[實用新型]數(shù)字化舵機(jī)控制器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420211344.2
• 申請日: 2014-04-28
• 公開（公告）號: CN204229188U
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張新華;張遠(yuǎn)虎;熊官送;張兆凱;曹東海
• 申請（專利權(quán)）人: 北京自動化控制設(shè)備研究所
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 核工業(yè)專利中心 11007
• 代理人: 高尚梅

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及飛行器控制領(lǐng)域，具體涉及舵機(jī)控制器。

背景技術(shù)

隨著飛行器速度、飛行高度和機(jī)動性的不斷增加，電動舵系統(tǒng)必然要向快速響應(yīng)、能在高空條件下可靠工作、實現(xiàn)精確控制的方向發(fā)展。已有的電動舵系統(tǒng)的控制電路主要采用模擬電路，電路體積較大、很難采用先進(jìn)的控制算法、因元器件參數(shù)變化控制電路長時間工作后還會導(dǎo)致性能變差。相反，采用數(shù)字控制方式卻不存在這些問題，因此，電動舵系統(tǒng)的全數(shù)字化是今后的重點發(fā)展方向。目前，由于DSP技術(shù)快速發(fā)展，一些高速、專用電機(jī)控制高速數(shù)據(jù)處理器(DSP)的出現(xiàn)，為電動舵系統(tǒng)的數(shù)字化控制奠定了基礎(chǔ)，使得長期以來構(gòu)建在現(xiàn)代控制理論或其它一些復(fù)雜控制算法基礎(chǔ)上的控制理論能夠?qū)嵱没?/p>

在由DSP直接控制直流無刷電機(jī)時，對于每一個無刷電機(jī)，需要6路PWM信號，這樣，由于DSP輸出端口個數(shù)有限，一個DSP只能控制2個無刷電機(jī)，要同時控制4個無刷電機(jī)，就需增加一個DSP，這樣2個DSP之間還需要通訊，導(dǎo)致硬件及軟件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，方案不優(yōu)。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型目的在于設(shè)計數(shù)字化舵機(jī)控制器，使用1個DSP來控制4個以及更多無刷電機(jī)，用于多種采用永磁無刷直流伺服電機(jī)的舵機(jī)控制。

本實用新型是一種數(shù)字化舵機(jī)控制器，包括：CPU處理器，對于無刷電機(jī)進(jìn)行控制，實現(xiàn)舵機(jī)控制，其中：對于1個無刷電機(jī)，CPU處理器輸出1路PWM信號，通過邏輯電路進(jìn)行擴(kuò)展，得到無刷電機(jī)的6路控制信號；邏輯電路表達(dá)式如下所述：

其中，A：A相霍爾信號；B：B相霍爾信號；C：C相霍爾信號；來自無刷電機(jī)；

ENABLE：使能控制信號；

PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5、PWM6：無刷電機(jī)6路控制信號。

如上所述的一種數(shù)字化舵機(jī)控制器，其中，所述CPU處理器為DSP，邏輯電路由CPLD芯片實現(xiàn)。

如上所述的一種數(shù)字化舵機(jī)控制器，其中：所述的CPLD采用Altem公司MAX7000。

本實用新型的優(yōu)點在于：采用DSP+CPLD結(jié)構(gòu)，完成對舵機(jī)的直接控制。通常，無刷電機(jī)的數(shù)字控制是根據(jù)霍爾信號狀態(tài)在軟件中查詢正、反轉(zhuǎn)的2個換相表來實現(xiàn)無刷電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)控制，當(dāng)4個舵機(jī)同時控制時，軟件相對復(fù)雜。本方案中利用CPLD，結(jié)合PWM信號擴(kuò)展實現(xiàn)無刷電機(jī)的硬件換相，同時方案中無需考慮電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)，因此，軟件設(shè)計只需考慮算法，結(jié)構(gòu)合理，并且可完全實現(xiàn)無刷電機(jī)與有刷電機(jī)控制的軟件兼容。

附圖說明

圖1是系統(tǒng)總體數(shù)字控制電路功能結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是通過CPLD擴(kuò)展實現(xiàn)的邏輯電路結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進(jìn)行進(jìn)一步描述。

以下結(jié)合附圖說明和具體實施例對本實用新型做進(jìn)一步的說明；DSP的外設(shè)資源有限，一個DSP只能控制2個無刷電機(jī)，要同時控制4個無刷電機(jī)，就需增加一個DSP,這樣2個DSP之間還需要通訊，導(dǎo)致硬件及軟件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，方案不優(yōu)。針對此種情況，本實用新型設(shè)計了DSP+CPLD方案，通過CPLD擴(kuò)展DSP的外設(shè)資源，使得一個DSP能夠滿足同時控制4個及以上無刷電機(jī)的資源要求，優(yōu)化了系統(tǒng)的方案。

本實用新型控制器采用DSP+CPLD結(jié)構(gòu)，對外通訊采用1553B總線，控制算法采用基于控制對象特性的非線性PID，很好的實現(xiàn)了對大功率電動舵機(jī)的數(shù)字控制。

如圖1所示，系統(tǒng)總體數(shù)字控制電路主要由以下幾部分組成：

CPU單元：主要完成數(shù)據(jù)通信以及數(shù)據(jù)處理、控制規(guī)律解算、控制量輸出以及控制參數(shù)的上傳與存儲，包括DSP處理器、外圍時鐘電路以及參數(shù)存儲電路；

CPLD擴(kuò)展單元：采用Altera公司MAX7000系列可編程邏輯芯片，主要完成PWM波形擴(kuò)展、復(fù)位控制以及其它模塊的控制邏輯處理；

AD采樣單元：完成4個舵回路反饋信息采集，設(shè)計采用2片AD7656芯片，實現(xiàn)12路模擬電壓采集，輸入信號范圍±5V，數(shù)據(jù)傳輸采用并口模式；

1553B總線通信單元：與上位機(jī)通信采用1553B數(shù)據(jù)總線，通信速率4Mbps，電路組成為1個總線控制器、2個隔離變壓器和1個時鐘電路；

供電單元：實現(xiàn)對電路板各部分供電，提供電源包括數(shù)字體系的+5V、+3.3V、+1.8V,模擬體系的+15V、-15V、+5V以及+2.5V。