1. 引言

由于各種民用、軍用飛行器技術的快速發展，當今世界各國都十分重視半實物仿真技術的研究和應用,而飛行模擬轉臺是半實物仿真的重要設備之一。通常，飛行模擬轉臺提供模擬飛行器飛行姿態角和為被試件提供測試條件的功能，以便驗證全數字仿真的實驗結果并進一步優化或改良飛行器設計方案。而對于轉臺這樣一個典型的自動控制系統來講，控制器扮演重要角色，其優劣直接決定飛行仿真實驗的成敗和效果。因此，尋求簡單易用且可靠的控制器成為轉臺設計的一個重要方面。

2. 使用PMAC控制器

隨著自動控制理論和數字計算機及其應用技術的不斷發展，使以計算機為基礎控制技術迅猛發展，被控對象規模更大，控制過程和規律也更加復雜和精密，控制方法也更加靈活多樣。在轉臺的控制系統中，除了用來產生輸入信號的仿真機之外，計算機還扮演了控制器的角色。在這里，計算機可以是單片機、工控機或者是PC等。根據控制器的不同形式，計算機控制系統分為集中式，分布式，集散式三種類型，其中集散式控制器又分為PC機與單片機，PC機與PC機，PC機與嵌入式控制器三種形式。

在控制系統中使用PMAC，采用的就是PC機與嵌入式控制
器組合這種形式。

2.1問題的提出

轉臺的控制系統通常采用上、下位機的形式。如圖1所示，常見的控制器一般位于下位機，由其給出具體控制算法，并由下位機總線上的各個分立器件（如放大器，DA、AD轉換裝置等）來完成輸出控制信號和采集被控對象位置/速度等信息的功能，同時通過網卡等通信設備與上位機交換信息。這里，控制器的功能由一個各部分相對獨立的系統來完成，使系統設計、控制算法實現和數據采集都較為復雜;加上各個設備之間可能存在的干擾，整個系統的安裝調試需要花費較多的精力才能完成。這樣看來，如果整個下位機（包括提到的各種功能）能夠由一個獨立的通用部件完成，系統設計和調試所面對的困難就要小得多。PMAC控制器正好可以達成這一目的。

2.2 PMAC簡介

PMAC的全稱是Programmable Multi Axis Controller，由美國Delta Tau公司設計生產。PMAC系列包含適用多種總線平臺的板卡以及適于獨立使用的組件。PMAC基于DSP（數字信號處理器），是一種通用的運動控制器，但更適用于數控機床等軸運動設備。它可以控制2 – 32根軸的運動（18塊PMAC級聯可以控制128根軸），同時包含多路數字I/O和DA/AD裝置;可以自動生成各種控制曲線的軌跡，并允許用戶方便的生成自己的控制代碼。由于DSP的強大功能，PMAC甚至集成了典型的控制算法（也可以由用戶提供自己的控制算法），并提供高精度的計算能力。用于PC的PMAC提供ISA/PCI總線或串口的通信方式，并提供了一組編程接口供高級用戶進行二次開發。

PMAC非常適合于對軸運動進行控制。因此，只要滿足指標要求，飛行模擬轉臺也可以采用PMAC作為控制器。這樣，整個下位機物理結構可以大大簡化，系統設計和調試過程也變得相對簡單。

圖2是PMAC本身提供的前饋濾波+PID控制算法的框圖，其中的各個參數都可以調節，以滿足不同需要。

圖2：PMAC的PID框圖
3. 系統構成方法

3.1 由PMAC構成上下位機系統

簡化的邏輯框圖如圖3所示。

圖中，PMAC控制卡通過標準總線與上位機相聯，碼盤等測速或測角機構通過PMAC上的DD接口傳遞位置、速度等信息，經PMAC處理，并按上位機給出的控制要求通過PMAC上的DA接口輸出合適的電平信號控制轉臺上的電機運動，從而構成控制閉環。

另外，PMAC通過總線向上位機交換報告轉臺位置、運行安全等信息，并從上位機獲得程序運行所需要的命令，如程序開始、結束和系統復位等。

由于PMAC自身的特性，使諸如碼盤信號換算、行程限位等功能可以很方便的實現，且PMAC的可編程特性使系統經由很強的擴展能力，整個系統構成要比普通的上下位機系統顯得簡單實用。而PMAC的使用也使系統更具通用性，只需作少量調整即可應用于其他設備。

3.2軟件環境的選擇

過去用于轉臺控制的上下位機軟件系統普遍采用DOS作為操作系統。這一方面是受當時的條件限制，另一方面也是由于DOS的開放性，程序可以直接對硬件進行操作，且一般認為DOS的實時性較好。缺點是控制軟件的圖形界面不容易通過編程的方式生成，控制和通信程序中揉雜大量用于生成用戶界面的代碼，調試和維護比較困難，而且直接直接對硬件操作使得程序通用性較差。隨著計算機軟/硬件及其應用技術的發展，一方面計算機硬件的價格顯著降低，軟件產品極大豐富，另一方面使用者對程序界面的要求也逐漸提高，越來越多的控制系統軟件開始采用Windows作為操作系統。對于PMAC而言，它同時提供了基于DOS和Windows的配置程序、二次開發工具以及例程。穩定性方面，Windows作為控制系統上位機的操作系統已經是流行的做法，說明它可以滿足一般要求;而實時性更是一個相對概念，對于轉臺控制系統而言，只要你有足夠快的硬件設備和不太差的控制/通信程序，毫秒級的時間精度不難達到。

這樣，如果采用PMAC作控制器，我們可以選用Windows作為上位機的操作系統;而PMAC運行一般并不需人為干預，結果合適配置，上電后會按既定的方式執行程序。PMAC通過驅動程序+開發庫的方式提供與OS的接口，Windows下常見的開發工具都可以使用。

4. PMAC相關的程序設計

作為一款成熟的工業產品，PMAC不僅提供了快速穩定的硬件平臺，也提供了一套完整的二次開發接口供高級用戶使用。PMAC用于數控機床等的控制時，可以由用戶編寫程序在相應的坐標系內對各個軸的運動軌跡進行方便的控制，并方便地取得各個軸的速度、加速度、位置等信息。

4.1 PMAC的基本運行方式

在PMAC和PC構成的系統中，相對于PMAC，PC機一側一般稱為主機（Host）。

PMAC上的DSP芯片起到C
PU的作用，通過DSP Gate控制程序的運行。用于PC的PMAC的啟動過程和普通的板卡沒有太大的區別：主機上電后，PMAC默認通過PCI或ISA總線（取決于PMAC的種類）與主機通信，隨后PMAC開始自檢過程（這一點上很象一臺計算機），如果PMAC自檢沒有問題，則從板上自帶的EPROM內讀取變量初始設置等配置信息;如果有活動的PLC程序且PLC程序可以運行，則PLC程序也會開始在后臺運行。PMAC啟動完成后，則可以接收來自主機總線或端口（串行口）的指令，進行進一步的動作。