陳立坡，王雷

(92785 部隊(duì)，河北 秦皇島 066200)

0 引言

傳統(tǒng)雷達(dá)多以手動(dòng)傳動(dòng)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(jìn)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(shì)所趨［1］。

本文設(shè)計(jì)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(dú)立式運(yùn)動(dòng)控制器，可支持多個(gè)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(hào)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(shí)現(xiàn)方法，為了保證每次運(yùn)動(dòng)具有相同的起點(diǎn)，添加了開(kāi)機(jī)回零功能;為了保證每次運(yùn)動(dòng)不超出其工作空間，添加了左右兩個(gè)限位開(kāi)關(guān)，轉(zhuǎn)臺(tái)碰到限位開(kāi)關(guān)時(shí)，運(yùn)動(dòng)立即停止，更好地保護(hù)了轉(zhuǎn)臺(tái)。

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(jī)(控制計(jì)算機(jī)）發(fā)送運(yùn)動(dòng)控制指令，運(yùn)動(dòng)控制器把該指令“翻譯成”交流伺服電機(jī)脈沖加方向的控制指令，準(zhǔn)確地控制電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。通過(guò)交流伺服電機(jī)的編碼器反饋與上位機(jī)控制指令進(jìn)行比較，作為整個(gè)系統(tǒng)的閉環(huán)反饋控制。手搖脈沖發(fā)生器通過(guò)給運(yùn)動(dòng)控制器發(fā)出脈沖指令，控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)。在控制轉(zhuǎn)臺(tái)上安裝了兩個(gè)限位開(kāi)關(guān)，當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)觸發(fā)限位開(kāi)關(guān)時(shí)，控制器停止電機(jī)運(yùn)動(dòng)，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(jī)作為其驅(qū)動(dòng)部分，下面對(duì)其主要元件進(jìn)行簡(jiǎn)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(bǔ)算法、脈沖方向信號(hào)的輸出、自動(dòng)升降速處理、原點(diǎn)及限位等信號(hào)的檢測(cè)處理，均由硬件實(shí)現(xiàn)，確保了高性能運(yùn)動(dòng)控制的高速、高精度及系統(tǒng)的穩(wěn)定。通過(guò)簡(jiǎn)單的編程設(shè)定即可開(kāi)發(fā)出穩(wěn)定可靠的高性能連續(xù)軌跡運(yùn)動(dòng)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(gè)電機(jī)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(qiáng)輸出，并通過(guò)擴(kuò)展接口擴(kuò)展更多的IO 接口;一個(gè)10/100 M 網(wǎng)絡(luò)接口、兩個(gè)RS232，可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或RS232 直接與PC 機(jī)通信;同時(shí)還可以通過(guò)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(jī)、驅(qū)動(dòng)器

本控制系統(tǒng)采用松下交流伺服電機(jī)作為其驅(qū)動(dòng)成分。一般情況下，交流伺服電機(jī)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(guò)外部輸入的脈沖的頻率來(lái)確定轉(zhuǎn)動(dòng)速度的大小，通過(guò)脈沖的個(gè)數(shù)來(lái)確定轉(zhuǎn)動(dòng)的角度;速度:通過(guò)模擬量的輸入或脈沖的頻率都可以進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)速度的控制;轉(zhuǎn)矩:轉(zhuǎn)矩控制方式是通過(guò)外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來(lái)設(shè)定電機(jī)軸對(duì)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(jī)、驅(qū)動(dòng)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(tái)的伺服驅(qū)動(dòng)上，可以選擇手輪控制和自動(dòng)控制兩種方式。當(dāng)按下手輪使能開(kāi)關(guān)時(shí)，此時(shí)手輪輸入為主，控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)，自動(dòng)控制功能關(guān)閉。自動(dòng)控制又分為輸入目標(biāo)控制和GPS 引導(dǎo)控制兩種，通過(guò)控制界面的選擇可達(dá)到不同控制方式的目的。手輪定義見(jiàn)表1。

表1 手輪定義表

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

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

(1）上位機(jī)與控制器建立通信 上位機(jī)與控制器是通過(guò)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(tái)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(dòng)控制和手輪控制的選擇 自動(dòng)控制是指當(dāng)輸入目標(biāo)的方位后，轉(zhuǎn)臺(tái)能夠自動(dòng)跟蹤目標(biāo)，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(tái)運(yùn)動(dòng)具有共同的起點(diǎn)，添加回零功能;

(5）限位功能為了保證每次運(yùn)動(dòng)不超出其工作空間，添加了左右兩個(gè)限位開(kāi)關(guān);

(6）屏幕顯示 用VC 制作了一個(gè)軟件控制界面，用來(lái)顯示轉(zhuǎn)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)控制狀態(tài)，比如實(shí)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(jiàn)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(jī)與控制器通過(guò)網(wǎng)口連接），通信成功以后左邊的狀態(tài)監(jiān)測(cè)中指示燈通信中會(huì)變成綠色。然后進(jìn)行轉(zhuǎn)臺(tái)的回零運(yùn)動(dòng)，找到系統(tǒng)的原點(diǎn)。轉(zhuǎn)臺(tái)有兩種控制方式，手動(dòng)控制和自動(dòng)控制。當(dāng)選擇手動(dòng)控制，通過(guò)點(diǎn)擊正向、負(fù)向按鈕實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向;當(dāng)選擇自動(dòng)控制時(shí)，自動(dòng)接收目標(biāo)位置的GPS信息，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)時(shí)跟蹤、實(shí)時(shí)控制。界面的右下方為速度系數(shù)調(diào)整欄，實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)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(dòng)跟蹤目標(biāo)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸目標(biāo)的GPS信息，做到實(shí)時(shí)跟蹤。建設(shè)轉(zhuǎn)臺(tái)架設(shè)位置的經(jīng)緯值為(B1L1H1），目標(biāo)位置的經(jīng)緯值為(B2L2H2）。要得到以轉(zhuǎn)臺(tái)為坐標(biāo)原點(diǎn)目標(biāo)位置的直角坐標(biāo)，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(biāo)轉(zhuǎn)化流程圖

5 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程及其具體實(shí)現(xiàn)的方法。該系統(tǒng)以雷賽運(yùn)動(dòng)控制器為核心，具體論述了其工作原理和實(shí)現(xiàn)方法。對(duì)于控制界面的設(shè)計(jì)，從任務(wù)角度設(shè)計(jì)了兩種控制方式:手動(dòng)控制和自動(dòng)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(dá)轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.雷達(dá)與對(duì)抗，2005(2）.

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

［3］Panasonic 使用說(shuō)明書(shū).

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