激光测高仪仿真系统设计.docx

激光测高仪仿真系统设计ronggang导语：为设计激光测高仪仿真系统，首先分析了设计要求，给出了系统设计方案;然后提出了系统设计的局部硬件选择;并为抑制干扰提出了一些方法摘要：为设计激光测高仪仿真系统，首先分析了设计要求，给出了系统设计方案;然后提出了系统设计的局部硬件选择;并为抑制干扰提出了一些方法。关键词：滑动导轨;运动控制卡;伺服电机align=centerbDesignofsimulationsystemforlaserrangefinderMaYe-weiZhaoShang-hongMengWenMaLi-hua/b/alignAbstract:Forthepurposetodesignthesimulationsystemforlaserrangefinder,thispaperanalyzedthedesignofsimulationsystem,thensomechosenisdoneforpartofthehardware.Thewaytocontroltheinterfereismentionedaswell.Keywords:sliporbit;locomotioncontroller;servomotor无人机是由控制中心根据探测信息综合分析控制其飞行和着陆的。在进场着陆经过中，高度信息是一个不可或者缺的信息，对高度的准确测量对于控制无人机的准确着陆至关重要。无人机激光测高仪仿真装置是无人机导航和着陆自主引导系统研制任务的一局部，为飞机在接近地面时间隔地面30m以下提供高准确的实时高度信息，以实现无人机导航和着陆准确导引和全天候自主准确着陆。在飞机接近地面时，接收主控系统的控制信号，启动测距机开场工作，并将测得的实时间隔信息与主控系统发来的数据进展比拟、计算，然后通过RS422接口将相关间隔信息发送到主控系统，实现激光实时间隔测量和飞机高度测量的模拟仿真。2系统设计要求2.1系统须实现功能滑动导轨是具有机电一体化的综合性、高精度的仿真设备，提供实时变化的间隔环境，以检测无人机激光测高仪模拟装置的测距精度、实时性等技术指标，并可连入无人机着陆与导航半实物仿真实验系统中，实时接收并执行来自飞控仿真机的高度数据，形成仿真闭环，进而进一步进步仿真的置信度。2.2主要技术指标滑动模拟系统是模拟在飞机接近地面时的运动状态，飞机此时间隔地面30m，垂直初速度v5m/s，以加速度a匀减速下降，到地面时垂直速度为零。据此，考虑可行性，取模拟系统滑轨长度6m，假如要求模拟飞机降落时间不变t=12s，可以相应要求最大速度v/51m/s，加速度a/5。align=center图1飞机降落经过/align据此得出仿真系统主要性能指标如下：1.目的板的挪动范围：6m;2.最大运动速度：3m/s;3.定位精度：±5cm;4.控制周期：5ms。5.漫反射目的板固定在直线导轨的滑块上，其俯仰角度可调，调整范围为±5°。2.3系统组成系统由支架、直线滑轨、滑块机构、同步带传动机构、伺服系统、底座、激光测距仪、及控制箱、计算机等组成。直线滑轨长度不小于6米，滑块机构与直线滑轨为滚动配合，其运动平稳。滑块机构与漫反射目的板连接，目的板角度可调整±5°。同步带传动机构与滑块机构连接，使其完成直线运动，其运动由伺服电机控制系统完成。伺服系统由伺服电机、电机驱动器、光电编码器、测速机、单片机处理等组成，完成对滑块的位置与速度控制。3系统的实现3.1总体设计及控制原理根据滑动导轨对控制系统的要求，需要对目的板的速度、位置进展实时的控制、监测、调节。在整个控制系统中，采用速度内环控制和位置外环控制结合起来，实时控制目的板的运动，保证闭环仿真系统的高精度、稳定性及高置信度。在该系统中为了实现整个系统的稳定性、可靠性及控制的精度，我们选择了伺服控制系统作为本控制系统的核心。