超近程反导火力反击系统实时控制的初步设计
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摘要
本文讨论了嵌入式系统在超近程反导随动系统中的应用，推导了系统的传递函数，设计了冲激函数和PID控制相结合的控制策略，并进行仿真。选择合适的驱动与控制机构，设计相应的硬件接口，初步搭建了随动系统模拟平台。编写基于uC/OS-Ⅱ操作系统的控制软件，基本上完成了随动系统模拟平台实时控制的初步设计。主要内容如下：
(1)设计控制算法
根据超近程反导的特点，设计了冲激函数和PID控制相结合的控制策略，在系统启动时给其加上较大的脉冲电压使系统快速启动，然后采取PID控制，对系统进行微调。
(2)搭建随动系统模拟平台
随动系统模拟平台选用三星公司的S3C44BOX作为处理器，在ARM开发板的基础上扩展了控制平台的外围电路，设计了相关的接口，完成了嵌入式控制平台的硬件设计；并且设计了电机驱动模块，选择合适的直流伺服电机、减速器及光电编码器，初步搭建了随动系统模拟平台。
(3)设计控制软件
完成了基于uC/OS-Ⅱ实时操作系统的控制软件，包括下位机的通信任务、PWM脉冲输出任务、控制任务、主程序。经过软硬件综合调试，整体设计满足要求。
This thesis discuss the application of the embedded system in the super-short-range antimissile servo system. Derive the transmission function of the system, design the control strategy that combine impulse function with PID, and carry on emulate. Choose the suitable drive and control mechanism, design the correlative hardware interface, make up the simulate servo system preliminary. Write the software under the operating system of uC/OS-Ⅱ. Finish the preliminary design of the real-time control of the servo system basically. The majoy content as follows:
(1) Design the control algorithm
According to the characteristic of the super-short-range antimissile, design the control strategy that combine impulse function with PID, add superior pulse voltage when the start-up of the system in order to satisfy the rapid start, then take the PID control strategy.
(2) Build the simulate servo system
The simulate servo system choose the S3C44B0X as processor, enlarge the periphery circuit of the servo system platform, design the correlative hardware interface, finish the design of the hardware of the embedded system. And design the motor driver module, choose the suitable direct current servo motor, reducer and photoelectricity coder, make up the intact simulate servo system platform.
(3) Design the control software
Finish the software of the system which is writen under the real-time operating system of uC/OS-Ⅱ, including the communication task, the output of the PWM pulse task, the servo control task and the main program. Through the comprehensive debugging of the software and hardware, the global design meets the index request.
(1)设计控制算法
根据超近程反导的特点，设计了冲激函数和PID控制相结合的控制策略，在系统启动时给其加上较大的脉冲电压使系统快速启动，然后采取PID控制，对系统进行微调。
(2)搭建随动系统模拟平台
随动系统模拟平台选用三星公司的S3C44BOX作为处理器，在ARM开发板的基础上扩展了控制平台的外围电路，设计了相关的接口，完成了嵌入式控制平台的硬件设计；并且设计了电机驱动模块，选择合适的直流伺服电机、减速器及光电编码器，初步搭建了随动系统模拟平台。
(3)设计控制软件
完成了基于uC/OS-Ⅱ实时操作系统的控制软件，包括下位机的通信任务、PWM脉冲输出任务、控制任务、主程序。经过软硬件综合调试，整体设计满足要求。
This thesis discuss the application of the embedded system in the super-short-range antimissile servo system. Derive the transmission function of the system, design the control strategy that combine impulse function with PID, and carry on emulate. Choose the suitable drive and control mechanism, design the correlative hardware interface, make up the simulate servo system preliminary. Write the software under the operating system of uC/OS-Ⅱ. Finish the preliminary design of the real-time control of the servo system basically. The majoy content as follows:
(1) Design the control algorithm
According to the characteristic of the super-short-range antimissile, design the control strategy that combine impulse function with PID, add superior pulse voltage when the start-up of the system in order to satisfy the rapid start, then take the PID control strategy.
(2) Build the simulate servo system
The simulate servo system choose the S3C44B0X as processor, enlarge the periphery circuit of the servo system platform, design the correlative hardware interface, finish the design of the hardware of the embedded system. And design the motor driver module, choose the suitable direct current servo motor, reducer and photoelectricity coder, make up the intact simulate servo system platform.
