一种机载任务管理及伺服控制一体化系统及方法与流程

本发明属于机载稳定平台控制领域，具体涉及一种机载任务管理及伺服控制一体化系统及方法。

背景技术：

任务管理及伺服控制是机载稳定平台控制系统中的重要组成部分，任务管理单元主要负责完成框架角位置和角速度传感器数据采集、任务载荷数据指令的转发及整机故障的分析判断；伺服控制单元主要完成稳定平台伺服控制算法，输出控制指令驱动执行机构不断调整平台的姿态或位置来隔离载体运动的干扰，从而确保平台在惯性空间的相对稳定。

目前，由于机载控制平台大数据量、多任务机制、复杂运算处理及高实时性的需求，任务管理单元和伺服控制单元多采用分离式设计。任务管理单元大都采用基于pc104的计算机模块或者基于sopc架构的微处理器实现多任务载荷的并行控制，伺服控制单元常采用ti公司运算能力强大的dsp处理器作为控制核心。该方法中任务管理单元和伺服控制单元之间采用外部接口进行数据的交互，很难保证控制系统的实时性，且任务管理单元和伺服控制单元采用分离式设计，系统功耗较大，不利于产品的小型化设计，且实时性有差，基于pc104的计算机模块读取数据的速度达20ns。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种满足控制系统实时性及高精度控制需求，且设计灵活、体积小、功耗低的机载任务管理及伺服控制一体化系统及方法。

本发明的技术方案在于：

一种机载任务管理及伺服控制一体化系统，包括依次进行数据传输的任务管理单元及飞控上位机；还包括载机及用于检测载机信息的检测单元，所述检测单元包括传感器信号采集单元、任务载荷单元及光纤陀螺惯性导航系统；任务管理单元还连接有存储单元及电源和时钟系统；还包括伺服控制系统，所述系统控制系统一端与任务管理单元进行数据传输，另一端与任务载荷单元通过电机驱动模块控制载机运动。

所述任务载荷单元包括用于白昼使用的可见光变焦电视以及用于黑夜使用的红外热像仪和激光测照器。

所述任务载荷单元通过图像处理单元连接任务管理单元。

所述任务管理单元通过串口通信单元分别与图像处理单元、光纤陀螺惯性导航系统、传感器信号采集单元及飞控上位机连接。

所述伺服控制系统与电机驱动模块之间连接有d/a转换单元。

所述传感器信号采集单元包括角位置传感器和角速度传感器。

所述存储单元为任务管理单元通过spi接口连接的双端口ram。

所述伺服控制单元的zone区域通过xintf数据总线与端口ram连接。

一种机载任务管理及伺服控制一体化方法，采用如上所述机载任务管理及伺服控制一体化系统，具体过程如下：

(1)初始化操作：飞控上位机一方面下发指令给任务管理单元，使任务管理单元周期性地采集检测单元的信息；另一方面，在任务管理单元中设定样本信息；

(2)开始工作时，任务管理单元周期性地采集检测单元检测到的信息并存储至存储单元；

(3)任务管理单元根据检测到的信息判断获取的目标图像信息是否和真实目标信息一致，并将检测到的信息与样本信息进行分析比对，并将判断结果上报给飞控上位机进行显示，操作人员在看到飞控上位机上显示的信息后，通过飞控上位机向任务管理单元发送控制指令数据和数据；

(4)任务管理单元完成上述指令数据和数据的解析并发送给伺服控制单元；

(5)伺服控制单元在收到上述经解析后的指令数据和数据完成伺服控制运算，形成控制指令以控制电机驱动模块实现对载机姿态和位置的调整。

所述伺服控制运算包括但不限于：控制电机速度的pwm电压，通过foc矢量算法对电机进行换向，通过位置传感器获取转子的位置，根据pid控制算法输出速度。

本发明的技术效果在于：

1、该设计方法采用任务管理和伺服控制一体化形式，既可以保证任务的并行处理提高系统的实时性，降低系统的功耗，同时也利于产品的小型化设计，采用伺服控制单元的zone区域通过xintf数据总线与双端口ram读取数据速度达2ns；

2、该设计方法可以针对控制系统具体的需求进行配置，与采用通用处理器的设计方法相比，该方法能够更好的满足系统对接口和功能的需求，提高了系统设计的灵活性。

附图说明

图1为本发明一种机载任务管理及伺服控制一体化系统及方法的设计原理示意图。

具体实施方式

实施例1--一种机载任务管理及伺服控制一体化系统

一种机载任务管理及伺服控制一体化系统，包括依次进行数据传输的任务管理单元及飞控上位机；还包括载机及用于检测载机信息的检测单元，所述检测单元包括传感器信号采集单元、任务载荷单元及光纤陀螺惯性导航系统；任务管理单元还连接有存储单元及电源和时钟系统；还包括伺服控制系统，所述系统控制系统一端与任务管理单元进行数据传输，另一端与任务载荷单元通过电机驱动模块控制载机运动。

