)定位精度；速度調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)采用 P控制，保證系統(tǒng)動態(tài)性能和系統(tǒng)穩(wěn)定性；電流調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)采用P控制，保證 系統(tǒng)抗負載擾動能力。
角度傳感器生成角位置反饋信號《；速度計算環(huán)節(jié)生成速度反饋信號
電流傳感器生成三相電流反饋值/,，/"c,經(jīng)ABC相/dq相坐標變換環(huán)節(jié)， 生成電流d、 q坐標系下兩路反饋信號^、"
角位置給定信號《與位置反饋信號《比較，誤差□《經(jīng)角位置調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)， 輸出速度給定信號"。速度給定信號^與速度反饋信號w,比較，誤差口^經(jīng) 速度調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)輸出電流q軸分量給定信號《。轉(zhuǎn)速反饋信號^經(jīng)函數(shù)發(fā)生器 環(huán)節(jié)生成電流d軸分量給定信號C。電流給定信號〈、C與電流反饋信號^、 々比4吏，生成電流誤差信號n^、 口/《經(jīng)電流調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，生成dq相電
壓給定《、《，經(jīng)Park逆變換環(huán)節(jié)生成a(3相電壓給定《、《，送入SVPWM 生成環(huán)節(jié)，生成SVPWM波形，驅(qū)動電機運行。
如圖8所示，F(xiàn)PGA經(jīng)所示邏輯生成非中心對稱的PWM波形。非中心 對稱波形每相只有一次高低電平轉(zhuǎn)換，并且轉(zhuǎn)換時刻由輸入的脈寬時間進行 調(diào)制，通過三相不同的脈寬時間調(diào)制輸出SVPWM波形。單相波形在單個 PWM周期內(nèi)的形式為死區(qū)、高導(dǎo)通、死區(qū)、低導(dǎo)通。FPGA產(chǎn)生PWM 波形邏輯主要包括三部分，上橋臂死區(qū)發(fā)生部分81、脈寬控制部分82，下 橋臂死區(qū)發(fā)生部分83，其中(本圖以A相為例)
PWM周期開始，脈寬控制時間由PWMact 口送入。在脈寬時間內(nèi)上橋 臂觸發(fā)端PWMah應(yīng)該輸出高電平、下橋臂觸發(fā)端PWMal輸出低電平；脈 寬時間過，則上橋臂觸發(fā)端PWMah應(yīng)該輸出低電平、下橋臂觸發(fā)端PWMal 輸出高電平。
PWM周期開始時刻，上橋臂死區(qū)發(fā)生部分81即開始工作，用于在上橋 臂導(dǎo)通前加入死區(qū)時間。具體為第一計數(shù)器自動清零并正計數(shù)，輸出送入第 一比較寄存器；第一脈寬寄存器存儲死區(qū)時間并由Q端保持輸出，送入第 一比較寄存器；第一比較寄存器對計數(shù)值與死區(qū)時間進行比較。若計數(shù)值小 于死區(qū)值，則輸出通過后續(xù)的非和與邏輯使上橋臂觸發(fā)端PWMah輸出為 低；若計數(shù)值大于死區(qū)值，則上橋臂死區(qū)發(fā)生部分81停止工作，后續(xù)的非 和與邏輯使上橋臂觸發(fā)端PWMah輸出為高，直至脈寬時間到。
PWM周期開始時刻，脈寬控制部分82即開始工作，用于在脈寬時間到
的時刻，促使上下橋臂輸出反相，即上橋臂輸出低電平，下橋臂輸出高電平。 其中的第二脈寬寄存器存儲脈寬時間并由Q端保持輸出，送入第一比較寄
存器；第二計數(shù)器清零并正計數(shù)，輸出送入第二比較寄存器；第二比較寄存 器對脈寬時間與計數(shù)值進行比較。脈寬時間不到，第一觸發(fā)器的Q端輸出 高電平，促使PWMah輸出高電平、使PWMal輸出低電平；脈寬時間到， 兩者狀態(tài)相反。
上橋臂反相即輸出為低時，下橋臂死區(qū)發(fā)生部分83即開始工作'，用于
