[發明專利]一種基于CAN總線的兩余度舵機控制系統

在審

• 申請號: 201610449715.4
• 申請日: 2016-06-21
• 公開（公告）號: CN107526289A
• 公開（公告）日: 2017-12-29
• 發明（設計）人: 李福霞
• 申請（專利權）人: 李福霞
• 主分類號: G05B9/03
• 分類號: G05B9/03
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術領域

本發明涉及一種基于CAN總線的兩余度舵機控制系統，適用于機械領域。

背景技術

舵機作為飛行器上的關鍵執行機構，一旦出現故障就會威脅飛行器的飛行安全，舵機的性能和可靠性直接影響飛行器的安全可靠性。較先進的飛行器大都采用了以伺服電動機為驅動動力的電動舵機。要提高舵機的可靠性，僅靠采用提高各控制元件和電機的性能和可靠性的方法，在當時的技術發展水平下，效果并不明顯，而成本卻成倍地增加。采用余度技術，能夠使用成本和可靠性相對較低的元器件組成可靠性高的系統。因此，在飛行器舵機控制系統中應用余度技術是提高飛行器任務可靠性與安全可靠性的有效途徑。無刷直流電動機綜合了直流電機和交流電機的優點，結構簡單、運行可靠、效率高、調速性能好，采用無刷直流電動機作為電動舵機的驅動動力，能進一步提高飛行器的操控性能。CAN總線與常用的RS422, RS485等通信網絡相比，具有可靠性高、實時性好的優點。

發明內容

本發明提出了一種基于CAN總線的兩余度舵機控制系統，采用了差動周轉輪系運動合成方式，有效地解決了負載不均衡時帶來的力紛爭問題。使舵機控制系統的可靠性提高。2個余度通道電氣部分完全相同，都能獨立完成控制任務，實現了完全電氣余度，其中一個通道中的任何部件發生故障，舵機系統仍能正常運行。采用了可靠性和實時性高的CAN通訊方式，使兩余度間的切換迅速、準確。

本發明所采用的技術方案是：

所述控制系統的上位機通過CAN通信向通道1和通道2發布控制指令，通道1和通道2之間也可通過CAN通信交互信息，通道1和通道2通過差動周轉輪系把電機1和電機2的機械運動合成為輸出軸的運動，再通過直線作動器把旋轉運動轉變為直線運動，從而帶動舵面旋轉。當兩個通道的負載不均衡(即轉速不一致)時，差動周轉輪系能有效地解決力紛爭問題，從而降低了控制系統設計的難度。舵機控制系統中的每一通道都由電機、控制驅動單元和供電電源等組成，其中一個通道中的任何部件發生故障，系統都可切換為另一通道替換其工作，舵機系統仍能正常運行，使飛行器的安全可靠性得到提高。

所述舵機控制系統中的控制器是完成舵機運動控制的主體，主要負責和上位機的信息交互，電機的控制和驅動，余度的調度管理和故障的診斷和分類等功能?？刂葡到y中的兩個通道中的控制器功能相同，在硬件和軟件配置上也完全一致。

所述控制器的硬件電路主要由MCU、電機控制和驅動電路、CAN接口電路、剎車電路、位置檢測電路和過流檢測電路等模塊組成。

所述控制系統的MCU選用Freescale Semiconductor的高性能16位MC9S 12DG256微處理器，它集成了PWM、串行通信接口、A/D轉換器、串行設備接口和CAN接口等各種外設資源。它具有數值計算強.運算指令豐富，晶振模塊的功耗低，FLASH存儲器容量大，可以在線編程等優點。MCU的任務主要是與上位機進行信息交換，通過CAN驅動器實現CAN信息幀的收發，向LM629寫進指令和數據，同時接收LM629反饋回的信息。

所述MC9S12DG256微控制器芯片內部集成了CAN控制器，要完成通信功能，在硬件電路上只需要加上CAN驅動器PCA82C250和光電藕合器bN137。另外，抑制反射的120 SZ的終端匹配電阻還應接在總線的兩端，以提高通訊的抗干擾能力和可靠性。

所述控制器軟件在CodeWarrior集成開發環境下開發，控制器軟件采用模塊化設計，主要包括主程序、初始化模塊、運動控制模塊和通訊模塊。主程序主要負責余度管理及余度切換，故障檢測處理，并通過檢測電機軸端的光電編碼器，獲取各通道電機的工作任務完成情況。

所述初始化模塊主要包括對通訊參數的初始化和對LM629的初始化。通訊參數初始化主要是對MSCAN模塊的與通訊初始化相關的寄存器進行設置，如對MSCAN中的CAN1的初始化包括對寄存器CANIBTRO、CAN1BTRl、CANICTLI、CAN1IDAC、CANIIDAR、CANIIDMR等寄存器進行設置。對LM629進行初始化操作時，LM629的RST引腳被拉低至少8個時鐘周期，LM629就會硬件復位。

所述運動控制模塊主要是由MCU通過對LM629的控制來實現電機控制功能。首先進行初始化操作，然后依次傳送PID參數和運動軌跡參數，最后發送運動命令，電機開始運動，在這一過程中一直讀LM629狀態字，檢測其是否已經完成運動軌跡，當運動軌跡完成后，等待新的運動命令。通訊模塊主要實現CAN通信傳輸數據的接收和發送，采用中斷機制實現。