工控伺服系统技术之手编织高精度大型望远镜伺服设计的璀璨篇章
工控伺服系统技术巧手编织高精度大型望远镜伺服设计，单片机主导闭环控制算法与上位机通信，LCD显示掌握。CPLD精湛增量编码器计数、电机驱动波形生成及I/O接口管理。独立操控或集成上位机，具备实时性强、抗干扰能力高、成本低廉和调试便捷等特点。引言微电子技术与计算机的进步推动伺服控制领域高速化、小型化和模块化发展，同时要求算法简洁可行，接口灵活，以适应各种应用场景。
在高精度大型望远镜伺服控制中，我们采用了绝对式和增量式光电编码器作为主要反馈手段，并通过调整电压大小或PWM占空比来驱动电机速度。此外，还设有与上位机通信的接口以及逻辑输入输出接口。大型望远镜作为用于跟踪测量飞行目标或观察天体的精密光学设备，其伺服系统对于跟踪目标、测量位置及其他参数至关重要，对望远镜观测能力影响深刻。
本文选用高速单片机C8051F120及其配套的CPLDEPM570T100实现望远镜伺服系统设计。单片机会处理闭环控制算法，上位机通信以及LCD显示，而CPLD则负责高速光电编码器AB码计数、32位可逆计数，以及高分辨率带死区PWM驱动信号产生。本文结合了单片机和CPLD的优势，为望遠鏡系統設計提供了新的可能。
系统硬件设计
采用高速单片机构建低成本伺服控制方案，由于其兼容性强且易于开发，因此选择合适的一款可以满足复杂数字电路设计需求。
CPLD具有编程灵活、高集成度快捷开发周期短并且成本效益好，可以有效减小PCB面积提升可靠性。
CPLD片上各模块实现
2.1 倍频鉴向与计数
编码器经过整形后进入辨向电路，再由可逆计数完成脉冲计数输出32位二进制值；基于此获得位置值并通过微分得到速度值。
由于10MHz以上频率需要较好的抗干扰性能而且快速反应时间，可使用100MHz全局时钟进行分频以满足不同采样需求。
2.2 时钟电路
全局时钟为100MHz，可以分频为1kHz、500Hz或者50Hz；采样周期为1ms即每秒一次数据采样，用以触发中断处理任务，如圆盘裁剪检测等。
2.3 PWM脉冲制作
功率级H桥需4路带死区PWM信号避免直通；利用12.5kHz三角波与0-8000数据比较产生一路PWM，然后反向再次转换出两路带死区时间至少5μs的PWM信号最后根据工作模式进一步处理得到4个驱动功率级PWM信号用于多种情况下共享使用。
3 控制算法实现
内模控制方法，将对象模型并联实际对象近似匹配模型最小相位部分之逆，并加以低通滤波增强鲁棒性。当模型完全匹配被控对象时输入等于输出，这种内嵌模型直接展示调节参数响应及鲁棒性的关系，内部模型特征依赖于内部模型对被控对象匹配程度。
综述：本文探讨了一种基于高速单片机和配置合理的CPLDEPM570T100的大型望远镜伺服系统设计，该系统能够独立进行运动轨迹追踪，也能配合上位电脑协同操作，以达到更优质的地面观测效果。此外，该作品还涉及到了如何提高整个实验室环境中的实验质量，从而使得研究人员能够更准确地获取所需数据。这是通过一个非常先进但也非常复杂的人工智能算法来完成，这些都是目前科学研究中不可或缺的一部分。而这种技术不仅限于地球上的科学研究，它们也正在帮助我们探索太空，并发现新星系。在未来，不论是在宇宙还是在地球上的任何地点，只要我们愿意投入努力，我们都有可能找到更多未知的事物。这就是为什么这个项目如此重要，因为它代表着人类知识增长过程中的另一个巨大飞跃。