(3) Design the control software
Finish the software of the system which is writen under the real-time operating system of uC/OS-Ⅱ, including the communication task, the output of the PWM pulse task, the servo control task and the main program. Through the comprehensive debugging of the software and hardware, the global design meets the index request.
引文
1 黎春林，冯顺山．超近程反导武器系统探讨．现代防御技术．2003(2)
2 任永胜，耿力．现代防空火控系统的现状及发展方向．火力与指挥控制．2001(12)
3 郭治．现代火控理论．北京：国防工业出版社，1996
4 胡寿松．自动控制原理．北京：国防工业出版社，1994
5 赵建章．自动控制原理．南京：南京理工大学出版社，2000
6 胡德．伺服系统原理与设计．北京：北京理工大学出版社，1993
7 黄坚．自动控制原理及其应用．北京：高等教育出版社，2004
8 余成波．自动控制原理．北京：清华大学出版社，2006
9 张永相．机电控制理论与应用．重庆：重庆大学出版社，2002
10 徐建儒，王富彦．伺服机构的功率元件与系统设计．北京：国防工业出版社，1981
1l 林渭勋．电力电子技术基础．北京：机械工业出版社，1990
12 叶斌．电力电子应用技术．北京：清华大学出版社，2006
13 曹锦芳．控制理论试验．杭州：浙江大学出版社，1993
14 张晓明．基于DSP的数字火控随动系统设计．南京理工大学硕士学位论文，2003
15 李峻，张俊儒．电机控制集成电路的原理和应用．北京：冶金工业出版社，1995
16 戴世宗．数字随动系统．北京：科学出版社，1976
17 (日)富成襄．伺服机构设计原理．北京：国防工业出版社，1986
18 (美)阿伦德，萨凡特．伺服机构实践．上海：上海科学技术出版社，1965
19 赖福新．电机控制系统．上海：上海交通大学出版社，1995
20 顾奈宁．基于DSP的数字火控随动系统设计．南京理工大学硕士学位论文，2004
21 姜文刚．高速高精度数字伺服系统研制．南京理工大学硕士学位论文，2002
22 金钰，胡德，李向春．伺服系统设计指导．北京：北京理工大学出版社，2000
23 金茂椿，魏家轼．电机与控制．成都：电子科技大学出版社，1992
24 谭建成．新编电机控制专用集成电路与应用．北京：机械工业出版社，2005
25 胡涛．车载卫星天线随动系统的设计与研究．南京工业大学硕士论文，2003
26 高宗升，腾岩梅．复变函数与积分变换．北京：北京航空航天大学出版社，2006
27 许春山．浇注机器人伺服系统研制及控制算法研究．南京理工大学硕士学位论文，2000
28 华东工学院104教研室．随动系统原理与设计．南京：华东工学院出版社，1974
29 陈晓平，李长杰．Matlab在电路与控制系统中的应用．合肥：中国科学技术大学出版社，2004
30 欧阳黎明．matlab控制系统设计．北京：国防工业出版社，2001
31 黄忠霖．控制系统matlab计算与仿真．北京：国防工业出版社，2001
32 秦继荣，沈安俊．现代直流伺服控制技术及其系统设计．北京：机械工业出版社，1993
33 徐承忠．数字伺服系统．北京：国防工业出版社，1994
34 穴洪刚．转塔伺服系统设计及PID参数整定方法研究．南京理工大学硕士学位论文，2004
35 李友善．自动控制原理．北京：国防工业出版社，1990
36 曾乐生，施妙和．随动系统．北京：北京理工大学出版社，1988
37 朱宏波．数字伺服系统之上位计算机的通讯与信号处理．南京理工大学硕士学位论文，1996
38 杜坤梅，李铁才．电机控制技术．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2002
39 缪仲明．直流转速随动系统的微机控制设计．西北工业大学硕士论文，2001
40 徐锡胜．全数字随动控制器的软硬件设计．浙江大学硕士论文，2003
41 吕尧明．随动系统试验平台的研究与开发．南京航空航天大学硕士论文，2000
42 李社伟．永磁低速同步电机角度随动系统的研究．哈尔滨工业大学硕士论文，2005
43 姜涛．超低空近距离小目标测量系统随动分系统分析与设计．沈阳工学院硕士论文，1998
44 田泽．嵌入式系统开发与应用教程．北京：北京航空航天大学出版社，2005
45 陈翌，田捷，王金刚．嵌入式软件开发技术．北京：国防工业出版社，2003
