高精度天线副面调整机构专用控制器设计

摘要

近年来，随着计算机技术和电子技术的快速发展，为了适应现代通信设备的需求，天线也就需要向不同的方向发展，其中反射面天线的出现就是天线工作频率不断提高的结果。天线在工作时，需要精确的跟踪捕获目标，就需要支撑平台有很高的运转精度和刚度以及快速的动态响应特性。随着运动控制技术的不断进步和完善，运动控制器作为一个独立的自动化控制产品因其响应速度快、控制精度高、运动平稳等特性以及价格和市场基础等优势已被越来越多的产业领域接受，在航空航天、机器人、纺织、机床、军事等诸多领域都有着广泛的应用。
　　本文所研究的对象是高精度天线副面调整机构，主要应用于大口径高频段的反射面天线上，尤其对于天线系统在运转过程中，需要副面同时按照一定要求轨迹进行运动的高精度天线系统中。该机构安装了六轴调整平台来实现副面在空间的运动，以此来保证天线的电性能，以及副面在天线运转过程中，能够在空间形成一条曲线，按照一定的轨迹进行运动。为此，通过对多轴运动控制器的常用方案进行分析比较后，本文最终提出了一种基于“ARM+FPGA”的专用运动控制器设计方案，并完成了具体的硬件和软件的开发设计。
　　本文所设计的六自由度平台控制系统采用“上位机＋专用运动控制器”的形式。上位机软件根据运动要求规划运动轨迹，发出控制指令，通过RS-232串行通信传输给运动控制器，运动控制器进行指令解析后，将运动指令通过CAN总线发送给伺服驱动器。专用运动控制器由ARM Cortex-M3（LPC1769）和FPGA（EP2C5T144C8）及其外围电路组成，其中LPC1769作为主CPU，充分利用其高性能和超低功耗以及自身具有的CAN通道的特性。根据整个调整机构的功能和性能需求，对运动控制器的硬件电路进行了详细的设计，包括电源模块、ARM处理器模块、FPGA模块、通信模块、CAN模块、SSI接口模块、限位保护模块等。软件方面主要通过对ARM控制器程序的编写来实现通信、解析以及电机控制等功能，并利用Verilog HDL硬件描述语言在FPGA中实现了SSI接口磁致伸缩位移传感器信号检测、限位保护逻辑功能。
　　经过以上工作，运动控制平台搭建完成之后，对专用控制器进行了功能测试和性能测试，并测试运动控制平台的调整精度，经过测试表明：该高精度天线副面调整专用运动控制器运行平稳，可靠性高，精度能达到预定的要求。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 运动控制器

1.3 论文主要工作与章节安排

第二章 运动控制系统总体设计

2.1系统总体方案及组成介绍

2.2 专用控制器总体结构设计

2.3 主要芯片选型

2.4 本章小结

第三章 专用控制器的硬件设计

3.1电源模块电路设计

3.2 ARM模块电路设计

3.3 FPGA模块电路设计

3.4 通信电路设计

3.5 CAN总线电路设计

3.6 SSI接口电路设计

3.7 限位开关电路设计

3.8 PCB设计

3.9 本章小结

第四章 专用控制器的软件设计

4.1 软件开发工具

4.2 通信设计

4.3 CAN总线

4.4 指令解析

4.5 位姿逆解

4.6 FPGA逻辑开发

4.7 本章小结

第五章 专用控制器的测试验证

5.1 软硬件功能测试

5.2 控制器精度测试

5.3 运动平台系统测试

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 论文总结

6.2 前景展望

参考文献

致谢

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