邵瑜，李声晋，高婧（两北工业大学，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、软件设计及工作原理，综合运用了PD调节和积分分离PID调节控制算法，并使用I．ahwindows／CVI软件编写上位机软件列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；Labuindows／CVI; PID算法

中国分类号：TM3S3.4  文献标识码：A  文章编号：1004 -7018(2008) 09 -0028 -03

0引言  

  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，此钋，在过流过压时还具有故障保护功能。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，町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l所示。

    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）连接到六个开关管，实现定频

WM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。

 

    由于本系统用电较为简单，只需要两种电源信号，同时考虑生产成本、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1.7815(15 V)给驱动芯片供电，再经过起低压差的LM1117(5 V)绘其余部分供电。

     如图3所示，驱动芯片选用IR公司的IR2130，芯片可同时控制六个大功率管的导通和关断，驱动电路非常简单、vcc是通过LM7815稳压器得到的+15 V电源。C．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MOSFET的栅极电阻，R₈和R₂₃，是防静电电阻，以免由于静电烧毁功率管。IR2130的HIN1 - HIN3、LINl- LIN3作为功率管的输入驱动信号与DSP的PWM输出连接。FAULT与DSP外部中断引脚连接，由DSP中断程序来处理故障。自举电容的容量取决于被驱动功率MOS门器件的开关频率，自举电容所需的最小电容值，可由式(1)计算。

   

式申.Q_g——高端器件栅极电荷；

    f——工作频率；

   I_qbs(max）——高端驱动电路****静态电流；

   I_qbs(leak）——自举电容漏电流；

    Q_Is——每个周期内，电平转换电路中的电荷要求；

    V_cc——芯片供电电压；

    V_f——自举二极管正向压降；

    V_Is——低端器件压降或高端负载压降。

    系统的功率电路采用三相全桥逆变电路，采用IRF540NS( MOSFET)作为功率开关器件