46 唐寅．实时操作系统应用开发指南．北京：中国电力出版社，2002
47 罗蕾．嵌入式实时操作系统及应用开发．北京：北京航空航天大学出版社，2005
48 田泽．嵌入式系统开发与应用实验教程．北京：北京航空航天大学出版社，2005
49 田泽．嵌入式系统开发与应用．北京：北京航空航天大学出版社，2005
50 桑楠．嵌入式系统原理与应用开发技术．北京：北京航空航天大学出版社，2002
51 姜喆．基于RT-Linux的嵌入式实时系统设计．浙江大学硕士学位论文，2003：6—7
52 张大波．嵌入式系统原理、设计与应用．北京：机械工业出版社，2005
53 A. Stever. Introduction To Real-Time Software Design. Springer-Verlag, ISBN 0-387-91175-8,1981:5～8
54 W. Mike, T. Barrent. A Real-Time Primer. Embedded Systems Programming. February, 1990:8～10
55 Laplante, Phillip. Real-Time System Design and Analysis, An Enginner' s Handbook, Picataway, New Jersey:IEEE Computer Society Press, ISBN 0-780-334000,1992:3～6
56 Batel, etal. Real-Time embedded System. Computing&Control Engineering journal, 2002, (4):154～156
57 Hunter, Ready. VRTX Technical Tips. Palo Alto, Hunter&Ready, 1986:4～7
58 陈章龙，涂时亮．嵌入式系统．北京：北京航空航天大学出版社，2002
59 王田苗．嵌入式系统设计与实例开发基于ARM微处理器与μC/OS—Ⅱ实时操作系统．北京：清华大学出版社，2002
60 马忠梅．ARM嵌入式处理器结构与应用基础．北京：北京航空航天大学出版社，2002
61 (美)李(Qing Li)．嵌入式系统的实时概念．北京：北京航空航天大学出版社，2004
62 刘小燕．基于32位ARM微处理器与μC/OS-Ⅱ实时操作系统的嵌入式系统的研究．南昌大学硕士论文，2005
63 任哲．嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ原理及应用．北京：北京航空航天大学出版社，2005
64 Jean J．Labrosse．嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ。第2版．北京：北京航空航天大学出版社，2003
65 范亚伟．基于嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ的嵌入式软件设计研究．燕山大学硕士论文．2005：7—21
66 周立功．ARM嵌入式系统实验教程．北京：北京航空航天大学出版社，2005
67 郭江鸿．基于μC/OS-Ⅱ的嵌入式系统．太原理工大学硕士论文．2004：29-57
68 严勇．基于ARM和μC/OS-Ⅱ的自动气象站实时数据采集系统．南京信息工程大学硕士论文．2005：25-31
69 (美)Jean J．Labrosse．嵌入式系统构件．北京：机械工业出版社，2002年
70 (美)Jean J．Labrosse．μC/OS-Ⅱ—源码公开的实时嵌入式操作系统．北京：中国电力出版社，2001
71 陈赜．ARM嵌入式技术实践教程．北京：北京航空航天大学出版社，2005
72 陈予吒．基于μC/OS-Ⅱ的嵌入式系统设计与实现．浙江大学硕士论文．2004：15-28
73 卡特索利斯(Jobn Catsoulis)．嵌入式硬件设计．北京：中国电力出版社，2004
74 王振宇．μC/OS-Ⅱ操作系统在ARM系统中的应用．吉林大学硕士论文．2004：6—9
75 S3C44BOX RISC Microprocessor Product Overview. SAMSUNG Electronics
76 胥静．嵌入式系统设计与开发实例详解．北京：北京航空航天大学出版社，2005
77 王红展．基于嵌入式实时操作系统的ARM控制平台的实现．电子科技大学硕士论文．2004：45-47
78 韦文祥．基于ARM和μC/OS-Ⅱ的远程配变监控终端的研究与设计．湖南大学硕士论文，2006
79 杨光．基于ARM的嵌入式系统软件平台的研究．西南交通大学硕士论文，2006
80 晨风．嵌入式实时多任务软件开发基础．北京：清华大学出版社，2004
