[发明专利]基于单片机和FPGA的双电机高速高精伺服控制系统及其方法

说明书

本发明公开了一种基于单片机和FPGA的双电机高速高精伺服控制系统及其方法，系统，包括：上位机，连接于上位机的位置环控制器，连接于上述位置环控制器的第一电机、第二电机，连接于第一电机、第二电机的负载盘，连接于负载盘并将位置反馈给位置环控制器的旋转变压器；位置环控制器组成有：由单片机和FPGA控制架构组成的PID控制器，接收PID控制器发出的12路PWM的驱动器。本发明的程序循环运行时间短，运行速度快，且可以进行复杂的逻辑运算；实现双电机的同步控制系统，具有更高的响应速度和控制精度；控制方法在不影响双电机同步的情况下，能有效消除齿轮间隙，达到精确定位的目的。

技术领域

本发明涉及机械控制领域，特别是一种双电机伺服控制系统及其控制方法。

背景技术

雷达伺服系统是控制雷达位置及各种运动参数的电子设备，是典型的机电自动化控制技术。

雷达伺服转台方位传动系统是雷达转台的重要组成部分，其作用是驱动雷达天线进行高速度、高精度的方向定位，能自动转动天线去捕获、跟踪目标，因此也叫做随动系统。雷达控制系统由机械传动部分和伺服控制部分组成，能实现雷达天线的正转、反转、跟踪和停止。

伺服系统需要实时获取天线的位置信息，常用的监测位置的装置是旋转变压器，其特点是结构简单、抗干扰能力强、工作稳定可靠、对环境要求低。伺服控制的精度直接影响雷达跟踪精度，一般选用16位分辨率的旋转变压器。

随着电力电子技术、高性能数字信号处理技术的发展，雷达伺服驱动朝着数字化、交流驱动、快速响应速度及高精度位置随动方向发展。由于天线负载转动惯量大，功率大等需求单电机伺服系统无论在功率和性能上都很难满足要求，因此采用双电机联动的方法。双电机联动的优点不仅能提高效率，在需要大加速度时，两个电机向同一个方向上的出力，使转台获得高速性能，避免了采用单电机对驱动器的大电流要求。但是机械齿轮存在固有的齿隙，造成天线定位不准确。

传统只以单片机为CPU的控制器，单片机属于单线程，并行能力差，一般采用中断方式处理系统控制，程序循环运行需要时间，无法进行并行处理，对于高速高精的伺服运动场合不能满足要求。单以FPGA为CPU的控制器，虽然并行能力强，运行速度快，但是对于运动控制中的算法处理实现比较复杂，开发周期长。本发明解决这样的问题。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于单片机和FPGA的双电机高速高精伺服控制系统及其控制方法，PID控制器由单片机和FPGA控制架构组成，程序循环运行时间短，运行速度快，且可以进行复杂的逻辑运算；实现双电机的同步控制系统，具有更高的响应速度和控制精度；控制方法在不影响双电机同步的情况下，能有效消除齿轮间隙，达到精确定位的目的。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

基于单片机和FPGA的双电机高速高精伺服控制系统，包括：上位机，连接于上位机的位置环控制器，连接于上述位置环控制器的第一电机、第二电机，连接于第一电机、第二电机的负载盘，连接于负载盘并将位置反馈给位置环控制器的旋转变压器；位置环控制器组成有：由单片机和FPGA控制架构组成的PID控制器，接收PID控制器发出的12路PWM的驱动器。

前述的基于单片机和FPGA的双电机高速高精伺服控制系统，还包括：设置于第一电机、第二电机上并通讯于位置环控制器的霍尔传感器。

前述的基于单片机和FPGA的双电机高速高精伺服控制系统，还包括：解析位置信号的旋转变压器解码芯片，传输旋转变压器解码芯片与FPGA之间的信息的SPI接口。

前述的基于单片机和FPGA的双电机高速高精伺服控制系统，旋转变压器采用多摩川高精度旋转变压器；旋转变压器解码芯片采用AD2S1210，分辨率采用16位，精度达到±2.5弧分。