基于DSP的模擬舵機(jī)位置伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
邵瑜，李聲晉，高婧（兩北工業(yè)大學(xué)，陜西西安710072）
摘要：針對飛機(jī)舵機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)，介紹了基于DSP的無刷直流電動機(jī)模擬舵機(jī)位置伺服系統(tǒng)的硬件組成、軟件設(shè)計(jì)及工作原理，綜合運(yùn)用了PD調(diào)節(jié)和積分分離PID調(diào)節(jié)控制算法，并使用I．a(chǎn)hwindows／CVI軟件編寫上位機(jī)軟件列系統(tǒng)的跟隨特性進(jìn)行測試。測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)響應(yīng)速度快．具有較好的控制特性和實(shí)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞：舵機(jī)；位置伺服；Labuindows／CVI; PID算法
中國分類號：TM3S3.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004 -7018(2008) 09 -0028 -03
0引言
舵機(jī)是控制飛行器舵面運(yùn)動的伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)，用以驅(qū)動飛機(jī)舵面的偏轉(zhuǎn)，從而控制飛機(jī)的飛行狀態(tài)：本文設(shè)計(jì)的是一種飛機(jī)舵機(jī)的模擬位置伺服系統(tǒng)，由稀土永磁無刷直流電動機(jī)帶動一個(gè)同軸安裝的角位移傳感器組成，DSP30F6010為其控制核心：該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)舵機(jī)系統(tǒng)的主要性能參數(shù)測試和試驗(yàn)，包括正反轉(zhuǎn)控制、速度連續(xù)調(diào)節(jié)，舵面角度自動限位以及按照給定偏轉(zhuǎn)角快速、穩(wěn)定、準(zhǔn)確的跟蹤；同時(shí)可以測量電機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速、系統(tǒng)的頻率響應(yīng)等參數(shù)，此釙，在過流過壓時(shí)還具有故障保護(hù)功能。上位機(jī)軟件采用Labwindows/CVI的開發(fā)環(huán)境，主要通過RS422串口通信進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，提供在線實(shí)時(shí)測試，町設(shè)置改變輸入信號等有關(guān)參數(shù)，從而使系統(tǒng)具有實(shí)用性。如圖l所示。
1硬件設(shè)計(jì)
1.1主控及供電模塊
霍爾元件安裝在電機(jī)內(nèi)部檢測轉(zhuǎn)子磁極位置，霍爾信號PA、PB、PC分別與DSP的三個(gè)模擬引腳相連，將模擬引腳設(shè)置為數(shù)字接口，通過產(chǎn)生PWM中斷來決定換向。DSP通過PWM引腳經(jīng)驅(qū)動電路（本系統(tǒng)選用IR2130）連接到六個(gè)開關(guān)管，實(shí)現(xiàn)定頻
WM和換向控制：設(shè)計(jì)有三路模擬量的輸入，分別是給定位置信號、電機(jī)實(shí)際位置反饋信號、電源電壓檢測信號，模擬量的輸入分別經(jīng)過隔離以及濾波送至DSP。此外，還外接有兩個(gè)指示燈，來指示系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。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(tǒng)用電較為簡單，只需要兩種電源信號，同時(shí)考慮生產(chǎn)成本、開發(fā)周期以及功率情況，最終采用較為簡單的線性電源。系統(tǒng)采用24 V供電，通過1.7815(15 V)給驅(qū)動芯片供電，再經(jīng)過起低壓差的LM1117(5 V)繪其余部分供電。
1 2驅(qū)動電路設(shè)計(jì)
如圖3所示，驅(qū)動芯片選用IR公司的IR2130，芯片可同時(shí)控制六個(gè)大功率管的導(dǎo)通和關(guān)斷，驅(qū)動電路非常簡單、vcc是通過LM7815穩(wěn)壓器得到的+15 V電源。C．是自舉電容，為上橋臂功率管驅(qū)動的懸浮電源存儲能量，D4的作用防止上橋臂導(dǎo)通時(shí)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(yīng)有足夠的反向耐壓，當(dāng)然由于D4與C1串聯(lián)，為了滿足主電路功率管開關(guān)頻率的要求，D4應(yīng)選快速恢復(fù)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(qū)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(qū)動功率MOS門器件的開關(guān)頻率，自舉電容所需的最小電容值，可由式(1)計(jì)算。
式申.Qg——高端器件柵極電荷；
f——工作頻率；
Iqbs(max）——高端驅(qū)動電路****靜態(tài)電流；
Iqbs(leak）——自舉電容漏電流；
QIs——每個(gè)周期內(nèi)，電平轉(zhuǎn)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(fù)載壓降。
1 3逆變及保護(hù)電路
系統(tǒng)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(guān)器件 |
