基于運動控制器的雷達轉臺控制系統設計

陳立坡，王雷

(92785 部隊，河北 秦皇島 066200)

0 引言

傳統雷達多以手動傳動為主，其控制精度、控制速度、穩定性和可靠性已經很難滿足現代控制的要求。隨著新控制技術的進一步發展，采用數字控制技術的伺服系統已經是大勢所趨［1］。

本文設計的控制系統采用雷賽公司的SMC6490作為控制器。它基于10/100 M 以太網的通用型獨立式運動控制器，可支持多個控制器和PC組成的網絡控制。該控制器有單路手輪信號輸入，并提供非隔離電源。本文主要介紹了基于控制器SMC6490 控制系統的實現方法，為了保證每次運動具有相同的起點，添加了開機回零功能;為了保證每次運動不超出其工作空間，添加了左右兩個限位開關，轉臺碰到限位開關時，運動立即停止，更好地保護了轉臺。

1 系統工作原理

本系統的基本組成如圖1所示。上位機(控制計算機）發送運動控制指令，運動控制器把該指令“翻譯成”交流伺服電機脈沖加方向的控制指令，準確地控制電機的運動。通過交流伺服電機的編碼器反饋與上位機控制指令進行比較，作為整個系統的閉環反饋控制。手搖脈沖發生器通過給運動控制器發出脈沖指令，控制電機運動。在控制轉臺上安裝了兩個限位開關，當轉臺觸發限位開關時，控制器停止電機運動，以免發生事故。

2 系統的基本組成

圖1 伺服控制系統基本原理

本控制系統的核心部分是控制器SMC6490，采用松下交流伺服電機作為其驅動部分，下面對其主要元件進行簡單介紹。

2.1 SMC6490 控制器

SMC6490 基于嵌入式處理器和FPGA的硬件結構，插補算法、脈沖方向信號的輸出、自動升降速處理、原點及限位等信號的檢測處理，均由硬件實現，確保了高性能運動控制的高速、高精度及系統的穩定。通過簡單的編程設定即可開發出穩定可靠的高性能連續軌跡運動及控制系統。

SMC6490 系統結構框圖如圖2所示。除了4個電機控制端口外，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輸出，并通過擴展接口擴展更多的IO 接口;一個10/100 M 網絡接口、兩個RS232，可通過網絡或RS232 直接與PC 機通信;同時還可以通過RS232 連接其他設備，如文本屏、觸摸屏，作為輸入輸出界面。

圖2 SMC6490 系統結構框圖

2.2 松下交流伺服電機、驅動器

本控制系統采用松下交流伺服電機作為其驅動成分。一般情況下，交流伺服電機有3 種控制方式:位置、速度和轉矩控制方式。位置:位置控制方式一般是通過外部輸入的脈沖的頻率來確定轉動速度的大小，通過脈沖的個數來確定轉動的角度;速度:通過模擬量的輸入或脈沖的頻率都可以進行轉動速度的控制;轉矩:轉矩控制方式是通過外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來設定電機軸對外的輸出轉矩的大小。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、驅動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

在轉臺的伺服驅動上，可以選擇手輪控制和自動控制兩種方式。當按下手輪使能開關時，此時手輪輸入為主，控制電機運動，自動控制功能關閉。自動控制又分為輸入目標控制和GPS 引導控制兩種，通過控制界面的選擇可達到不同控制方式的目的。手輪定義見表1。

表1 手輪定義表

3 系統的軟件設計

本控制系統是使用VC 軟件開發的，主要完成以下幾部分功能:

(1）上位機與控制器建立通信 上位機與控制器是通過網口通信的，每次上電完畢后都要檢查通信是否成功;

(2）參數的設置 由于轉臺工作環境可能大聲變化，因此其參數也要發生變化，比如經緯度、最大轉速、最小轉速等;

(3）自動控制和手輪控制的選擇 自動控制是指當輸入目標的方位后，轉臺能夠自動跟蹤目標，并且增加了手輪控制功能;

(4）回零功能為了保證每次轉臺運動具有共同的起點，添加回零功能;

(5）限位功能為了保證每次運動不超出其工作空間，添加了左右兩個限位開關;

(6）屏幕顯示 用VC 制作了一個軟件控制界面，用來顯示轉臺的運動控制狀態，比如實際轉速、轉角等等。

軟件控制流程圖如圖4所示，軟件控制界面見圖5。

圖4 軟件系統流程圖

圖5 軟件控制界面

系統上電成功后，首先與控制器建立通信(上位機與控制器通過網口連接），通信成功以后左邊的狀態監測中指示燈通信中會變成綠色。然后進行轉臺的回零運動，找到系統的原點。轉臺有兩種控制方式，手動控制和自動控制。當選擇手動控制，通過點擊正向、負向按鈕實現轉臺的轉動方向;當選擇自動控制時，自動接收目標位置的GPS信息，實現轉臺實時跟蹤、實時控制。界面的右下方為速度系數調整欄，實現對轉臺轉速快慢的調解。

4 GPS 引導控制

本控制系統可以自動跟蹤目標，通過網絡實時傳輸目標的GPS信息，做到實時跟蹤。建設轉臺架設位置的經緯值為(B1L1H1），目標位置的經緯值為(B2L2H2）。要得到以轉臺為坐標原點目標位置的直角坐標，具體轉化流程圖如圖6所示。

圖6 GPS 引導數據坐標轉化流程圖

5 結束語

本文介紹了轉臺控制系統設計的過程及其具體實現的方法。該系統以雷賽運動控制器為核心，具體論述了其工作原理和實現方法。對于控制界面的設計，從任務角度設計了兩種控制方式:手動控制和自動控制，不同的工作狀態可以采取不同的工作方式。

［1］曹正才.基于DSP的艦載雷達轉臺控制系統的設計［J］.雷達與對抗，2005(2）.

［2］高鐘毓.機電控制工程［M］.北京:清華大學出版社，2001.

［3］Panasonic 使用說明書.

［4］張勇.C/C++語言硬件程序設計［M］.西安:西安電子科技大學出版社，2003.