单片机和CPLD的望远镜伺服控制器设计

式中，λ是滤波器参数。如图5所示，点画线内的部分可等效为反馈控制器：

当模型匹配时，存在内模控制系统闭环为一惯性环节。它的时间可以依据需要进行调节，λ值小有利于动态性能，λ值大则有利于增强鲁棒性。对于内模控制器输出不饱和而言，其等效于反馈控制器PI，因而，系统对阶跃输入和阶跃扰动的稳态误差为零，其抗干扰能力与常规PI完全一致。采用增量式PID控制算法，控制变量为：

式中，ek为第k步时刻速度误差，Ts为采样周期，μ(k)为当前控制量输出。

4 实验结果
采用基于高速单片机C8051F120和CPLDEPM570T100设计的伺服控制器硬件平台，实现大型望远镜转台的速度控制，驱动功率级采用H桥双极性功率放大器，反馈采用直径为413 mm的圆光栅，栅道64800，细分1000，分辨率为0．02／s，采样周期1 ms，控制回路计算时间测得为120μs，包含圆光栅数据读取时间。望远镜的一转台的速度传递函数为：

利用板上的通信口发送实际的速度值(波特率115200bps，1ms发送1次)，由上位计算机记录数据，测得的速度响应曲线如图6所示。起始阶段电机以20／s的低速度运行，中间升至1800／s，最后达到3600／s，可见每个阶段的速度都非常平稳。在实际数据处理时，需要对零
位信号时刻的圆光栅数据进行处理，因该光栅有零位信号输出，计算速度时要进行合理的辨别方向和大小分析处理。

结语
本文采用高速单片机和CPLD组成望远镜伺服控制器，实现了圆光栅四倍频细分电路、计数模块以及电机PWM驱动控制信号产生，并用单片机实现了内模控制算法、LCD显示和数据通信等功能。最终通过实验验证了该系统的可行性。