基于ARM的空問光通信APT控制系統(tǒng)設(shè)計

2．5 電機(jī)控制及驅(qū)動設(shè)計
通過設(shè)置LPC2124的PWMMR0，PWMMR6寄存器來設(shè)置輸出PWM的周期及占空比，從而控制轉(zhuǎn)臺的運(yùn)行速度。電機(jī)驅(qū)動采用DMD402型二相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，該驅(qū)動器可提供整步、半步、8-16檔細(xì)分共三種運(yùn)行模式。另外，通過比較捕獲單元接收通過光電編碼器反饋產(chǎn)生的正交編碼信號，經(jīng)程序處理后得到電機(jī)的當(dāng)前運(yùn)行速度，再對速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。
2．6 LCD顯示器及鍵盤設(shè)計
利用點(diǎn)陣式液晶顯示器實(shí)現(xiàn)中文提示界面，增強(qiáng)了人機(jī)交互性。設(shè)計中采用128×64的點(diǎn)陣LCD，使用內(nèi)藏T6963C作為控制器。另外，使用4×4矩陣鍵盤作為用戶輸入。

3 軟件設(shè)計
APT控制系統(tǒng)主要由掃描、捕獲和跟蹤三部分組成，下面是這幾部分程序設(shè)計的介紹。
3．1 掃描及捕獲部分
上電復(fù)位運(yùn)行后，程序先完成各部分的初始化工作，顯示歡迎界面，并提示用戶輸入轉(zhuǎn)臺運(yùn)行速度及掃描步長，接著程序開始執(zhí)行光柵螺旋掃描算法。光柵螺旋掃描算法示意圖如圖5所示，圖中每個小圓代表一個信標(biāo)掃描子區(qū)，每個子區(qū)以正方形方式重疊。設(shè)每個子區(qū)的直徑為信標(biāo)發(fā)散角α，則掃描步長為：

以步長α0在不確定區(qū)域內(nèi)搜索目標(biāo)，直到捕獲到信標(biāo)光斑，然后轉(zhuǎn)入跟蹤狀態(tài)。
3．2 基于增量式PID控制的跟蹤算法
PID控制算法包括位置式PID控制算法和增量式PID控制算法。在實(shí)時控制系統(tǒng)中常用增量式PID控制算法，其公式為：

式中：△u(k)為輸出的控制量；q0=KP；q1=KP(TS／TI)；q2=KP(TD／TS)分別為比較項(xiàng)、積分項(xiàng)和差分項(xiàng)的系數(shù)；TS為采樣時間，對于不同的控制系統(tǒng)，TS各不相同，要根據(jù)實(shí)際調(diào)試經(jīng)驗(yàn)來確定，該實(shí)驗(yàn)中TS為0．15 s。由式(1)可知，只要貯存最近的三個誤差采樣值e(k)，e(k-1)，e(k-2)就可以計算出△u(k)，從而實(shí)現(xiàn)位置和速度的反饋控制，完成穩(wěn)定跟蹤。
3．3 系統(tǒng)流程圖
由上分析，可得到系統(tǒng)流程圖如圖6所示。

4 測試結(jié)果及結(jié)論
經(jīng)實(shí)驗(yàn)測試，整個系統(tǒng)最高功耗約為20 W，轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動速度范圍為0．2～0．8(°)／s，跟蹤精度按照標(biāo)準(zhǔn)差計算，最小約達(dá)20．69μrad，最快響應(yīng)時間可達(dá)200 ms。利用Philips公司生產(chǎn)的ARM芯片LPC2124作為控制核心來進(jìn)行設(shè)計與開發(fā)，從測試結(jié)果可以看出，系統(tǒng)功耗較低，精度基本上滿足了APT控制系統(tǒng)的要求，具有較大的實(shí)用價值。