在下橋臂輸出為高電平之前加入死區(qū)時間。具體為其中的第三脈寬寄存器存 儲死區(qū)時間，第三計數(shù)器受上橋臂信號控制清零并正計數(shù)，輸出計數(shù)值送入
第三比較寄存器；第三脈寬寄存器存儲死區(qū)時間，并由Q端保持輸出，送 入第三比較寄存器；第三比較寄存器對計數(shù)值與死區(qū)時間進行比較。若計數(shù) 值小于死區(qū)值，則輸出通過后續(xù)的非和與邏輯使下橋臂觸發(fā)端PWMah輸出 為低；若計數(shù)值大于死區(qū)值，則下橋臂死區(qū)發(fā)生部分83停止工作，后續(xù)的 非和與邏輯使下橋臂觸發(fā)端PWMah輸出為高，直至PWM周期時間到。
三部分綜合作用結(jié)果是，PWM周期開始，上下橋臂全部關(guān)斷；經(jīng)過死 區(qū)時間，上橋臂導(dǎo)通；脈寬時間到后，上橋臂關(guān)斷，下橋臂待導(dǎo)通；死區(qū)時 間到后下橋臂導(dǎo)通。兩段死區(qū)時間的加入使得系統(tǒng)不會有直通現(xiàn)象發(fā)生。
如圖9所示，DSP在系統(tǒng)上電后將變量初始化，禁止PWM波形輸出， 開中斷，通過PIO 口檢測是否有系統(tǒng)運行指令，若無運行指令則不停檢測。 接收到運行指令后，設(shè)置系統(tǒng)PID運算參數(shù)，解除PWM封鎖，進入主循環(huán) 程序。主循環(huán)程序沒有收到中斷請求，則根據(jù)預(yù)設(shè)的控制時間，更新系統(tǒng)給 定信息并進行系統(tǒng)控制運算，此過程中要有開關(guān)中斷動作保證整個運算過程 不受干擾。接收到中斷請求后，執(zhí)行相應(yīng)的中斷處理子程序，讀取角位置、 轉(zhuǎn)速、電流等反饋量，更新寄存器信息留待控制運算使用，返回。既無中斷 請求，又未到控制運算時間則執(zhí)行一次空操作。
如圖10所示，F(xiàn)PGA在系統(tǒng)上電后讀取配置芯片中的配置信息，接收 到開PWM信號之后解除PWM封鎖，進入并行工作模式。共有四個進程。 第 一進程用于電流反饋，預(yù)設(shè)的電流采樣時間到，則對三相電流檢測值采樣， 作為三相電流反饋值，向DSP發(fā)出中斷請求，發(fā)送三相電流反饋信號。第 二進程用于轉(zhuǎn)速采樣，預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)速采樣時間到，則對轉(zhuǎn)速檢測值采樣，生成 轉(zhuǎn)速反饋值，通過中斷方式送入DSP。第三進程用于角位置釆樣，采樣時 間到，則分時讀取粗、精雙路角位置檢測信號，按照糾錯邏輯生成19位精
度角位置反饋信號，通過中斷方式送入DSP。第四進程用于PWM波形生成，
每個PWM周期開始，讀取DSP輸出的SVPWM控制信號，結(jié)合系統(tǒng)保護 邏輯，生成非對稱SVPWM波形或系統(tǒng)保護信號后輸出。
權(quán)利要求
1、一種衛(wèi)星天線運動控制系統(tǒng)，其特征在于包括系統(tǒng)給定電路(2)、主控單元(3)、驅(qū)動和功率電路(4)、電流檢測電路(5)、角位置檢測電路(6)、轉(zhuǎn)速檢測電路(7)、執(zhí)行機構(gòu)(8)，主控單元(3)主要包括DSP芯片(31)和FPGA芯片(32)，其中DSP芯片(31)，用于在系統(tǒng)中執(zhí)行全部控制邏輯，包括接收系統(tǒng)給定電路(2)輸出的系統(tǒng)角位置給定信號；接收FPGA芯片(32)輸出的電流、角位置和轉(zhuǎn)速反饋信號；結(jié)合所述的給定信號與所述的反饋信號，經(jīng)過矢量控制原理計算得出空間矢量脈寬調(diào)制SVPWM波形控制信號，向FPGA芯片(32)輸出；FPGA芯片(32)，在系統(tǒng)中完成信號采集及其控制、SVPWM信號生成及其輸出和系統(tǒng)保護功能，包括根據(jù)預(yù)設(shè)采樣頻率，控制電流檢測電路(5)、角位置檢測電路(6)、轉(zhuǎn)速檢測電路(7)進行采樣，并