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（兩北工業大學，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、軟件設計及工作原理，綜合運用了PD調節和積分分離PID調節控制算法，并使用I．ahwindows／CVI軟件編寫上位機軟件列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；Labuindows／CVI; PID算法
中國分類號：TM3S3.4 文獻標識碼：A 文章編號：1004 -7018(2008) 09 -0028 -03
0引言
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，此釙，在過流過壓時還具有故障保護功能。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，町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l所示。
1硬件設計
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）連接到六個開關管，實現定頻
WM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。
由于本系統用電較為簡單，只需要兩種電源信號，同時考慮生產成本、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1.7815(15 V)給驅動芯片供電，再經過起低壓差的LM1117(5 V)繪其余部分供電。
1 2驅動電路設計
如圖3所示，驅動芯片選用IR公司的IR2130，芯片可同時控制六個大功率管的導通和關斷，驅動電路非常簡單、vcc是通過LM7815穩壓器得到的+15 V電源。C．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MOSFET的柵極電阻，R8和R23，是防靜電電阻，以免由于靜電燒毀功率管。IR2130的HIN1 - HIN3、LINl- LIN3作為功率管的輸入驅動信號與DSP的PWM輸出連接。FAULT與DSP外部中斷引腳連接，由DSP中斷程序來處理故障。自舉電容的容量取決于被驅動功率MOS門器件的開關頻率，自舉電容所需的最小電容值，可由式(1)計算。
式申.Qg——高端器件柵極電荷；
f——工作頻率；
Iqbs(max）——高端驅動電路****靜態電流；
Iqbs(leak）——自舉電容漏電流；
QIs——每個周期內，電平轉換電路中的電荷要求；
Vcc——芯片供電電壓；
Vf——自舉二極管正向壓降；
VIs——低端器件壓降或高端負載壓降。
1 3逆變及保護電路
系統的功率電路采用三相全橋逆變電路，采用IRF540NS( MOSFET)作為功率開關器件 |
