基于DSP的机载伺服控制系统设计

　　实际情况中，在电动机的启动、停转或大幅度增减设定值时，短时间内系统会输出很大偏差，使得PID运算的积分积累很大，引起输出控制量增大和强烈的积分饱和效应，数字PID调节器中的积分饱和会引起大幅度的超调，使系统稳定性下降，所以消除积分饱和的关键在于不能使积分项过大，可以采用的方法有积分分离法、遇限消弱积分PID控制算法及变速积分PID算法等[5]。为消除积分饱和带来的不利影响，系统采用带退饱和的积分分离法来防止积分饱和，积分分离的基本思路是：当被调量和设定值偏差较大时，取消积分作用，以免由于积分的作用使系统的稳定性下降，超调量增大，当被控制量接近给定值时，引入积分控制，以便消除静差，提高控制精度。http://www.ruishen.net/片式电感器当积分值积到设定的阈值时，清楚积分累积值，达到退积分的目的，提高系统的静态稳定性。

　　积分分离算法可表示为：

　　u（t）=KP×e（t）+?茁×KI×e（j）+KD×[e（t）-e（t-1）]+u（0）（2）其中β为积分项的开关系数。

　　β=1，|e（t）|≤ε0，|e（t）|>ε

　　ε为设定阈值。

　　3 控制策略及测试结果

　　本伺服系统通过接收瞄准设备传过来的位置和速度信息，进行跟随运动，让瞄准设备和伺服转台始终保持0.3°的随动误差，瞄准设备转动范围为-120°~+120°。瞄准设备间隔20 ms发一次位置和速度，伺服转台收到位置和速度后，必须在20 ms内跟上瞄准设备，并且瞄准设备和天线转台始终保持0.3°以内的位置误差。为了使伺服转台能够始终跟上瞄准设备，这里采用了一种先位置后速度的跟踪控制策略，就是在转台控制DSP收到瞄准设备传过来的位置和速度后，先以一个瞄准设备速度的M（M>1）倍的速度走位置，当位置走到随动精度误差范围内（0.3°），再以瞄准设备的速度跟随瞄准设备。下一个20 ms来到后继续重复以上的算法步骤。在调试的过程中，主要调试M值，M值过小转台跟不上瞄准设备，M值过大则会出现天线转台过冲的情况，所以必须取一个合适的M值，以满足系统指标。图3是测试软件的主界面图。

　　测试软件主要完成对整个转台的各种指标进行测试和模拟真实观瞄设备的转动。图4、图5为测试软件根据不同M值时的测试结果。图4是M值为2.3时的测试结果图，从图中可以看出，差值的曲线不均匀，而且有些点明显不能满足指标的要求，超出了0.3°指标。

　　图5为调节M值到一个适合值（M=4.1时）的测试结果图，从图中可以看出差值曲线很均匀，而且观瞄的角度和转台实际走的角度差都满足小于等于0.3°。

　　本文结合某项目的实际设计要求，设计了一种机载天线伺服转台的控制系统设计，控制系统基于TMS320F2812 DSP为运算核心，采用退积分饱和的PID算法对速度环和位置环进行校正，在实际实验的过程中，系统具有很好的动态性能和抗干扰性能。文中还着重介绍了一种伺服转台的随动控制策略，这种随动控制策略在某项目的实际应用中取得了很好的控制效果，文中经过反复的测试，给出了测试结果，这不仅提高了系统的动态性同时又增加了系统的鲁棒性。

　　参考文献

　　[1] 吴刚．车辆驾驶机械手的研制与伺服运动控制研究[D]．长春：吉林大学，2004．

　　[2] 孔慧勇．基于运动控制卡的全闭环控制系统研究大电流功率电感[D]．成都：四川大学，2003．

　　[3] 王茂飞，程昱．TMS320C2000 DSP控制技术与应用开发[M]．北京：清华大学出版社，2007．

　　[4] 陈幼平，张代林，艾武，等．基于DSP的直线电机位置伺服控制策略研究[J]．电机与控制学报，2006，10（1）：61-65.

　　[5] 闫向勇，董志学，马蓓绯．基于LPC2368的模糊PID温度控制系统的设计[J]．电子测量技术，2009，34（3）：129-131．

　　[6] 黄玉钏，曲道奎，徐方，等．伺服电机的预测控制与比例-积分-微分控制[J]．计算机应用，2012，32（10）：2944-2947．

　　[7] 陈鹏．基于DSP的运动控制器开发及其运动控制算法研究[D]．长春：吉林大学，2007.

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