基于DSP的模擬舵機位置伺服系統設計與實現

邵瑜李聲晉高婧

(西北工業大學．陜西西安710072

摘要：針對飛機舵機驅動控制系統介紹了基于DsP的無刷直流電動機模擬舵機位置伺服系統的硬件組成、軟件設計及上作原理綜合運用了PI調節和積分分離PTD廁節控制算法并使用labwindows/CVI軟什編寫上位機軟件對系統的跟隨特性進行測試測試結果表明該系統響應速度快．具有較好的控制特性和實用價值。

關鍵詞：舵機；位置伺服：labwindows/CVI；PID算法

中圖分類號：TM383．4  文獻標識碼：A  文章編號：1004—7018(2008)09 0028—03

                     

0引言  

1硬件設計

    舵機是控制飛行器舵面運動的伺服執行機構用以驅動飛機舵面的偏轉從而控制飛機的飛行狀態。本文設計的是一種飛機舵機的模擬位置伺服系統由稀土永磁無刷直流電動機帶動一個同軸安裝的角位移傳感器組成DSP30F6010為其控制核心。該系統能夠實現舵機系統的主要性能參數測試和試驗包括正反轉控制、速度連續調節舵面角度自動限位以及按照給定偏轉角快速、穩定、準確的跟蹤；同時可以測量電機的實時轉速、系統的頻率響應等參數此外在過流過壓時還具有故障保護功能一上位機軟件采用Labwindows/(CVI的開發環境主要通過RS422串口通信進行數據發送和接收提供在線實時測試可設置改變輸入信號等有關參數從而使系統具有實用性如圖1所示 

                                                  

1．1主控及供電模塊

    霍爾元件安裝在電機內部檢測轉子磁極位置霍爾信號PA、PB、PC分別與DSP的三個模擬引腳相連將模擬引腳設置為數字接口通過產生PWM中斷來決定換向。DSP通過PWM引腳經驅動電路(本系統選用IR2130)連接到六個關管實現定頻PWM和換向控制。設計有三路模擬量的輸入分別是給定位置信號、電機實際位置反饋信號、電源電壓檢測信號模擬量的輸入分別經過隔離以及濾波送至DSP。此外還外接有兩個指示燈來指示系統的運行狀態。圖2只給出了一路模擬量與霍爾信號的輸入圖。

        

                    圖2模擬量輸入與霍爾信號輸入原理圖

    由于本系統用電較為簡單．只需要兩種電源信號；同時考慮牛產成本、開發周期以及功率情況最終采用較為簡單的線性電源。系統采用24 V供電通過L7815(15 V)給驅動芯片供電再經過超低壓差的LM1117(5 V)給其余部分供電。

1 2驅動電路設計

    如圖3所示驅動芯片選用IR公司的1R2130芯片同時控制六個大功率管的導通和關斷驅動電路非常簡單。是通過1-LM7815穩壓器得到的﹢15 V電源。C1是自舉電容為上橋臂功率管驅動的懸浮電源存儲能量D4的作用防止上橋臂導通時

    

                                     圖3驅動電路原理圖

 

的直流電壓和母線電壓到IR2130的電源上而使器件損壞因此D4應有足夠的反向耐壓當然由于D4與C1串聯．為了滿足主電路功率管開關頻率的要求D4應選快速恢復二極管。R₁₇和R₁₂是