基于DSP的模拟舵机位置伺服系统设计与实现

邵瑜李声晋高婧

(西北工业大学．陕西西安710072

摘要：针对飞机舵机驱动控制系统介绍了基于DsP的无刷直流电动机模拟舵机位置伺服系统的硬件组成、软件设计及上作原理综合运用了PI调节和积分分离PTD厕节控制算法并使用labwindows/CVI软什编写上位机软件对系统的跟随特性进行测试测试结果表明该系统响应速度快．具有较好的控制特性和实用价值。

关键词：舵机；位置伺服：labwindows/CVI；PID算法

中图分类号：TM383．4  文献标识码：A  文章编号：1004—7018(2008)09 0028—03

                     

0引言  

1硬件设计

    舵机是控制飞行器舵面运动的伺服执行机构用以驱动飞机舵面的偏转从而控制飞机的飞行状态。本文设计的是一种飞机舵机的模拟位置伺服系统由稀土永磁无刷直流电动机带动一个同轴安装的角位移传感器组成DSP30F6010为其控制核心。该系统能够实现舵机系统的主要性能参数测试和试验包括正反转控制、速度连续调节舵面角度自动限位以及按照给定偏转角快速、稳定、准确的跟踪；同时可以测量电机的实时转速、系统的频率响应等参数此外在过流过压时还具有故障保护功能一上位机软件采用Labwindows/(CVI的开发环境主要通过RS422串口通信进行数据发送和接收提供在线实时测试可设置改变输入信号等有关参数从而使系统具有实用性如图1所示 

                                                  

1．1主控及供电模块

    霍尔元件安装在电机内部检测转子磁极位置霍尔信号PA、PB、PC分别与DSP的三个模拟引脚相连将模拟引脚设置为数字接口通过产生PWM中断来决定换向。DSP通过PWM引脚经驱动电路(本系统选用IR2130)连接到六个关管实现定频PWM和换向控制。设计有三路模拟量的输入分别是给定位置信号、电机实际位置反馈信号、电源电压检测信号模拟量的输入分别经过隔离以及滤波送至DSP。此外还外接有两个指示灯来指示系统的运行状态。图2只给出了一路模拟量与霍尔信号的输入图。

        

                    图2模拟量输入与霍尔信号输入原理图

    由于本系统用电较为简单．只需要两种电源信号；同时考虑牛产成本、开发周期以及功率情况最终采用较为简单的线性电源。系统采用24 V供电通过L7815(15 V)给驱动芯片供电再经过超低压差的LM1117(5 V)给其余部分供电。

1 2驱动电路设计

    如图3所示驱动芯片选用IR公司的1R2130芯片同时控制六个大功率管的导通和关断驱动电路非常简单。是通过1-LM7815稳压器得到的﹢15 V电源。C1是自举电容为上桥臂功率管驱动的悬浮电源存储能量D4的作用防止上桥臂导通时

    

                                     图3驱动电路原理图

 

的直流电压和母线电压到IR2130的电源上而使器件损坏因此D4应有足够的反向耐压当然由于D4与C1串联．为了满足主电路功率管开关频率的要求D4应选快速恢复二极管。R₁₇和R₁₂是