在一般的速率反馈方案中，校正环节选用PID校正仅能实现系统角速度无静差，不能实现角度无静差。如果要让系统角度输出无静差，则需要在校正环节中含有双重积分环节，因此设计了在速率陀螺反馈的基础上采用PII2校正环节的控制方法。由于直流力矩电机电枢电感值通常非常小，忽略其时间常数的影响，模型简化后的稳定回路控制框图如图1所示。

　　(3) 主导极点：必须满足特征多项式中一对具有复实部的共轭" title="共轭">共轭复根为系统的主导极点，应满足α>5。
　　采用极点配置的方法来确定(比例-积分-二重积分)校正环节的三个系数，可得：
　　k_p=7.2，k_i=245，k_i2=6 500，根据上述参数，施加一个1 000gcm的干扰力矩，在MATLAB中仿真的结果显示系统调节时间及角度静差均满足要求，但系统超调过大。增大系统的开环增益，将系统校正环节中k_p、k_i、k_i2 三个参数均放大三倍，观察闭环零极点图，发现系数放大后，共轭复根的复实部并未发生较大变化，而其虚部变小，这可削弱系统动态特性中的正弦振荡从而减小超调。同时系数放大三倍后复实轴上的极点更加远离共轭复根，从而使得共轭复根的主导极点的地位更为加强，系统的特性更接近设计期望的特性。同样1 000gcm扰动力矩下，系统调节时间及角度静差均满足要求。方位轴3 000gcm扰动力矩下角度输出如图2所示(在60秒时刻施加干扰力矩，纵坐标单位角秒，横坐标单位秒)。

　　在系统反馈控制中,内环是一个力矩电机的电流环,用于输出稳定无差的转矩。次内环为框架惯性速率环,最外环为位置跟踪环。惯性速率环的反馈元件为速率陀螺，测量框架相对于惯性空间的角速率。位置跟踪环由旋变来完成角度的测量。陀螺稳定系统是一个力矩平衡系统,由陀螺感测扰动力矩引起的角运动,通过反馈回路产生一个控制力矩来抵消扰动力矩,从而达到稳定的目的。在本陀螺稳定平台控制系统中, 电机的控制模式采用转矩控制模式，使转矩(电流)环的输出电流值与闭环的输入电压给定值成比例关系,这样可以显著提高惯性速率环的控制效果,从而提高稳定精度。
3 系统硬件设计
　　控制器核心选用TI公司TMS320LF2407A数字信号处理器，采用模块化主计算机板、显示控制板、A/D" title="A/D">A/D 板、R/S 板及图像跟踪板。系统资源有一定冗余度，提高了系统的可靠性。总体扩展框图如图3所示。

3.1 陀螺信号输入接口
　　陀螺选用俄罗斯Fizoptika公司的光纤陀螺VG941-3AM，用于测量负载框架相对于惯性空间的角速率，输出模拟电压信号(0～3V)，陀螺信号通过信号处理电路转成与A/D 芯片匹配的输入电平。本系统选用2 片ADI公司的16位A/D芯片ADS7805U，可同时采样，转换时间为4μs，满足系统要求。A/D转换后的16位信号送到两片锁存器(SN74HC574)中，由DSP控制74LS138选通锁存来读取陀螺信号。
3.2 直流力矩电机伺服驱动接口
　　电机功放电路选用IR公司的电机驱动芯片IR2104。IR2104是一种高电压、高速度的功率MOSFET和IGBT驱动器，工作电压10～20V。系统使用两片IR2104控制四片N沟道的IGBT(IRF540N)组成一个全桥驱动电路控制一台直流力矩电机。IR2104通过HO输出分别控制全桥驱动电路的上半桥Q1、Q3的导通与关断，而IR2104的LO输出分别控制全桥驱动电路的下半桥Q2、Q4的导通与关断，从而达到控制电机转速与正反转的目的。电机驱动接口如图4所示(仅画出一路)。
3.3 旋转变压器信号接口
　　在本系统中，选用DDC公司的专用RDC模块19220，接收来自旋变粗、精通道的激磁信号，其中精通道的bit4-bit11转换后直接送到低位锁存中，bit1-bit3送到中位锁存的低三位，精通道的bit1-bit5再和粗通道在MD27C256中精粗精组合后送到中、高位锁存，形成旋变的18位数据，分辨率为4.94″。单路旋变接口实现如图5所示。

4 系统软件设计及功能
　　软件设计包括初始化、自检、控制算法、故障处理、以及各功能模块的编写，考虑到稳定模块的实时性比较高,整个系统程序采用汇编语言设计编写，伺服采样周期为1ms。
　　系统控制命令既可以由控制盒发出，也可以由上位机发出。上位机还可以设定如测漂参数、位置指令参数等以完成各种系统监测所需的参数设置，同时上位机还接收、显示存储来自平台的包括陀螺、旋变、电机等各种实时信息，用于数据处理和分析判断。软件采用模块化设计，方便软件的调试，可扩展性、可移植性强。系统软件框图如图6所示。
　　跟其他平台相比，本系统的一大特色是功能比较丰富，系统软件具有稳定测漂、旋变锁定 、位置指令、目标搜索、光电跟踪等五种状态，还可完成诸如负载能力试验、模拟摇摆试验、带宽预测试等系统试验。
　　(1) 旋变锁定
　　系统根据旋变信息对平台施矩，将其控制到旋变的电零位，旋变锁定状态持续5秒钟后结束并自动转入陀螺稳定状态。
　　(2) 稳定测漂
　　操作员键入采样周期和采样时间后，系统进入稳定测漂状态，测漂完成后自动补偿陀螺漂移。
　　(3) 位置指令
　　系统接收到目标的纬度、经度、高度三个参数，然后从载体系统中读入自身的横滚角、俯仰角、方位角三个参数，根据这六个参数计算得出自身所要转动的俯仰、方位角度，然后控制平台电机转动到相应位置。

　　(4) 目标搜索
　　此时由操纵杆控制俯仰、方位两个电机的运动，DSP接收到目标搜索的指令码后，分别取出地面控制台给出的俯仰、方位两个电机的速度值，然后按照操纵杆给出的俯仰、方位两个电机的速度值控制平台转动，进行目标搜索。
　　(5) 光电跟踪
　　系统接收到光电跟踪的指令码，选择相应的跟踪方式，然后根据电视跟踪器传来的俯仰、方位的脱靶量控制两个电机平台运动，跟踪目标点。
5 系统实验及结论
5.1静态稳定精度检测
　　开机使平台进入稳定状态，分别给方位、俯仰轴添加负载。3 000gcm扰动力矩下，系统旋变角度输出如图7所示(在60秒时刻施加干扰力矩)，满足设计要求。
5.2 动态稳定精度检测
　　开机使平台进入稳定状态，在俯仰稳定框安装双面反射镜，调整好双面反射镜、平行光管和光电观测仪，使方位稳定轴进入稳定功能状态，使方位摇摆轴按照正弦波作摇摆运动，观察光电观测仪的读数，如果小于要求值，即满足要求。实测稳定台方位轴摇摆幅度为0.2′，俯仰轴摇摆幅度为0.3′，远小于设计指标，满足技术指标要求。
本文详细论述了瞄准线稳定高精度系统及其软硬件设计。系统采用经典的位置速率双环控制结构，选用DSP 作为数字控制系统的核心，组成高精度瞄准线稳定系统。对各项动、静态性能指标进行了测试， 达到了预期设计指标。
参考文献