如下所示：align=center图2控制系统的构造框图/align该控制系统中采用基于PCI总线的伺服电机的控制单元，它与PC机构成主从式控制构造，该控制单元完成运动控制的所有细节，包括脉冲和方向信号的输出、自动升降速的处理、伺服电机编码器反应的信号等。在该控制系统中，运动控制卡向伺服驱动器发出脉冲、方向等控制信号，通过伺服驱动器的放大驱动伺服电机的运动，电机的运行速度、位置又通过电机内部的系统获取通过编码器输出反应给控制卡。在整个控制系统中采用了伺服驱动器和伺服电机，由于沟通伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反应信号进展采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现象步进电机的丢步或者过冲的现象，控制性能较步进电机构成的闭环系统更为可靠。整体上进步了滑动导轨运行的精度与速度，保证了整个闭环仿真系统的稳定性与置信度。电源系统为控制系统中的各控制对象提供电源。这些电源包括向伺服放大器提供的单相200V或者三相200V的商用电源、开关量信号原点、减速、限位和I/O信号等采用的12-24V开关电源、脉冲量信号脉冲、方向等采用5V的直流开关电源等。其中商用电源在接入驱动器之前采用滤波器进展滤波，使电源系统能知足抗干扰、稳定输出的要求。另外系统测试设备的接地可知足设备平安、抗电磁干扰和稳定运行的需要。伺服系统通过电源滤波器获得200-230V的干净沟通电源，有效的隔离电网的尖峰干扰脉动，保护伺服放大器以防其受到电压变动的影响，为伺服系统提供稳定的输入电源。各种开关量及脉冲量所需的直流5V或者12-24V开关电源，是把220V沟通供电直接整流滤波之后，通过高频变压器隔离变换，再整流变为所需要的多种直流电压输出。开关电源具有体积小、效率高、电网电压宽范围变化时输出不易过压或者欠压的优点。3.2硬件的选择3.2.1控制卡的选择该控制系统中控制器局部采用当前比拟流行的成熟的工业控制产品运动控制卡作为该控制系统的中心。运动控制卡是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境中应用而设计的。它采用了典型的计算机构造，主要有CPURAMROM和专门设计的输入输出接口电路等组成。所以它可以用于内部存储程序执行逻辑运算、顺序控制、定时、记数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字式模拟式输入/输出控制各种类型的机械或者消费经过。作为一种现今比拟流行的工业控制装置，运动控制卡有以下一些特点：高可靠性和强抗干扰才能、灵敏性好、编程简单易学、系统安装简单、维修方便等。控制系统中的控制卡选择了成熟的MPC08型的专业运动控制卡，其主要技术指标：1.4轴步进或者数字式伺服控制，脉冲输出频率可达4.0MHz;2.多轴高速线性插补，每轴带有原点、减速和限位等接口;3.梯形加、减速，运动中可变速，可输出脉冲/方向或者双脉冲信号;4.可外接编码器位置反应，可扩展出16路通用输入和16路通用输出接口;5.WINDOWS环境下WDM、DLL库，演示程序。MPC08运动控制卡采用FPGA作为控制核心，主要功能是执行上层计算机的控制指令，并将执行机构局部的反应信息进展相应的处理，同时将处理结果反应给计算机显示当前执行设备的状态实时运行速度、到达位置等。就是通过控制卡发送脉冲信号驱动伺服电机，同时将伺服电机的实时信息反应给控制卡进展相应的处理。MPC08控制卡的运动控制功能主要取决于运动函数库。运动函数库为单轴及多轴的步进或者伺服控制提供了许多运动函数：单轴运动、多轴独立运动、多轴插补运动等等。为了配合运动控制系统的开发，还提供了间隙补偿功能。下面简单介绍一下单轴运动控制的功能。单轴运动有三个根本的类型：点位运动pmove、连续运动vmove和回原点运动hmove，这些运动又可以在常速形式或者梯形速度形式下工作，总共有六种根本类型，列表如下：