基于DSP的穩定平臺設計

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

3 系統軟件設計
由于穩定平臺采用并聯(lián)方式驅動(dòng)，因此結構在橫搖、縱搖兩個(gè)系統上采用并發(fā)執行的方式。對于簡(jiǎn)單多任務(wù)系統的穩定控制，可采用嵌入式操作系統μC／OS-Ⅱ對系統多任務(wù)進(jìn)行管理和調度，以滿(mǎn)足并發(fā)控制的要求。
3．1 μC／OS-Ⅱ
在嵌入式操作系統領(lǐng)域，μC／OS-Ⅱ以其源代碼開(kāi)放、研究免費、強實(shí)時(shí)性等特點(diǎn)被廣泛應用。它是一種基于優(yōu)先級的硬實(shí)時(shí)可剝奪型多任務(wù)內核，在多任務(wù)管理上表現卓越，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(wàn)的開(kāi)發(fā)者把它成功地應用于各種系統，安全性和穩定性也已經(jīng)得到認證，現已經(jīng)通過(guò)美國FAA認證。因此將μC／OS-Ⅱ應用于多任務(wù)管理的穩定平臺系統是非常合適的。
3．2 多任務(wù)管理
穩定平臺系統主要執行以下任務(wù)：DSP硬件初始化、姿態(tài)測量、姿態(tài)數據處理、自適應PID解算、ePWM模塊、橫搖驅動(dòng)和縱搖驅動(dòng)。在μC／OS-Ⅱ操作系統管理下，任務(wù)管理分為：DSP硬件初始化、μC／OS-Ⅱ系統初始化、定時(shí)中斷、橫搖調整和縱搖調整。

操作系統第一步執行DSP硬件的初始化工作，包括設置系統的中斷向量、初始化數字I／O、串行通信接口SPI、定時(shí)器模塊等。完成后將開(kāi)始操作系統的初始化，通過(guò)調用OSIint()完成操作系統的配置及數據的初始化。接著(zhù)通過(guò)調用任務(wù)創(chuàng )建函數OSTaskCreat()函數，依次創(chuàng )建定時(shí)中斷、橫搖調整和縱搖調整3個(gè)任務(wù)。調用OSStart()最終啟動(dòng)多任務(wù)運行。
各任務(wù)優(yōu)先級設定從高到低依次為：橫搖調整、縱搖調整、定時(shí)中斷，各任務(wù)間通過(guò)消息郵箱機制來(lái)實(shí)現各個(gè)任務(wù)間的同步。開(kāi)始運行時(shí)，通過(guò)DSP定時(shí)器每50 ms一個(gè)周期的定時(shí)中斷，使得定時(shí)中斷任務(wù)就緒運行，該任務(wù)通過(guò)消息郵箱機制使得橫搖調整及縱搖調整任務(wù)處于就緒態(tài)，并同時(shí)掛起等待下一個(gè)定時(shí)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)數據處理、自適應PID解算、ePWM模塊、橫搖驅動(dòng)和縱搖驅動(dòng)。橫搖調整同縱搖調整相似，最后控制的相應驅動(dòng)分別為橫搖驅動(dòng)、縱搖驅動(dòng)。其中縱搖調整任務(wù)流程如圖3所示：