多軸運動控制器在轉臺控制系統中的應用
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1 轉臺的基本結構與組成
由于各種民用、軍用飛行器技術的快速發展，當今世界各國都十分重視半實物仿真技術的研究和應用，而三軸轉臺是半實物仿真的重要設備之一[2]。通常，三軸轉臺提供模擬飛行器飛行姿態角和為被試件提供測試條件的功能，以便驗證全數字仿真的實驗結果并進一步優化或改良飛行器設計方案。轉臺負載放在內框之上，由平板固定，內框、中框和外框均可繞其軸向做360°旋轉運動，可以模擬飛行器的3個自由度的橫滾、俯仰和航向運動。三軸轉臺由控制部分和機械部分組成，轉臺的控制部分由一個控制柜和一臺IPC組成，轉臺機械結構由框架結構、動力源、支承結構、驅動方式、軸系結構、配重方式等組成。本課題中的轉臺采用UOO結構，外框架采用音叉形式(U型)，其結構簡單，轉動慣量小，并可相應縮小轉臺總體尺寸；中框架和內框架采用封閉框形式(O型)，易于實現整圈旋轉。轉臺的3個軸系均采用精密機械軸承支撐，直流無刷電機驅動，運用海德漢增量式編碼器進行速度、位置反饋，并在每軸運用滑環進行導線轉接，可使框體做無限旋轉運動。
2 PMAC控制器簡介
PMAC(Programmable Multi-Axis Controller)是美國Delta -Tau公司生產的系列運動控制器。使用Motorola的DSP56000系列芯片作為CPU，最多可實現8軸的伺服控制。具有良好的硬件開放性和軟件開放性[3]。
2．1 PMAC的硬件開放性
PMAC支持多種工作平臺，允許在PC、STD、VME、PCI等不同總線上運行,方便了用戶選擇主機類型；有模擬和數字兩種伺服接口，能與步進電機、直流伺服電機、交流伺服電機等多種電機連接，并可對不同的電機提供相應的控制信號；可接受各種檢測元件的反饋信息，包括測速發電機、光電編碼器、光柵、旋轉變壓器等；提供串行方式、并行方式和雙端口RAM方式與PC機進行雙向通信；絕大部分地址向用戶開放，包括電機信息、坐標信息及各種保護信息，這些硬件的開放性使用戶可以很方便地根據自己的需要進行硬件設備的搭建。
2．2 PMAC的軟件開放性
PMAC支持各種高級語言，用戶可以使用VB、VC、Delphi等在Windows軟件平臺上制定用戶專用界面；PMAC提供了包含速度和加速度前饋的PID控制和階式濾波器，電機和負載的雙編碼器，能納入用戶開發的伺服算法。PMAC具有很強的計算能力，許多數學、邏輯和超越函數的計算都能通過用戶程序中的變量和常數進行；內含可編程邏輯控制器。PMAC的I/O點可以擴展至2 018位，所有的I/O點都由軟件來控制，只要使用一個類似高級程序中的指針變量指向某一I/O地址，就可以方便地在運動程序和PLC程序中通過該指針變量來對該I/O點進行輸入或輸出控制。同時該PLC工具有強大的邏輯功能和判斷能力，可編制復雜的邏輯關系。
3 控制系統的介紹
3．1 控制系統的原理
對于轉臺的方位控制，首先通過GPS等得到目標點的方位坐標，經過IPC機計算出目標點的方位角度，把位置信號送入PMAC卡，通過絕對式光電碼盤形成閉環，從而達到位置伺服目的，包括速度環和位置環兩部分，其控制原理如圖1所示。
其中速度環由直流脈寬伺服系統、直流力矩電機以及測速電機構成，測速電機與直流力矩電機同軸并反饋成與轉速成正比的電壓信號，至直流脈寬伺服系統，從而形成速度閉環。
位置環由PMAC卡、直流脈寬伺服系統、直流力矩電機、光電碼盤構成，光電碼盤與直流力矩電機同軸并反饋位置信號至PMAC卡，從而形成位置閉環，以實現動態目標跟蹤的目的，
3．2 控制系統的硬件組成
為了提高系統的運動可靠性和快速響應能力，轉臺采用上下位機的兩級控制方式,其硬件組成如圖2所示。
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