基本测控单元单片机测控单元

单片机是一种具有CPU和各种不同外部电路的微处理器。从结构上看，单片机与微处理器的重要区别在于，单片机的系统管理资源没有微处理器丰富，但却具有多种用户电路。因此，如果系统不需要复杂的管理，就可以充分利用单片机的电路集成特性，把系统体积压缩到最小。单片机组成的基本测控单元结构如图1所示。

测控单元以功能来划分，可分为集中式测控单元、独立综合式测控单元。集中式测控单元可实现数据采集或控制的某一个单一功能，例如遥测单元、遥控单元。独立综合式测控单元能实现各类信号的测量、控制功能。构成测控装置的器件很多，主要以单片机、DSP(Digital Signal Processor)为主。

从系统简单、易于开发的角度看，提供了相应用户电路的单片机则具有良好的实用性。但如果要实现复杂算法，或许要进行高速数学处理的测控装置，选择DSP器件有其明显的优势。由DSP器件组成的测控装置系统结构示意图如图2所示。

DSP芯片是一种专门用于数字信号处理的微处理器，它是一种特殊的、专业的微处理器，不仅具有可编程性，而且其实时运行速度远远超过通用微处理器。其特殊的内部结构，强大的信息处理能力以及较高的运行速度等特点，使其在各个领域得到越来越广泛的应用。

DSP芯片的内部采用程序和数据分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，采用流水线操作，提供特殊的DSP指令，可以用来快速的实现各种数字信号处理算法。DSP芯片具有如下的一些主要特点：

(1)在一个指令周期内可以完成一次乘法和一次加法。

(2)程序和数据空间分开，可以同时访问数据空间和程序空间。

(3)片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线同时访问两块芯片。

(4)快速的中断处理和硬件支持。

(5)具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器。

(6)可以并行执行多个操作。

(7)支持流水线操作，取址、译码和执行等操作可以流水执行。

DSP器件有通用与专用之分。通用DSP的运算和处理是用“软件”实现的，而专用DSP一般是针对某种具体应用而设计的，其运算是用硬件直接实现。常见的专用DSP有：FFT、卷积/相关器、复乘加器等。专用DSP内部结构简单，速度远高于通用DSP，其缺点是灵活性差，几乎不具备自适应处理能力。

单片机只有单总线，且片外地址、数据线复用；而DSP片内有许多总线，片外的地址、数据总线分开，还有比异步串口(UART)速度高得多的同步串口或通信口，因此，数据输入/输出能力很强。DSP数据位宽，乘加器位宽也比单片机大，进行数字信号处理时速度快、精度高。DSP有大容量的片内存储器。但单片机的控制接口种类比DSP多，适用于以控制为主的模数混合设计。在其他方面，两者是类似的。

预测控制算法种类较多，表现形式多种多样，但都可以用预测模型、滚动优化和反馈校正这三条基本原理加以概括。

预测控制系统预测模型

预测控制的本质是在对过程的未来行为进行预测的基础上，对控制量加以优化，而预测是通过模型来完成的。因此模型是预测控制的基本元素。预测模型的功能是根据对象的历史信息和未来输入预测其未来输出。在MAC算法中，根据被控对象的单位脉冲响应序列，截取前N项构建系统的近似脉冲传递函数并将其作为预测和控制的模型。

预测控制系统滚动优化

预测控制的优化，是在未来一段时间内，通过某一性能指标的最优化来确定未来的控制作用，这一性能指标涉及系统未来的行为，并且在下一时刻只施加当前时刻控制作用，从而依次滚动进行。可见，它是在线反复进行的，而且优化是局部优化，有别于传统意义下的全局优化。为了不使控制量的变化过于激烈，MAC采用如下优化性能指标：

其中，q_i，r_i分别为误差加权系数和控制加权系数，表示对误差和控制变化的抑制。

预测控制系统反馈校正

预测控制是一种闭环控制算法，用预测模型预测未来的输出时，由于对象先前信息的不充分，预测值与真实值之间存在一定的偏差，只有充分利用实际输出误差进行反馈校正，才能得到良好的控制效果。利用模型的预测误差：

来校正模型的预测，得到新的更为准确的模型预测，这个过程将反复在线进行。

测控计划通常有测控站(或测量船)测控计划和指挥控制中心(以下简称中心)测控计划，均由中心生成。

中心提前将测控站(或测量船)计划发送至测控站(或测量船)，情况变化时中心可撤消原计划，发送新计划。一般情况下，中心按透明工作方式发令；应急情况下，经中心授权由测控站(或测量船)按测控计划要求向飞行器发令。中心测控计划保留在中心，中心按此计划进行测控工作。

测控站(或测量船)计划一般包括计划序号、计划形成时间、任务代号、参试工作单位、参试设备代号、任务准备开始和结束时间、跟踪开始和结束时间、发送遥控指令(或指令链、注入数据)时间等项目。中心测控计划包括计划序号、生成时间、任务代号、计划开始和结束时刻、测控事件开始和结束时刻等项目 。