[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

说明书

一种基于实时操作系统和FPGA的仿真转台前馈控制方法，在仿真转台控制系统的实时程序中进行运动轨迹计算或仿真指令读取，经插值后得到指令序列发送给FPGA，在FPGA上读取轨迹指令并进行伺服运算，通过设置实时程序的循环周期大于FPGA上伺服运算周期的方法，使FPGA提前收到后续位置指令，以此进行速度前馈和加速度前馈运算。通过合理配置实时程序和FPGA程序的循环速度，使两者协调工作，保持运动轨迹生成和伺服运算的周期稳定性。通过在FPGA上提前得到后续位置指令，并进行前馈运算，使得仿真转台的伺服带宽和加速度响应能力得到极大地提高。

技术领域

本发明涉及一种基于实时操作系统和FPGA的仿真转台前馈控制方法。

背景技术

仿真转台是一种重要的飞行器控制系统半实物仿真设备，它能在地面模拟飞行器在飞行过程中的各种运动姿态，从而给被测产品提供位置、速率和加速度激励。随着飞行器本身在空间飞行动态性能的不断提高，对作为地面半实物仿真主要设备的仿真转台的动态性能也不断提高。对于仿真转台而言，要满足更高的动态性能，最重要的是在控制系统上具有很高的伺服带宽和加速度响应输出能力。

在仿真转台控制系统中，要提高其动态性能，即伺服带宽和加速度相应，最重要的手段，是采用更先进的控制方案和控制算法。目前，提高仿真转台动态伺服带宽和加速度相应的最有效手段，是在控制算法上采用速度和加速度前馈控制。控制系统在进行速度和加速度前馈控制时，除需要知道下一次时刻的目标位置外，还需要直到下一次时刻的目标速度和加速度，才可以进行速度和加速度前馈运算。

传统的仿真转台主要是采用单一的控制器进行位置伺服运算，且仿真机也只能提供下一时刻的位置指令，因此在当前时刻无法获知更多后续指令信息，因而难以进行前馈运算。此外，有些半实物仿真系统虽然也可以有速率指令，用于做速度前馈，但无法获得后续速度信息，因而无法进行最为关键的加速度前馈控制，因此也无法有限提高仿真转台伺服带宽和加速度响应能力。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于实时操作系统和FPGA的仿真转台前馈控制方法，通过将实时程序中产生的轨迹指令插值后发送给FPGA进行伺服预算，并利用实时程序的循环周期大于FPGA上伺服运算周期的方法，使FPGA提前收到后续时刻位置指令，以此进行速度前馈和加速度前馈运算。

本发明的方法的技术方案是：一种基于实时操作系统和FPGA的仿真转台前馈控制方法，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FOFO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)。

所述循环周期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。

所述运动模式包括位置、速率、正弦角振动。