单片机和CPLD的望远镜伺服控制器设计
2．2 时钟电路
CPLD的全局时钟为100MHz，对其进行分频提供给内部各个模块，如计数模块电路、PWM处理电路和单片机的中断信号。100MHz可分频成1kHz、500 Hz、50Hz。本设计中，采样周期为1ms，即1kHz采样频率，用于单片机的外部中断信号。在采样周期内，单片机完成对圆光栅计数采样、速度计算、算法实现、PWM控制变量产生，以及过程状态变量赋值等工作。实际测得完成单个电机控制所需的时间为120μs左右，剩余时间可用于实现LCD显示控制和通信功能。可见，利用该单片机可以胜任望远镜伺服闭环工作。
2．3 PWM脉冲电路
功率级采用H桥电路，需要4路带死区的PWM信号，避免直通。如图4所示，首先由100 MHz产生12．5kHz的三角波信号，与单片机输出的数据(0～8000)进行比较，得到1路PWM信号(数据的大小决定占空比的值，O对应O％，8000对应100％)，再由该PWM信号产生与之反向的信号。同时，经死区电路得到2路死区时间至少为5μs的PWM信号，以及经电机工作模式控制电路处理得到的4路驱动功率级PWM信号，可控制电机工作在单极性或双极性方式。当需要控制多个电机时，采用上述方法同样处理就行，这就是CPLD灵活性的具体体现。本文引用地址：//m.amcfsurvey.com/article/173232.htm
2．4 其他电路
转台上的限位信号、功率级的故障信号、外部逻辑数字信号等输入到CPLD，进行相应的逻辑处理(如输出使能和停止)，从而达到对电机的有效控制和保护。
3 控制算法实现
在控制算法的实现上采用内模控制。其设计思路是将对象模型与实际对象相并联，控制器逼近模型的动态逆。对单变量系统而言，内模控制器取为模型最小相位部分的逆，并通过附加低通滤波器增强系统的鲁棒性。模型和被控对象模型精确匹配时，控制系统的输入等于输出。内模控制能够清楚地表明调节参数和闭环响应及鲁棒性的关系，内模控制器的动态特性取决于内部模型与被控对象的匹配情况。
内模控制原理框图如图5所示。其中，GP(s)为控制对象*****为内部模型，GIMC(s)为内模控制器，Gd(s)为外界干扰模型；x、u、y分别为给定输入、控制量、对象输出，d为外界干扰。在工业过程中，与经典PID控制相比，内模控制仅有一个整定参数，参数调整与系统动态品质和鲁棒性的关系比较明确，故采用内模控制原理可以提高PID控制器的设计水平。由于参数调节简单，此算法利于单片机程序实现。
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