[發明專利]電動舵機用單芯片數字控制器及單雙極調制輸出控制方法

有效

• 申請號: 201010524193.2
• 申請日: 2010-10-29
• 公開（公告）號: CN102053570A
• 公開（公告）日: 2011-05-11
• 發明（設計）人: 謝斌;余向陽;王麗麗;徐叔喜
• 申請（專利權）人: 中國兵器工業集團第二一四研究所蘇州研發中心
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 孫仿衛

技術領域

本發明涉及一種可以輸出單雙極PWM脈沖調制信號以驅動電動舵機工作的數字控制器。

背景技術

舵機是飛行器的執行機構，它直接關系到飛行器的控制精度和動態品質。傳統的飛行器一般沿用液壓舵機或氣壓舵機，近年來隨著全電作動技術的日益成熟，長期的理論和實踐探索證明，用電動舵機取代液壓、氣壓舵機已經成為一種必然的趨勢。電動舵機的應用可以極大的提高系統在可靠性、可維修性、保障性等各方面的性能，而且大大減輕飛行器的重量、降低維修費用等。因此，電動舵機已被廣泛應用于各種飛行器的導航控制。

由于飛行器專用電動舵機對控制器的控制精度以及實時性的要求很高，因此目前其控制器其主要采用DSP結合PWM脈寬調制器構成的控制系統實現舵機控制。其中DSP主要采用軟件算法實現對控制數據的實時處理，PWM脈寬調制器則根據DSP處理好的控制數據產生相應的控制信號，以控制舵機按照設定要求運轉。雖然該舵機控制系統的解決方案具備應用靈活，控制性能好等特點，但也存在一些不足，主要表現為DSP應用存在結構復雜，技術難度大、開發成本高等缺點，特別是由于DSP應用結構復雜，占據較大的控制系統面積，從而無法滿足小型化飛行器舵機控制系統的應用需求。

發明內容

本發明目的是提供一種控制靈活、單芯片集成、能夠提供單雙極調制信號輸出的數字控制器。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案為：一種電動舵機用單芯片數字控制器，其用于輸出至少一路PWM脈寬調制信號以驅動電動舵機工作，它包括：

控制量輸入邏輯電路，所述的控制輸入邏輯電路包括至少一個通道控制量寄存器、死區寄存器、周期寄存器和控制寄存器，所述的通道控制量寄存器用于存儲相應通道正向舵機輸出脈沖占空比和反向舵機輸出脈沖占空比所對應的控制量M；所述的死區寄存器和周期寄存器分別存儲周期T信息和死區時間D信息；所述的控制寄存器用于存儲各通道關閉使能信號、觸發信號、單雙極工作模式等配置整個控制器工作的控制信息；

狀態檢測邏輯電路，其主要用于接收各通道控制寄存器中的控制量數據，并對接收的控制量數據是否在預設范圍內進行判斷，若接收的控制量不在預設范圍內，所述的狀態檢測邏輯電路將自動調整控制量至預設范圍內，并輸出運算控制信號和運算加載信號；

算術運算邏輯電路，其由乘法器、加法器構成，所述的算術運算邏輯電路用于將控制量M轉換為正向驅動脈沖寬度P或/和反向驅動脈沖寬度N輸出；

脈寬調制邏輯電路，由至少一個脈寬調制通道組成，其接收控制寄存器的控制信息以及狀態檢測邏輯電路的輸出信號，并根據算術邏輯運算電路輸出的脈沖寬度值P和N，輸出相應的PWM波形信號；

所述的控制量輸入邏輯電路、狀態檢測邏輯電路、算術運算邏輯電路以及脈寬調制邏輯電路集成在同一芯片上，該芯片具有用于接收與控制量輸入邏輯電路的相應寄存器相對應的輸入引腳以及與脈寬調制邏輯電路PWM波形信號輸出相對應的輸出引腳。

根據上述技術方案所優化的實施方式中，所述的控制量輸入邏輯電路還包括與各控制量寄存器相連接的多路選擇器，所述的多路選擇器接收狀態檢測邏輯電路輸出的運算控制信號輸出相應通道的控制量至算術運算邏輯電路中。

所述的狀態檢測邏輯電路控制量預設范圍在40～4000之間，若輸入的控制量M小于40，該電路將控制量設置成值40輸出；若輸入的控制量M大于4000，該電路將控制量設置成值4000輸出。

上述40～4000的預設范圍中，當輸入控制量M在40～2000之間，為反向舵機驅動輸出，所述的反向舵機驅動輸出定義為在一個周期內，正向舵機驅動脈沖寬度P小于反向舵機驅動脈沖寬度N；當輸入控制量M在2000～4000之間，為正向舵機驅動輸出，所述的正向舵機驅動輸出定義為在一個周期內，正向舵機驅動脈沖寬度P大于反向舵機驅動脈沖寬度N。

所述的算術運算邏輯電路根據輸入控制量M、死區D、周期T以及工作模式信息，進行P脈沖寬度與N脈沖寬度的轉換方式為：在雙極工作模式下，當輸入控制量在40≤M＜2000時，P脈沖寬度為N脈沖寬度當輸入控制量M＝2000時，P脈沖寬度為50％T-D、N脈沖寬度50％T-D；當輸入控制量2000＜M≤4000時，P脈沖寬度為2000＜M≤4000、N脈沖寬度在單極工作模式下，當輸入控制量40≤M＜2000時，P脈沖寬度為0％T、N脈沖寬度當輸入控制量M＝2000時，P脈沖寬度為0％T、N脈沖寬度0％T；當輸入控制量2000＜M≤4000時，P脈沖寬度為N脈沖寬度0％T。