81 卢芬兰．基于ARM和μC/OS-Ⅱ的新型流量计．华南理工大学硕士论文，2005
82 王宁．基于ARM与μC/OS-Ⅱ的数字伺服系统信号发生器的开发．南京理工大学硕士论文，2005
83 刘永聪．基于ARM和μC/OS-Ⅱ的馈线保护装置的设计．南京理工大学硕士论文，2005
84 曹祥根．基于ARM的μC/OS-Ⅱ应用研究．四川大学硕士论文，2005
2 任永胜，耿力．现代防空火控系统的现状及发展方向．火力与指挥控制．2001(12)
3 郭治．现代火控理论．北京：国防工业出版社，1996
4 胡寿松．自动控制原理．北京：国防工业出版社，1994
5 赵建章．自动控制原理．南京：南京理工大学出版社，2000
6 胡德．伺服系统原理与设计．北京：北京理工大学出版社，1993
7 黄坚．自动控制原理及其应用．北京：高等教育出版社，2004
8 余成波．自动控制原理．北京：清华大学出版社，2006
9 张永相．机电控制理论与应用．重庆：重庆大学出版社，2002
10 徐建儒，王富彦．伺服机构的功率元件与系统设计．北京：国防工业出版社，1981
1l 林渭勋．电力电子技术基础．北京：机械工业出版社，1990
12 叶斌．电力电子应用技术．北京：清华大学出版社，2006
13 曹锦芳．控制理论试验．杭州：浙江大学出版社，1993
14 张晓明．基于DSP的数字火控随动系统设计．南京理工大学硕士学位论文，2003
15 李峻，张俊儒．电机控制集成电路的原理和应用．北京：冶金工业出版社，1995
16 戴世宗．数字随动系统．北京：科学出版社，1976
17 (日)富成襄．伺服机构设计原理．北京：国防工业出版社，1986
18 (美)阿伦德，萨凡特．伺服机构实践．上海：上海科学技术出版社，1965
19 赖福新．电机控制系统．上海：上海交通大学出版社，1995
20 顾奈宁．基于DSP的数字火控随动系统设计．南京理工大学硕士学位论文，2004
21 姜文刚．高速高精度数字伺服系统研制．南京理工大学硕士学位论文，2002
22 金钰，胡德，李向春．伺服系统设计指导．北京：北京理工大学出版社，2000
23 金茂椿，魏家轼．电机与控制．成都：电子科技大学出版社，1992
24 谭建成．新编电机控制专用集成电路与应用．北京：机械工业出版社，2005
25 胡涛．车载卫星天线随动系统的设计与研究．南京工业大学硕士论文，2003
26 高宗升，腾岩梅．复变函数与积分变换．北京：北京航空航天大学出版社，2006
27 许春山．浇注机器人伺服系统研制及控制算法研究．南京理工大学硕士学位论文，2000
28 华东工学院104教研室．随动系统原理与设计．南京：华东工学院出版社，1974
29 陈晓平，李长杰．Matlab在电路与控制系统中的应用．合肥：中国科学技术大学出版社，2004
30 欧阳黎明．matlab控制系统设计．北京：国防工业出版社，2001
31 黄忠霖．控制系统matlab计算与仿真．北京：国防工业出版社，2001
32 秦继荣，沈安俊．现代直流伺服控制技术及其系统设计．北京：机械工业出版社，1993
33 徐承忠．数字伺服系统．北京：国防工业出版社，1994
34 穴洪刚．转塔伺服系统设计及PID参数整定方法研究．南京理工大学硕士学位论文，2004
35 李友善．自动控制原理．北京：国防工业出版社，1990
36 曾乐生，施妙和．随动系统．北京：北京理工大学出版社，1988
37 朱宏波．数字伺服系统之上位计算机的通讯与信号处理．南京理工大学硕士学位论文，1996
38 杜坤梅，李铁才．电机控制技术．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2002
39 缪仲明．直流转速随动系统的微机控制设计．西北工业大学硕士论文，2001
40 徐锡胜．全数字随动控制器的软硬件设计．浙江大学硕士论文，2003
41 吕尧明．随动系统试验平台的研究与开发．南京航空航天大学硕士论文，2000
42 李社伟．永磁低速同步电机角度随动系统的研究．哈尔滨工业大学硕士论文，2005
43 姜涛．超低空近距离小目标测量系统随动分系统分析与设计．沈阳工学院硕士论文，1998
44 田泽．嵌入式系统开发与应用教程．北京：北京航空航天大学出版社，2005
45 陈翌，田捷，王金刚．嵌入式软件开发技术．北京：国防工业出版社，2003
46 唐寅．实时操作系统应用开发指南．北京：中国电力出版社，2002
47 罗蕾．嵌入式实时操作系统及应用开发．北京：北京航空航天大学出版社，2005
48 田泽．嵌入式系统开发与应用实验教程．北京：北京航空航天大学出版社，2005
49 田泽．嵌入式系统开发与应用．北京：北京航空航天大学出版社，2005
50 桑楠．嵌入式系统原理与应用开发技术．北京：北京航空航天大学出版社，2002