分別接收其輸出的三相電流檢測信號、粗精雙路角位置檢測信號、轉(zhuǎn)速檢測信號；經(jīng)糾錯邏輯，由粗、精雙路角位置檢測信號生成電機轉(zhuǎn)子角位置反饋信號；將電流、角位置和轉(zhuǎn)速反饋信號送入DSP芯片(31)；接收DSP芯片(31)輸出的SVPWM波形控制信號，根據(jù)波形生成邏輯，生成三相六路加入死區(qū)的SVPWM波形，輸出送入驅(qū)動和功率電路(4)中的驅(qū)動電路(41)，控制驅(qū)動和功率電路(4)中的MOSFET功率電路(42)的導(dǎo)通；根據(jù)系統(tǒng)保護邏輯，必要時生成系統(tǒng)保護信號。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星天線運動控制系統(tǒng)，其特征在于還包 括穩(wěn)恒直流電源電路(1 ),向系統(tǒng)給定電路(2)、主控單元(3)提供+5V 電壓；向驅(qū)動和功率電路(4)中的隔離驅(qū)動電路(41 )、電流檢測電路(5)、 角位置檢測電路(6)和轉(zhuǎn)速檢測電路(7)提供土15V電壓；向驅(qū)動和功率 電路(4)中的MOSFET功率電路(42.)提供穩(wěn)壓直流+28V電源.。.
3、 根振權(quán)利要求1或2所述的衛(wèi)星天線運動控制系統(tǒng)，其特征在于 所述的FPGA芯片(32)經(jīng)過中斷方式向DSP芯片(31)傳送反饋信號， 以周期查詢方式接收控制信號，F(xiàn)PGA芯片(32)和DSP芯片(31)兩芯 片并行工作。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的衛(wèi)星天線運動控制系統(tǒng)，其特征在于 所述的主控單元(3)還包括FLASH芯片(33),用于DSP芯片(31) 的程序存儲；外擴RAM芯片(34)提供DSP芯片(31 )的外擴512K存 儲空間，滿足運算需要；EPROM配置芯片(35)提供FPGA芯片(32)的配置信息。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星天線運動控制系統(tǒng)，其特征在于所述 的FPGA芯片(32)生成非中心對稱的PWM波形，對應(yīng)的波形生成邏輯 包括上橋臂死區(qū)發(fā)生部分(81)、脈寬控制部分(82),下橋臂死區(qū)發(fā)生 部分(83),上述三個部分分別順序完成在上橋臂導(dǎo)通前加入死區(qū)波形、控 制上橋臂關(guān)斷、下橋臂導(dǎo)通前加入死區(qū)波形三個功能。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星天線運動控制系統(tǒng)，其特征在于所述 DSP芯片(31 )為Tl公司TMS320VC3X系列。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星天線運動控制系統(tǒng)，其特征在于所述 FPGA芯片(32 )為XILINX公司的SPARTAN系列。
全文摘要
一種衛(wèi)星天線運動控制系統(tǒng)，包括系統(tǒng)給定電路、主控單元、驅(qū)動和功率電路、電流檢測電路、角位置檢測電路、轉(zhuǎn)速檢測電路、執(zhí)行機構(gòu)，主控單元主要包括DSP芯片和FPGA芯片，本發(fā)明有效地提高了指向精度和動態(tài)跟蹤性能，減小了控制系統(tǒng)的體積和功耗。在衛(wèi)星天線指向控制系統(tǒng)領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。
文檔編號G05D3/20GK101109961SQ20071011996
公開日2008年1月23日 申請日期2007年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月6日
發(fā)明者剛 劉, 劉建章, 房建成, 李光軍, 王志強, 韓邦成 申請人:北京航空航天大學(xué)