实施例2--一种机载任务管理及伺服控制一体化系统

一种机载任务管理及伺服控制一体化系统，包括载机、用于检测载机信息的检测单元，载机信息的检测单元包括传感器信号采集单元、任务载荷单元及光纤陀螺惯性导航系统；检测单元将检测到的信息发送给任务管理单元，任务管理单元存储至存储单元即双端口ram中；

其中，任务载荷单元包括用于白昼使用的可见光变焦电视以及用于黑夜使用的红外热像仪和激光测照器；传感器信号采集单元包括角位置传感器和角速度传感器。其中，任务载荷单元通过图像处理单元连接任务管理单元；传感器信号采集单元、光纤陀螺惯性导航系统、图像处理单元均通过串口通信单元连接任务管理单元，任务管理单元存储至存储单元即双端口ram中，双端口ram通过spi接口与任务管理单元连接；任务管理单元通过串口通信单元连接飞控上位机；还包括伺服控制单元，所述伺服控制单元一端通过xintf数据总线连接任务管理单元，另一端通过d/a转换单元连接电机驱动模块进而控制载机运动。

其中，上述伺服控制单元采用ti公司的浮点型dsp处理器tms320f28335作为核心处理器，任务管理单元采用alter公司的ep3c16f256fpga作为控制核心。图像处理单元指视频跟踪处理器，型号rb145440gfjs。光纤陀螺惯性导航系统型号为pa-imu-02d。

实施例3--一种机载任务管理及伺服控制一体化方法，采用如上实施例1所述机载任务管理及伺服控制一体化系统，具体过程如下：

(1)初始化操作：飞控上位机一方面下发指令给任务管理单元，使任务管理单元周期性地采集检测单元的信息；另一方面，在任务管理单元中设定样本信息；

(2)开始工作时，任务管理单元周期性地采集检测单元检测到的信息并存储至存储单元；

(3)任务管理单元根据检测到的信息判断获取的目标图像信息是否和真实目标信息一致，并将检测到的信息与样本信息进行分析比对，并将判断结果上报给飞控上位机进行显示，操作人员在看到飞控上位机上显示的信息后，通过飞控上位机向任务管理单元发送控制指令数据和数据；

(4)任务管理单元完成上述指令数据和数据的解析并发送给伺服控制单元；

(5)伺服控制单元在收到上述经解析后的指令数据和数据完成伺服控制运算，形成控制指令以控制电机驱动模块实现对载机姿态和位置的调整。

实施例4--一种机载任务管理及伺服控制一体化方法，采用如上实施例1所述机载任务管理及伺服控制一体化系统，具体过程如下：

(1)初始化操作：飞控上位机一方面下发指令给任务管理单元，使任务管理单元周期性地采集任务载荷单元、传感器信号采集单元、光纤陀螺惯性导航系统检测到的信息；另一方面，在任务管理单元中设定样本信息；

(2)开始工作时，任务管理单元周期性地采集任务载荷单元、传感器信号采集单元、光纤陀螺惯性导航系统的信息检测到的信息并存储至双端口ram中；

(3)任务管理单元根据检测到的信息判断获取的目标图像信息是否和真实目标信息一致，并将检测到的信息与样本信息进行分析比对，并将判断结果上报给飞控上位机进行显示，操作人员在看到飞控上位机上显示的信息后，通过飞控上位机向任务管理单元发送控制指令数据和数据；

(4)任务管理单元完成上述指令数据和数据的解析并发送给伺服控制单元；

(5)伺服控制单元在收到上述经解析后的指令数据和数据完成伺服控制运算，通过d/a转换单元形成控制指令以控制电机驱动模块实现对载机姿态和位置的调整。

本发明申请中，任务载荷单元包括用于白昼使用的可见光变焦电视以及用于黑夜使用的红外热像仪和激光测照器；识别光线强度来实现控制，白昼通过任务管理单元切换为使用可见光变焦电视，黑夜通过任务管理单元切换为使用红外热像仪。即根据白昼、黑夜在可见光变焦电视和红外热像仪工作模式之间选择，先启用搜索模式工作，在此模式下进行手动或自动持续搜索，发现敏感目标后进行捕获并转入跟踪模式，启动激光测照器机进行工作，对目标的距离信息进行实时测量，并进行目标照射，为激光制导打击做好准备。

光纤陀螺惯性导航系统用于实时测量载机的角运动和线运动参数，并对外输出载机相对于导航系的姿态和偏航角，向用户提供载体姿态、速度及位置信息。