[发明专利]一种基于实时操作系统和FPGA的仿真转台前馈控制方法

权利要求书

1.一种基于实时操作系统和FPGA的仿真转台前馈控制方法，其特征在于包括下列步骤：

1)建立控制计算机实时操作系统和FPGA，用于仿真转台控制；在仿真转台的控制系统中采用运行实时操作系统的计算机进行运动轨迹指令生成；采用FPGA进行伺服运算，并在FPGA上建立一个FIFO通道，用于从实时控制计算机读取目标位置指令；

2)根据转台的工作模式，计算得到下一时刻的目标位置值；

3)对目标位置值进行插值细分；

4)在FPGA中建立伺服运算模块并从FIFO中读入目标位置指令；

5)在FPGA伺服运算模块中进行前馈伺服运算；

所述步骤4)的具体过程为：在FPGA上建立一个周期为t＝T/N的伺服运算模块M0，用于从FIFO中读取目标位置指令，并进入步骤5)进行转台的伺服运算；

所述伺服运算模块M0一次循环只从FIFO中读取一个目标位置指令值，然后进行伺服运算；伺服运算模块M0循环执行N次后，将FIFO中的指令序列{y_i}全部读取完；

所述步骤5)的具体过程为：建立两个寄存器R0和R1，分别用于寄存本帧的目标位置值y(n)和下一帧的目标位置值y(n+1)；每次循环伺服运算模块M0开始执行后，先从FIFO中读入一个新的目标位置值yi，做为下下帧的目标位置y(n+2)，然后与R1中寄存的下一帧的目标位置值y(n+1)，计算下一帧的指令速率v(n+1)：

利用R1中寄存的下一帧的目标位置值y(n+1)与R0中寄存的本帧的目标位置值y(n)，计算本帧的指令速率v(n)：

利用v(n+1)和v(n)，计算本帧的加速度指令a(n)：

然后，进行速度前馈和加速度前馈伺服运算：

u(n)＝K_vv(n)+K_aa(n)

其中，K_v和K_a分别为速度前馈系数和加速度前馈系数；u(n)代表本控制周期内的控制输出量；

伺服运算完成后，将y(n+1)值赋给R0寄存器，作为下一帧运算时的本帧的目标位置值y(n)；将yi值赋给R1寄存，作为下一帧算时的下一帧目标位置值y(n+1)。

2.根据权利要求1所述的一种基于实时操作系统和FPGA的仿真转台前馈控制方法，其特征在于：所述步骤2)的具体过程为：当转台工作在本地控制模式时，转台计算机按照当前的运动模式，计算出下一时刻的目标位置值Y(n+1)；当转台工作在仿真模式时，转台计算机按照约定的仿真周期T与仿真计算机进行通讯，读取下一时刻的目标位置值Y(n+1)。

3.根据权利要求2所述的一种基于实时操作系统和FPGA的仿真转台前馈控制方法，其特征在于：所述仿真周期T大小等于与仿真机约定的仿真周期，即转台控制计算机与仿真计算机通讯的帧周期。

4.根据权利要求2所述的一种基于实时操作系统和FPGA的仿真转台前馈控制方法，其特征在于：所述运动模式包括位置、速率、正弦角振动。

5.根据权利要求2所述的一种基于实时操作系统和FPGA的仿真转台前馈控制方法，其特征在于：所述步骤3)的具体过程为：设置一个变量S；当本次循环生成目标位置值Y(n+1)后，从变量S中读取寄存的上一次目标位置值Y(n)，按照线性插值进行N等分细分，得到一组目标位置值序列{y_i}；将插值后的目标位置值序列{y_i}一次性写入FIFO中，并将本次生成的目标位置值Y(n+1)写入变量S，作为下一帧运算时的目标位置值Y(n)。