基于DSP的机载光电稳瞄稳定环路数字控制实现
1、引言
机载光电稳瞄产品大量装备于各种类型飞机上，其核心是陀螺稳定平台，主要作用在于隔离载体的角扰动，使安装在载体上的光学传感器的视轴在惯性空间内保持稳定，使光学传感器得到清晰的图像。稳定控制最直观的方法是将光学传感器系统安装在减震装置上，减振器可以隔离载体的高频低振幅振动，但是减振后的低频振动仍然会对视轴产生扰动。因此，这种被动隔离的方法常与主动隔离的方法混合使用。主动隔离的方法有：整体稳定、齿轮传动稳定、光学稳定、电子学稳定和动量轮稳定[1]。
机载光电稳瞄稳定控制算法除了经典控制还有各种先进的控制算法，如：最优控制、变结构控制、神经网络及模糊控制等。从目前的文献资料来看，这些先进的算法大都限于仿真研究，扁平线圈电感实际用于产品的报道很少。目前，机载光电稳瞄产品以经典控制模拟电路实现为主。
模拟控制的实现依赖于集成电路和分离元件，设备间的信号传递均采用模拟量，导致控制器元件众多、结构复杂、体积庞大，同时在模拟电路的硬件基础上，要想实现各种复杂的现代控制方法几乎是不可能的。数字控制系统以程序代替硬件，有利于减小电路的体积，降低成本，在信号处理、算法实现上具有模拟控制无可替代的优势。数字控制是整个伺服控制领域的发展趋势。随着科学技术的发展，对机载光电稳瞄的稳定精度、动态品质的要求越来越高。因此，必须采用先进的数字控制技术，运用现代控制算法，设计出高性能的陀螺稳定平台控制系统，以满足实际系统的要求。
2、机载光电稳瞄系统工作原理
系统的控制环路如图1所示，系统包含三个环路，内部为电流环，电流环控制流过电枢的电流尽可能严格跟随电流指令，改善电流跟随电压的动态特性，包括超调和调节时间等，抑制电子噪声和反电势等的影响。中间为速度环，即稳定环。稳定环是光电稳瞄系统的关键，光电探测器的机（船、车）载应用直接受伺服系统稳定环性能的影响[2]。稳定环采用速率陀螺作为惯性敏感元件，检测光电稳定平台方位和俯仰轴角速度，与速度命令信号形成误差电压，该误差电压通工字电感器过稳定控制器在直流电电感器厂家机轴上产生稳定力矩，从而实现光电稳定平台抑制扰动、保持在惯性空间相对稳定。外部为位置环，通过比较输入信号与反馈信号产生控制偏差，借助位置控制器校正补偿输出到稳定环对光电稳瞄实施控制。在目前的稳瞄产品中，三个环路的控制器除了位置环控制器为数字控制器，稳定环控制器和电流环控制器均为模拟控制器。本文研究的目的是将稳定环用数字控制方式实现。
图1 光电稳扁平型电感定平台控制系统环路
3、控制系统建模与设计
建立数学模型
从前面的分析可知，稳定环路控制的对象为包括稳瞄转塔的电流闭环，对电流闭环分析如下：
PWM驱动模型如图2所示。本系统中采用的是双极性四桥式PWM驱动，其传递函数可以写为：
（1）
当PWM开关频率较高，并且系统的截止频率
图2 PWM驱动模型
插件电感 时，上式可以简化为：
（2）
其中kPMW= 电源电压/三角波电压；T为PWM开关周期。
一般来说Ｔ非常小，可以忽略延迟环节。
电机模型
电机选用的是永磁直流力矩电机，系统采用的是电压调速。由此可以得到电机的模型：
（3）
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