一种船载光电稳定跟踪伺服系统的设计与实现

摘要：介绍了一种船载光电稳定跟踪伺服系统，着重介绍了功率驱动器与基于TMS320F28335 DSP的数字伺服控制器的设计与实现，简单介绍了系统软件设计和电磁兼容设计。工程实践结果表明：该系统具有较快的动态响应和较强的抗干扰性，能有效地隔离船体摇摆扰动，对类似的工程设计具有一定的参考意义。
关键词：稳定跟踪；TMS320F28335；数字伺服控制器；电磁兼容

船载光电稳定跟踪伺服系统的主要任务是隔离浪涌引起的船体摇摆，同时完成对目标的精确跟踪。本系统通过光纤速率陀螺反馈构成速率稳定环路，敏感船体角速率变化，反方向补偿该速率的变化，保证光电负载瞄准线稳定；同时接收上位机或者光电传感器发送的位置偏差指令，控制负载框架使光电设备准确跟踪目标，实现稳定跟踪功能。

1 系统组成
系统由伺服控制机箱和光电转台两大部分组成，其中伺服控制机箱由箱体、电源及保护电路、DSP伺服控制器、电流调节器、功率驱动器组成；光电转台为两轴系，无刷直流力矩电机、测角编码器分别套轴安装在光电转台上，方位轴系、高低轴系分别独立安装一套光纤速率陀螺，感应本轴系的角速率。系统组成框图如图1所示。

2 系统的设计与实现
2．1 系统控制结构
为了实现系统的高精度和高可靠性，系统控制结构采用多环路串级控制方案，其系统单轴(方位轴、高低轴)控制结构图如图2所示，位置调节器和稳定调节器由DSP伺服控制器实现数字调节，采用该设计方案既能充分发挥DSP伺服控制器的高速数据处理能力，又能简化电路，增加系统设计灵活性。
2．2 功率驱动器设计与实现
作为无刷直流力矩电机的直接驱动部件，功率驱动器的性能对整个伺服系统的性能具有决定性作用。功率驱动器是将电流调节器的控制误差信号进行功率放大，以驱动电机带动负载转动。本系统功率驱动器主要由基于MC33035的无刷电机控制模块、基于高速光耦HCPLA504的光电隔离电路、基于三菱PM25RAL120的功率放大模块和电流采样电路、逻辑组合电路组成，具有抗干扰性强、可靠性高、稳定性好等优点。功率驱动器工作流程图如图3所示，虚框内为功率驱动器。

控制模块接收外部控制信号(包括无刷电机转子位置传感器信号、控制模块使能信号、刹车控制信号、电机旋转方向信号和误差控制信号等)，产生驱动模块需要的6路原始驱动控制信号。6路原始驱动控制信号经过光耦隔离由功率放大模块进行功率放大，驱动无刷直流力矩电机。