基于dsp的四余度直流舵機控制系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于航空領域，具體地涉及一種基于DSP的四余度直流舵機控制系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著對飛行器更高性能的不斷追求，如何提高飛控系統(tǒng)性能已成為航空領域研究的重要問題之一。而對于飛控系統(tǒng)而言，舵機是必不可少的一部分，其性能的優(yōu)劣直接制約著整個飛控系統(tǒng)的性能。此外，除了基本性能，系統(tǒng)可靠性也日益成為評價飛控系統(tǒng)的重要指標之一，而多余度、容錯技術正是提高系統(tǒng)可靠性的有效措施之一。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明就是針對上述問題，彌補現(xiàn)有技術的不足，提供一種基于DSP的四余度直流舵機控制系統(tǒng)；本發(fā)明系統(tǒng)通過容錯技術及數(shù)字控制技術的融合，滿足了飛控系統(tǒng)對于體積和質量方面的苛刻要求，同時進一步提高了系統(tǒng)的可靠性，在航空航天領域具有很好的應用價值。
[0004]為實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案。
[0005]本發(fā)明一種基于DSP的四余度直流舵機控制系統(tǒng)，包括舵機驅動器和舵機本體；其中所述舵機驅動器包括核心控制CPU電路、隔離電路、驅動電路、逆變電路，還包括必要的保護電路和調理電路；所述舵機本體包括第一余度電機、第二余度電機、第三余度電機、第四余度電機及速度/位置傳感器；所述核心控制CPU電路還與上位機進行相互連接；所述核心控制CPU電路的輸出端分四路連接，其中第一路連接為:隔離電路連接驅動電路、驅動電路再連接逆變電路、逆變電路再連接第一余度電機；第二路連接為:隔離電路連接驅動電路、驅動電路再連接逆變電路、逆變電路再連接第二余度電機；第三路連接為:隔離電路連接驅動電路、驅動電路再連接逆變電路、逆變電路再連接第三余度電機；第四路連接為:隔離電路連接驅動電路、驅動電路再連接逆變電路、逆變電路再連接第四余度電機。
[0006]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述核心控制CPU電路、四路連接電路、速度/位置傳感器、保護電路、調理電路構成位置、速度、電流三閉環(huán)控制，所述位置、速度、電流三閉環(huán)控制均采用PID控制方式。
[0007]作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述核心控制CPU電路采用TMS320F2812為核心；所述TMS320F2812是美國TI公司推出的C2000平臺上的定點32位DSP芯片。
[0008]作為另一種優(yōu)選方案，本發(fā)明電流檢測采用串聯(lián)電阻與模擬隔離的方法；其中模擬隔離選用精密隔離放大器IS0124。
[0009]本發(fā)明的有益效果是。
[0010]本發(fā)明提供了一種基于DSP的四余度直流舵機控制系統(tǒng)，采用反饋和前饋相結合的復合控制策略提高了系統(tǒng)動態(tài)響應，研究了并行/主動模式和工作/備份模式兩種余度管理策略。實驗表明，該系統(tǒng)達到了電動舵機系統(tǒng)要求，同時具有較高的可靠性，在航空航天領域具有較好的應用前景。
[0011]本發(fā)明采用的DSP是基于TMS320F2812的四余度直流舵機控制系統(tǒng)，所述核心控制CPU電路、四路連接電路、速度/位置傳感器、保護電路、調理電路構成位置、速度、電流三閉環(huán)控制，位置環(huán)引入前饋控制改善了動態(tài)響應。結合余度管理控制策略，進一步提高了整個系統(tǒng)的可靠性。實驗結果表明，該系統(tǒng)能滿足電動舵機的控制要求，同時具有較高的可靠性；該系統(tǒng)通過容錯技術及數(shù)字控制技術的融合，不僅可以滿足飛控系統(tǒng)對于體積和質量方面的苛刻要求，而且進一步提高了系統(tǒng)的可靠性，在航空航天領域具有很好的應用價值。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明一種基于DSP的四余度直流舵機控制系統(tǒng)的總體結構框圖。
[0013]圖2是本發(fā)明一種基于DSP的四余度直流舵機控制系統(tǒng)的直流舵機三閉環(huán)控制系統(tǒng)結構圖。
[0014]圖3是本發(fā)明一種基于DSP的四余度直流舵機控制系統(tǒng)的并行/主動模式工作示意圖。
[0015]圖4是本發(fā)明一種基于DSP的四余度直流舵機控制系統(tǒng)的工作/備份模式工作示意圖。
[0016]圖5是本發(fā)明一種基于DSP的四余度直流舵機控制系統(tǒng)的電流檢測電路圖。
【具體實施方式】
