基于DSP的穩(wěn)定平臺設計

姿態(tài)測量系統(tǒng)采用三陀螺、三加速度計組合的方式，通過SPI接口與高速DSP處理器TMS320F28335相連接，用于在兩者之間傳輸數(shù)字信息。其中共有4線相連，分別為：串行時鐘線SCLK、主機輸入／從機輸出數(shù)據(jù)線MISO、主機輸出／從機輸人數(shù)據(jù)線MOSI和低電平有效的從機選擇線SS。SPI為全雙工通信，具有傳輸速率快，簡單高效等優(yōu)點。三陀螺、三加速度計均采用3．3 V電壓供電，由系統(tǒng)電源提供。系統(tǒng)時鐘采用30 MHz的外部晶體給CPU提供時鐘，并通過使能片上PLL電路及控制寄存器的修改得到所需的時鐘頻率。
伺服控制系統(tǒng)采用TMS320F28335作為核心控制器。F28335有12個增強型脈寬調制模塊，通過增強型脈寬調制模塊ePWM的使用，從而將姿態(tài)測量系統(tǒng)測得的具體姿態(tài)角信息轉換為不同占空比的方波。由于同時存在橫滾角及俯仰角姿態(tài)信息，必須建立橫滾伺服控制系統(tǒng)、俯仰伺服控制系統(tǒng)。橫滾及俯仰方向上的方波經PWM功率放大器放大后，分別轉換為橫搖驅動驅動及縱搖驅動。兩路驅動可采用不同頻率的方波，控制伺服電機產生不同的轉速，在一定時間內，將姿態(tài)角信息轉換為滾珠絲杠相應的轉動，從而達到平臺穩(wěn)定的目的。

3 系統(tǒng)軟件設計
由于穩(wěn)定平臺采用并聯(lián)方式驅動，因此結構在橫搖、縱搖兩個系統(tǒng)上采用并發(fā)執(zhí)行的方式。對于簡單多任務系統(tǒng)的穩(wěn)定控制，可采用嵌入式操作系統(tǒng)μC／OS-Ⅱ對系統(tǒng)多任務進行管理和調度，以滿足并發(fā)控制的要求。
3．1 μC／OS-Ⅱ
在嵌入式操作系統(tǒng)領域，μC／OS-Ⅱ以其源代碼開放、研究免費、強實時性等特點被廣泛應用。它是一種基于優(yōu)先級的硬實時可剝奪型多任務內核，在多任務管理上表現(xiàn)卓越，而且在可移植性、裁剪等方面也具有優(yōu)越的性能。已有成千上萬的開發(fā)者把它成功地應用于各種系統(tǒng)，安全性和穩(wěn)定性也已經得到認證，現(xiàn)已經通過美國FAA認證。因此將μC／OS-Ⅱ應用于多任務管理的穩(wěn)定平臺系統(tǒng)是非常合適的。
3．2 多任務管理
穩(wěn)定平臺系統(tǒng)主要執(zhí)行以下任務：DSP硬件初始化、姿態(tài)測量、姿態(tài)數(shù)據(jù)處理、自適應PID解算、ePWM模塊、橫搖驅動和縱搖驅動。在μC／OS-Ⅱ操作系統(tǒng)管理下，任務管理分為：DSP硬件初始化、μC／OS-Ⅱ系統(tǒng)初始化、定時中斷、橫搖調整和縱搖調整。

操作系統(tǒng)第一步執(zhí)行DSP硬件的初始化工作，包括設置系統(tǒng)的中斷向量、初始化數(shù)字I／O、串行通信接口SPI、定時器模塊等。完成后將開始操作系統(tǒng)的初始化，通過調用OSIint()完成操作系統(tǒng)的配置及數(shù)據(jù)的初始化。接著通過調用任務創(chuàng)建函數(shù)OSTaskCreat()函數(shù)，依次創(chuàng)建定時中斷、橫搖調整和縱搖調整3個任務。調用OSStart()最終啟動多任務運行。
各任務優(yōu)先級設定從高到低依次為：橫搖調整、縱搖調整、定時中斷，各任務間通過消息郵箱機制來實現(xiàn)各個任務間的同步。開始運行時，通過DSP定時器每50 ms一個周期的定時中斷，使得定時中斷任務就緒運行，該任務通過消息郵箱機制使得橫搖調整及縱搖調整任務處于就緒態(tài)，并同時掛起等待下一個定時中斷。橫搖調整及縱搖調整主要完成的工作有姿態(tài)測量、姿態(tài)數(shù)據(jù)處理、自適應PID解算、ePWM模塊、橫搖驅動和縱搖驅動。橫搖調整同縱搖調整相似，最后控制的相應驅動分別為橫搖驅動、縱搖驅動。其中縱搖調整任務流程如圖3所示：