卫星激光通信粗瞄控制系统优化设计与实现

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卫星激光通信作为一种新兴的空间通信方式,具有载波频率高、信息容量大、点对点发射接收而不易被窃取和干扰多等种优点,因此具有重要的市场前景和战略意义。捕获、瞄准、跟踪(APT)是卫星激光通信中的关键,而粗瞄(准)系统是实现APT功能的重要子系统。本课题以某型卫星激光通信粗瞄系统的方案为基础,提出了优化的方案,并进行了软硬件设计、实现,主要完成其中的控制、驱动任务。首先,对粗瞄系统的基本组成、功能等进行了概述,阐述了所要求的控制指标。粗瞄系统作为伺服控制系统,具有一般控制系统的各组成部分;其主要完成控制、驱动、与其他单元数据通信的任务;为了驱动光学天线实现快速而准确的定位和跟踪,对粗瞄系统的带宽、精度等有很高的要求。为了设计系统的控制器、驱动电路和驱动程序,对系统的执行器——无刷直流电机的控制原理进行了研究和分析,根据系统所采用的无刷直流电机的特点,确定了合适的控制方法,包括定子绕组的导通控制方式、PWM类型等,并且建立了数学模型,以便于控制器设计和仿真研究。针对原方案中PID控制器参数不易整定、自适应性不好的问题,将模糊自适应PID控制器应用于粗瞄系统。在Simulink中搭建了无刷直流电机、终端负载和控制器的模型,对两种控制器进行仿真和对比。设计了一体化的总体结构布局,相对于原方案模块化的结构,具有结构紧凑、通信系统简单、可靠性和效率高等多种优点。采用高性能的TMS320F2812作为主控芯片,进行数据处理、控制运算;按照电机的控制方法和具体参数,设计了驱动电路;按照通信接口的要求,设计了通信电路。为了提高系统软件的可靠性,采用基于中断触发的程序结构形式,设计了采样、控制、驱动及通信等各软件模块。最后,利用LabVIEW设计了用于实验测试的上位机程序,通过串口与系统进行通信,可以向系统发送控制指令,进行定位测试和跟踪测试,以验证所设计系统的性能指标能否满足预期要求。
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