基于A(yíng)RM的APT控制系統設計

　　采用ARM公司提出的標準20腳JTAG作為仿真調試接口，JTAG信號的定義及與LPC2124的連接如圖4所示。圖中，JTAG接口上的信號nRST，nTRST與整個(gè)系統的復位電路連接，以達到與控制系統共同復位的目的。

　　2．5 電機控制及驅動(dòng)設計

　　通過(guò)設置LPC2124的PWMMR0，PWMMR6寄存器來(lái)設置輸出PWM的周期及占空比，從而控制轉臺的運行速度。電機驅動(dòng)采用DMD402型二相步進(jìn)電機驅動(dòng)器，該驅動(dòng)器可提供整步、半步、8-16檔細分共三種運行模式。另外，通過(guò)比較捕獲單元接收通過(guò)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的當前運行速度，再對速度進(jìn)行調節。

　　2．6 LCD顯示器及鍵盤(pán)設計

　　利用點(diǎn)陣式液晶顯示器實(shí)現中文提示界面，增強了人機交互性。設計中采用128×64的點(diǎn)陣LCD，使用內藏T6963C作為控制器。另外，使用4×4矩陣鍵盤(pán)作為用戶(hù)輸入。

　　3 軟件設計

　　APT控制系統主要由掃描、捕獲和跟蹤三部分組成，下面是這幾部分程序設計的介紹。

　　3．1 掃描及捕獲部分

　　上電復位運行后，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(hù)輸入轉臺運行速度及掃描步長(cháng)，接著(zhù)程序開(kāi)始執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(gè)小圓代表一個(gè)信標掃描子區，每個(gè)子區以正方形方式重疊。設每個(gè)子區的直徑為信標發(fā)散角α，則掃描步長(cháng)為：

　　以步長(cháng)α0在不確定區域內搜索目標，直到捕獲到信標光斑，然后轉入跟蹤狀態(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(shí)控制系統中常用增量式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、積分項和差分項的系數；TS為采樣時(shí)間，對于不同的控制系統，TS各不相同，要根據實(shí)際調試經(jīng)驗來(lái)確定，該實(shí)驗中TS為0．15 s。由式(1)可知，只要貯存最近的三個(gè)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)現位置和速度的反饋控制，完成穩定跟蹤。

　　3．3 系統流程圖

　　由上分析，可得到系統流程圖如圖6所示。

　　4 測試結果及結論

　　經(jīng)實(shí)驗測試，整個(gè)系統最高功耗約為20 W，轉臺轉動(dòng)速度范圍為0．2～0．8(°)／s，跟蹤精度按照標準差計算，最小約達20．69μrad，最快響應時(shí)間可達200 ms。利用Philips公司生產(chǎn)的ARM芯片LPC2124作為控制核心來(lái)進(jìn)行設計與開(kāi)發(fā)，從測試結果可以看出，系統功耗較低，精度基本上滿(mǎn)足了APT控制系統的要求，具有較大的實(shí)用價(jià)值。