[0017]如圖1所示，為本發(fā)明一種基于DSP的四余度直流舵機控制系統(tǒng)的總體結構框圖。圖中，包括舵機驅動器和舵機本體；其中所述舵機驅動器包括核心控制CPU電路、隔離電路、驅動電路、逆變電路，還包括必要的保護電路和調理電路；所述舵機本體包括第一余度電機、第二余度電機、第三余度電機、第四余度電機及速度/位置傳感器；所述核心控制CPU電路還與上位機進行相互連接；所述核心控制CPU電路的輸出端分四路連接，其中第一路連接為:隔離電路連接驅動電路、驅動電路再連接逆變電路、逆變電路再連接第一余度電機；第二路連接為:隔離電路連接驅動電路、驅動電路再連接逆變電路、逆變電路再連接第二余度電機；第三路連接為:隔離電路連接驅動電路、驅動電路再連接逆變電路、逆變電路再連接第三余度電機；第四路連接為:隔離電路連接驅動電路、驅動電路再連接逆變電路、逆變電路再連接第四余度電機。
[0018]為滿足穩(wěn)、準、快的控制要求，本發(fā)明四余度直流舵機控制系統(tǒng)采用位置、速度、電流三閉環(huán)控制；所述核心控制CPU電路、四路連接電路、速度/位置傳感器、保護電路、調理電路構成位置、速度、電流三閉環(huán)控制，所述位置、速度、電流三閉環(huán)控制均采用PID控制方式；所述PID控制具有控制簡單，技術成熟，可調節(jié)范圍寬等特點；如圖2所示為，本發(fā)明的四余度直流舵機三閉環(huán)控制系統(tǒng)結構圖。
[0019]所述核心控制CPU電路采用TMS320F2812為核心；所述TMS320F2812是美國TI公司推出的C2000平臺上的定點32位DSP芯片；其主要任務包括系統(tǒng)三閉環(huán)控制算法、四余度電流檢測、位置信號檢測及處理、PWM脈沖信號生成、故障檢測、余度管理和通訊等功能。
[0020]本發(fā)明采用余度管理技術包括以下兩種典型模式:第一種為并行/主動模式、第二種為工作/備份模式。
[0021]所述并行/主動模式是指在正常的工況條件下，四個余度同時進行工作，平均分擔負載；當其中某一個余度出現(xiàn)故障時，將故障余度進行切除，同時整個負載由剩余的各個余度平均分擔。如圖3所示的并行/主動模式工作示意圖，圖中是以第四余度故障為例。
[0022]所述工作/備份模式是指在正常的工況條件下，整體負載由某一個余度全部承擔，其余余度處于備用狀態(tài)；當工作余度出現(xiàn)故障時，將此余度及時切除，同時由備用余度中的某一余度接替故障余度進行工作；如圖4所示的工作/備份模式工作示意圖。
[0023]如圖5所示，為本發(fā)明一種基于DSP的四余度直流舵機控制系統(tǒng)的電流檢測電路圖。其中，電流檢測采用串聯(lián)電阻與模擬隔離的方法；模擬隔離選用精密隔離放大器IS0124 ;所述隔離放大器IS0124的輸入和輸出端分別連接以LF353A為核心的雙路運算放大電路。
【主權項】
1.基于DSP的四余度直流舵機控制系統(tǒng)，其特征在于:包括舵機驅動器和舵機本體；其中所述舵機驅動器包括核心控制CPU電路、隔離電路、驅動電路、逆變電路，還包括必要的保護電路和調理電路；所述舵機本體包括第一余度電機、第二余度電機、第三余度電機、第四余度電機及速度/位置傳感器；所述核心控制CPU電路還與上位機進行相互連接；所述核心控制CPU電路的輸出端分四路連接，其中第一路連接為:隔離電路連接驅動電路、驅動電路再連接逆變電路、逆變電路再連接第一余度電機；第二路連接為:隔離電路連接驅動電路、驅動電路再連接逆變電路、逆變電路再連接第二余度電機；第三路連接為:隔離電路連接驅動電路、驅動電路再連接逆變電路、逆變電路再連接第三余度電機；第四路連接為:隔離電路連接驅動電路、驅動電路再連接逆變電路、逆變電路再連接第四余度電機。2.根據(jù)權利要求1所述的基于DSP的四余度直流舵機控制系統(tǒng)，其特征在于:所述核心控制CPU電路、四路連接電路、速度/位置傳感器、保護電路、調理電路構成位置、速度、電流三閉環(huán)控制，所述位置、速度、電流三閉環(huán)控制均采用PID控制方式。3.根據(jù)權利要求1所述的基于DSP的四余度直流舵機控制系統(tǒng)，其特征在于:所述核心控制CPU電路采用TMS320F2812為核心；所述TMS320F2812是美國TI公司推出的C2000平臺上的定點32位DSP芯片。4.根據(jù)權利要求1所述的基于DSP的四余度直流舵機控制系統(tǒng)，其特征在于:本發(fā)明電流檢測采用串聯(lián)電阻與模擬隔離的方法；其中模擬隔離選用精密隔離放大器IS0124。
【專利摘要】基于DSP的四余度直流舵機控制系統(tǒng)。本發(fā)明系統(tǒng)通過容錯技術及數(shù)字控制技術的融合，滿足了飛控系統(tǒng)對于體積和質量方面的苛刻要求，同時進一步提高了系統(tǒng)的可靠性，在航空航天領域具有很好的應用價值。本發(fā)明包括舵機驅動器和舵機本體；其中所述舵機驅動器包括核心控制CPU電路、隔離電路、驅動電路、逆變電路，還包括必要的保護電路和調理電路；所述舵機本體包括第一余度電機、第二余度電機、第三余度電機、第四余度電機及速度/位置傳感器；所述核心控制CPU電路還與上位機進行相互連接；所述核心控制CPU電路的輸出端分四路連接。
【IPC分類】B64C13/50
【公開號】CN105564637
【申請?zhí)枴緾N201410618908
【發(fā)明人】申久祝
【申請人】申久祝
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2014年11月6日