[发明专利]一种基于实时操作系统和FPGA的转台伺服控制方法

说明书

一种基于实时操作系统和FPGA的转台伺服控制方法，基于实时操作系统，将转台的实时程序分解为运动轨迹实时生成子程序、反馈位置读取子程序、I/O状态监控子程序和通讯子程序；运动轨迹实时生成子程序进行运动轨迹指令的实时生成，通过DMA通道以FIFO的方式将轨迹指令发送给FPGA，FPGA进行伺服控制运算后输出转台控制信号。通过设置运动轨迹实时生成子程序的循环周期和轨迹指令的插值个数，结合FPGA伺服控制运算周期的设置，实现实时程序与FPGA工作的同步。采用FPGA进行伺服运算，减小了伺服运算周期，提升了转台控制的实时性，极大地提高了转台的动态控制性能。

技术领域

本发明涉及一种基于实时操作系统和FPGA的转台伺服控制方法。

背景技术

转台是一种重要的半实物仿真试验设备，其可以按照在线给定的仿真轨迹曲线快速运动，为安装在其上的被测产品提供实时变化的空间物理姿态激励，从而到达模拟飞行弹道试验的目的。由于半实物仿真试验要求的实时性很高，即转台要快速地跟踪指令曲线，在每一帧仿真周期内，准确地到达指定位置。同时，由于弹道曲线追求的机动性很高，因此对转台的角速度和双十带宽等动态性能要求也相应提高。

由于转台要求快速执行伺服运动的特点，一般的转台都是采用嵌入式或实时操作系统，以满足快速地完成从指令和反馈信息获取到完成伺服运输算后输出控制信号的过程。总地来说，控制系统伺服运算的间隔周期越短，转台的动态控制性能就约高。目前，随着计算机和电子技术的不断发展，转台的伺服运算周期已经可以到达ms级。但随着对转台功能要求的不断提高和先进控制算法发展地越来越复杂，转台控制软件中的并行任务增多，伺服运算的计算量也越来越大，采用嵌入式系统以无法完成多任务编排。而单纯采用实时系统虽可解决多任务处理问题，但伺服运算周期很难再获得很高的突破。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于实时操作系统和FPGA的转台伺服控制方法，通过FPGA实现运动轨迹指令的伺服运算，实时程序和FPGA之间通过DMA通道以FIFO的方式进行通讯，能够有效减小伺服控制运算的周期，提升转台的动态控制性能。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：

一种基于实时操作系统和FPGA的转台伺服控制方法，转台具体伺服控制步骤如下：

步骤一、设置转台的运动轨迹实时生成子程序的循环周期为T；

步骤二、运动轨迹实时生成子程序生成实时运动轨迹指令后，将该指令与上一周期生成的运动轨迹指令进行等间隔线性插值，插值后得到一组N个运动轨迹指令，N为大于2的正整数；

步骤三、运动轨迹实时生成子程序将步骤二中的N个运动轨迹指令按照从小到大的顺序一次写入FIFO中，然后通过DMA通道发送给FGPA；

步骤四、FPGA进行伺服控制运算的循环周期设为T/N；

步骤五、FPGA每次从FIFO中读入一个指令，完成伺服运算后输出转台控制信号，FPGA完成N次伺服运算的时间等于运动轨迹实时生成子程序的循环周期T。

上述基于实时操作系统和FPGA的转台伺服控制方法，所述运动轨迹实时生成子程序的循环周期T大于运动轨迹实时生成子程序生成一帧运动轨迹指令所需的时间。

上述基于实时操作系统和FPGA的转台伺服控制方法，所述FPGA进行伺服控制运算的循环周期T/N大于或等于FPGA完成一帧运动轨迹指令伺服运算所需的时间。

上述基于实时操作系统和FPGA的转台伺服控制方法，所述转台的运动轨迹实时生成子程序属于实时程序，实时程序还包括反馈位置读取子程序、I/O状态监控子程序和通讯子程序。