基于步进驱动的指挥镜两维转台随动控制系统及控制方法与流程

技术特征：

1.基于步进驱动的指挥镜两维转台随动控制系统，其特征在于：包括上位机接口、运动控制器、方位步进电机驱动器、方位步进电机、方位减速机、高低步进电机驱动器、高低步进电机、高低减速机、随动转台、指挥镜，运动控制器接收上位机随动位置给定，分别产生方位、高低控制指令信号通过与方位步进电机驱动器、高低步进电机驱动器之间的连接电缆传输给方位步进电机驱动器、高低步进电机驱动器，完成方位步进电机、高低步进电机的位置控制；方位步进电机输出轴、高低步进电机输出轴分别与方位减速机输入转轴、高低减速机输入转轴相连，带动方位减速机、高低减速机转动，方位减速机输出轴、高低减速机输出轴分别与随动转台的方位、高低转轴相连，控制随动转台两维转动，指挥镜安装在随动转台上，跟随随动转台转动，所述方位步进电机驱动器、高低步进电机驱动器的控制信号形式为转动方向信号、频率信号。

2.根据权利要求1所述基于步进驱动的指挥镜两维转台随动控制系统的运动控制器，其特征在于：所述运动控制器包括微处理器、和可编程逻辑器件；所述微处理器使用的资源包括现场总线、定时器一、定时器二、定时器三、普通输出口一、普通输出口二、数据总线、地址总线；所述可编程逻辑器件实现功能包括可逆计数器一、可逆计数器二、方位最大值、高低最大值，所述定时器一用于产生控制方位步进电机驱动器的方位脉冲输出信号，同时通过印制线连接到可编程逻辑器件的可逆计数器一的计数输入端，普通输出口一用于产生方位方向输出信号，同时通过印制线连接到可编程逻辑器件的可逆计数器一的计数方向输入端，所述定时器二用于产生控制高低步进电机驱动器的高低脉冲输出信号，同时通过印制线连接到可编程逻辑器件的可逆计数器二的计数输入端，普通输出口二用于产生高低方向输出信号，同时通过印制线连接到可编程逻辑器件的可逆计数器二的计数方向输入端；微处理器通过数据总线和地址总线读取可逆计数器一、可逆计数器二的计数值，微处理器通过现场总线和上位机通讯，接收上位机方位、高低的随动位置值，方位脉冲输出信号、方位方向输出信号通过微处理器的连接器与方位步进电机驱动相连，控制方位步进电机转动，高低脉冲输出信号、高低方向输出信号通过微处理器的连接器与高低步进电机驱动相连，控制高低步进电机转动，所述方位最大值用于限定可逆计数器一的计数最大值，所述高低最大值用于限定可逆计数器二的计数最大值。

3.根据权利要求2所述基于步进驱动的指挥镜两维转台随动控制系统的运动控制器，其特征在于：所述的可编程逻辑器件中的可逆计数器一计数方法是当方位脉冲输出信号上升沿时,如果方位方向输出信号为高电平，首先判断可逆计数器一的计数值是否达到方位最大值，如达到方位最大值，可逆计数器一的计数值置零，如没有达到方位最大值，则增计数，如果方位方向输出信号为低电平，首先判断可逆计数器一的计数值是否为零，如为零，可逆计数器一的计数值置为方位最大值，如不为零，则减计数；方位最大值等于方位减速机速比乘以步进电机驱动系统细分数减去1。

4.根据权利要求2所述基于步进驱动的指挥镜两维转台随动控制系统的运动控制器，其特征在于：所述微处理器中定时器三用于产生定时中断，定时中断周期选择为毫秒，完成方位随动位置控制、高低随动位置控制的控制运算。

5.根据权利要求4所述基于步进驱动的指挥镜两维转台随动控制系统的运动控制器其特征在于：所述方位随动位置控制包括位置给定、位置校正、频率控制函数、方向输出信号、频率输出、位置反馈，所述位置给定通过现场总线接收上位机方位随动位置给定值，位置给定值需要根据实际情况转换成脉冲数量，所述位置校正采用比例积分调节器或比例调节器等位置校正控制算法，实现随动转台的方位位置控制，位置校正输出即期望方位步进电机转动速度值，期望方位步进电机转动速度值与方位脉冲频率成线性关系，期望方位步进电机转动速度值传输给频率控制函数，频率控制函数输出给定时器一，由定时器一产生方位脉冲输出信号，同时频率控制函数输出控制方位方向输出信号，所述位置反馈是通过数据总线和地址总线读取可逆计数器一的计数值。

6.根据权利要求5所述基于步进驱动的指挥镜两维转台随动控制系统的运动控制器，其特征在于：所述频率控制函数计算方法及步骤如下：

设期望方位步进电机转动速度值对应的脉冲频率为（位置校正输出值），上次采样周期实际输出脉冲频率为（的初始值为0）；计算期望输出频率增量如式（1），（物理意义对应方位步进电机的角加速度）；

（1）

依据式（2）对式（1）的计算结果进行约束计算：

式（2）中：

----上次采样周期实际脉冲频率增量；

----指挥镜随动转台系统的运行角加速度最大变化量（对应的脉冲频率变化量的变化量），此值在实际系统中以不损害指挥镜为原则测试确定，为常数；

式（2）中为角加速度的变化量，式（2）限制角加速度的变化量，即限制步进电机角加速度突变对指挥镜的冲击；

为防止步进电机失步，对依据式（3）对进一步约束计算，

(3)

式（3）中，为方位随动转台允许的最大角加速度对应的脉冲频率变化量，根据实际系统确定，为常数；

实际输出脉冲频率依据式（4）计算；

式（4）中，为方位脉冲输出信号的最大频率，对应方位步进电机的最高转速，依据实际系统确定，是常数；

如果，将普通输出口一置为高电平，否则将普通输出口一置为低电平；

更新变量：；更新变量：；

取绝对值传输给定时器一，由定时器一产生对应频率的方位脉冲输出信号；

本次采样周期计算结束，下一采样周期从步骤（1）开始执行。