[发明专利]一种基于位置环控制的电动舵机系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种舵机系统，特别是涉及一种电动舵机控制系统。

背景技术

舵机控制系统作为弹上执行机构，其性能的好坏直接影响到整弹控制系统的控制品质。

传统的导弹舵机，一般采用模拟式、液压或气压伺服系统，但其结构复杂，加工精度高，质量大，成本高，技术难度大。

随着数字信号处理技术的迅猛发展，DSP、ARM及CPLD等应用于电动舵机控制系统，它可直接产生高精度PWM信号控制电机，具有强大的数据处理能力，有效抑制了转矩纹波，减小了电机振动、延长了电机寿命，同时可以根据系统特性实时调整动态参数，能够克服传统导弹舵机面临的技术困难，现已广泛应用于防空武器、导弹及军舰上。

发明内容

本发明目的是提供一种基于位置环控制的电动舵机系统,以克服现有传统导弹舵机面临的技术困难。

一种基于位置环控制的电动舵机系统,包括：电源电路、DSP控制电路、光电隔离电路、驱动电路、伺服电机、减速器、反馈单元和执行机构；电源电路选用双路带隔离输出的DC/DC变换器，将驱动部分和控制部分电源完全隔离，在DC/DC输入前端加EMI电源滤波器以衰减电源线上的干扰，在电源的进入端加TVS管以有效防止瞬时过压脉冲；DSP控制电路选用TMS320F2812作为主控单元，片内具有两个增强的事件管理器模块EVA及EVB，每个事件管理模块包括通用定时器、全比较/PWM单元、捕获单元，利用定时器和比较单元产生一定频率及占空比的PWM信号，片内16通道12位高速A/D采集模块用于舵控信号及舵偏角反馈信号的采集及处理；光电隔离电路选用电磁隔离芯片AD1200BR；驱动电路选用驱动芯片IR2108直接驱动场效应管，其内部采用自举技术设计出悬浮电源。

为了提高系统的运行精度、提升系统稳定性、增强系统的抗干扰能力、节约成本，本发明提供了一种基于位置环控制的电动舵机系统，其以DSP作为核心控制器，采用C语言编程实现模糊PID控制算法，实现对电动舵机位置环的数字化控制。

本发明电动舵机从弹上飞行控制器接受舵控信号操作舵面转动，使导弹按照预期弹道攻击目标。其主要功能包括：

a)舵机系统上电，接受飞行控制器舵控信号；

b)采集舵机执行机构反馈单元电位计电压（舵偏信号），计算舵面实际舵偏角度；

c)计算舵控信号与舵偏信号误差，并进行处理及综合放大后驱动舵机执行机构跟随舵控信号。

舵机控制系统硬件部分包括电源电路、DSP2812核心控制器电路、光电隔离电路、驱动电路的设计。软件部分采用C语言和汇编语言混合编程实现，舵机控制系统软件设计包括以下四个部分：

（1）对舵控信号和舵偏角反馈信号进行采集；

（2）对采集的信号进行数字滤波；

（3）误差计算和控制算法的实现；

（4）PWM信号占空比计算。

本发明的有益效果是采用数字式舵机代替了模拟式舵机大部分模拟器件，减少了元器件的种类和数量，简化了电路设计，提高了系统可靠性；用程序实现系统中控制部分的频率、死区、放大倍数、校正环节等重要参数，便于调整和参数优化；采用数字信号代替模拟信号，克服了模拟器件固有的参数分散、温度漂移大等缺点，提高了抗干扰能力，系统响应速度快，成本低，易于实现。

附图说明

图1是电动舵机系统组成框图；

图2是系统总体方案设计框图；

图3是电源电路原理图；

图4是光电隔离及单桥臂驱动输出电路原理图

图5是系统程序任务框图；

图6是系统定时中断子程序流程图；

图7是20°阶跃信号响应曲线；

图8是3°3Hz正弦信号响应曲线。

具体实施方式：

舵机系统由控制电路、驱动电路、伺服电机、减速传动机构和反馈单元五大部分组成，见附图1。

舵机系统从弹上飞行控制器接受一定大小和极性的舵控信号u_i，控制舵面转动。实际舵偏角δ经反馈单元形成舵偏信号u_f，与舵控信号u_i产生误差信号u_c，控制器根据控制算法对误差信号u_c进行处理并产生驱动信号，该信号经过驱动电路进行功率放大后，驱动伺服电机转动，伺服电机的力矩通过减速传动机构放大，带动舵面向所要求的角度偏转，从而实现电动舵机位置环的闭环控制。