毫米波雷达导引头伺服控制系统设计与实现

摘要

精确制导武器在现代化战争中发挥着关键的作用，毫米波雷达导引头作为精确制导的核心技术和重要组成部分，以其具有全天候、全天时和“打了不管”的能力受到了人们越来越多的重视。本文正是以毫米波雷达导引头为应用背景，结合双框架式陀螺稳定平台完成了一套导引头伺服控制系统的设计和开发。 本文首先系统的介绍了当前国内外毫米波雷达导引头、稳定平台及平台伺服控制系统的研究现状，在简要介绍了毫米波雷达导引头的组成和工作原理的基础上，采用了成熟的PID控制算法完成导引头的伺服控制系统方案的设计，对控制回路各部分建立线性化数学模型。阐述了导引头伺服控制系统的搜索回路、电锁回路、跟踪回路的功能，对控制系统进行仿真，仿真结果表明，控制系统设计取得了较好的效果。重点对毫米波雷达导引头控制系统的核心处理部件控制器进行设计和研究，利用DSP和FPGA构建稳定平台伺服控制系统的硬件电路，利用DSP负责伺服控制，FPGA负责输入、输出时序控制，同时扩展了AD、422通讯接口等外设。电机驱动电路采用PWM发生器方案，调节电机转速。同时给出了DSP和FPGA的软件设计流程，对软件测试流程进行了说明。最后，本文对伺服控制系统进行了装调和测试，测试结果结论表明该导引头伺服控制系统运行良好，性能指标达到设计要求。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题简介

1．2 课题研究意义

1．3 研究现状

1．3．1 毫米波雷达导引头发展现状

1．3．2 稳定位标器的研究现状

1．3．3 伺服控制系统在导引头研究现状

1．4 课题研究主要内容

第二章 伺服控制系统总体方案设计

2．1 毫米波雷达导引头概述

2．1．1 毫米波雷达导引头组成及工作模式

2．1．2 稳定平台控制系统的组成及功能

2．1．3 稳定平台伺服控制器

2．2 导引头控制器设计理论基础

2．2．1 控制系统设计方法

2．2．2 PID控制技术

2．3 导引头控制系统的数学模型

2．3．1 天线-接收机组件以及信号处理器的传递函数

2．3．2 校正网络的传递函数

2．3．3 直流力矩电机和负载的传递函数

2．3．4 速率陀螺的传递函数

2．3．5 测角器的传递函数

2．3．6 干扰力矩的传递函数

2．4 导引头控制系统的仿真计算

2．4．1 预偏／锁定回路分析及仿真结果

2．4．2 稳定回路分析及仿真结果

2．4．3 跟踪回路分析及仿真结果

2．5 本章小结

第三章 伺服控制系统硬件电路设计

3．1 导引头控制器芯片选型

3．1．1 DSP芯片的选型

3．1．2 关键器件的选型

3．2 DSP模块设计

3．2．1 DSP的最小系统模块

3．2．2 电源电路设计

3．2．3 DSP复位设计

3．2．4 时钟电路

3．2．5 JTAG仿真接口

3．3 FPGA电路设计

3．3．1 FPGA电源电路设计

3．3．2 FPGA复位电路设计

3．3．3 FPGA时钟电路设计

3．3．4 FPGA配置电路设计

3．3．5 JTAG仿真接口设计

3．4 通信模块设计

3．4．1 DSP与信处之间的通信电路设计

3．4．2 FPGA与DSP通信及AD采样电路设计

3．5 功率驱动电路设计

3．6 硬件电路实现与调试

3．6．1 印制电路板的设计

3．6．2 硬件电路的调试

3．7 本章小结

第四章 伺服控制系统的软件设计

4．1 DSP软件设计

4．2 FPGA软件设计

4．3 软件测试

4．3．1 通信测试

4．3．2 AD采样测试

4．3．3 系统时序测试

4．4 本章小结

第五章 伺服控制系统测试

5．1 测试条件

5．2 控制回路指标测试及结果

5．2．1 电锁回路预偏／锁定精度测试

5．2．2 稳定回路隔离度测试

5．2．3 跟踪回路跟踪精度测试

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

附录