51 姜喆．基于RT-Linux的嵌入式实时系统设计．浙江大学硕士学位论文，2003：6—7
52 张大波．嵌入式系统原理、设计与应用．北京：机械工业出版社，2005
53 A. Stever. Introduction To Real-Time Software Design. Springer-Verlag, ISBN 0-387-91175-8,1981:5～8
54 W. Mike, T. Barrent. A Real-Time Primer. Embedded Systems Programming. February, 1990:8～10
55 Laplante, Phillip. Real-Time System Design and Analysis, An Enginner' s Handbook, Picataway, New Jersey:IEEE Computer Society Press, ISBN 0-780-334000,1992:3～6
56 Batel, etal. Real-Time embedded System. Computing&Control Engineering journal, 2002, (4):154～156
57 Hunter, Ready. VRTX Technical Tips. Palo Alto, Hunter&Ready, 1986:4～7
58 陈章龙，涂时亮．嵌入式系统．北京：北京航空航天大学出版社，2002
59 王田苗．嵌入式系统设计与实例开发基于ARM微处理器与μC/OS—Ⅱ实时操作系统．北京：清华大学出版社，2002
60 马忠梅．ARM嵌入式处理器结构与应用基础．北京：北京航空航天大学出版社，2002
61 (美)李(Qing Li)．嵌入式系统的实时概念．北京：北京航空航天大学出版社，2004
62 刘小燕．基于32位ARM微处理器与μC/OS-Ⅱ实时操作系统的嵌入式系统的研究．南昌大学硕士论文，2005
63 任哲．嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ原理及应用．北京：北京航空航天大学出版社，2005
64 Jean J．Labrosse．嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ。第2版．北京：北京航空航天大学出版社，2003
65 范亚伟．基于嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ的嵌入式软件设计研究．燕山大学硕士论文．2005：7—21
66 周立功．ARM嵌入式系统实验教程．北京：北京航空航天大学出版社，2005
67 郭江鸿．基于μC/OS-Ⅱ的嵌入式系统．太原理工大学硕士论文．2004：29-57
68 严勇．基于ARM和μC/OS-Ⅱ的自动气象站实时数据采集系统．南京信息工程大学硕士论文．2005：25-31
69 (美)Jean J．Labrosse．嵌入式系统构件．北京：机械工业出版社，2002年
70 (美)Jean J．Labrosse．μC/OS-Ⅱ—源码公开的实时嵌入式操作系统．北京：中国电力出版社，2001
71 陈赜．ARM嵌入式技术实践教程．北京：北京航空航天大学出版社，2005
72 陈予吒．基于μC/OS-Ⅱ的嵌入式系统设计与实现．浙江大学硕士论文．2004：15-28
73 卡特索利斯(Jobn Catsoulis)．嵌入式硬件设计．北京：中国电力出版社，2004
74 王振宇．μC/OS-Ⅱ操作系统在ARM系统中的应用．吉林大学硕士论文．2004：6—9
75 S3C44BOX RISC Microprocessor Product Overview. SAMSUNG Electronics
76 胥静．嵌入式系统设计与开发实例详解．北京：北京航空航天大学出版社，2005
77 王红展．基于嵌入式实时操作系统的ARM控制平台的实现．电子科技大学硕士论文．2004：45-47
78 韦文祥．基于ARM和μC/OS-Ⅱ的远程配变监控终端的研究与设计．湖南大学硕士论文，2006
79 杨光．基于ARM的嵌入式系统软件平台的研究．西南交通大学硕士论文，2006
80 晨风．嵌入式实时多任务软件开发基础．北京：清华大学出版社，2004
81 卢芬兰．基于ARM和μC/OS-Ⅱ的新型流量计．华南理工大学硕士论文，2005
82 王宁．基于ARM与μC/OS-Ⅱ的数字伺服系统信号发生器的开发．南京理工大学硕士论文，2005
83 刘永聪．基于ARM和μC/OS-Ⅱ的馈线保护装置的设计．南京理工大学硕士论文，2005
84 曹祥根．基于ARM的μC/OS-Ⅱ应用研究．四川大学硕士论文，2005