專利名稱：一種舵機控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及舵機控制技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種舵機控制器。
背景技術(shù)：
舵機主要由舵盤、減速齒輪組、位置反饋電位計、直流電機和控制電路板組成。它的工作原理如下舵機的控制電路板接收來自信號線的控制信號(周期為20ms的PWM信號)，控制電機轉(zhuǎn)動，電機帶動一系列齒輪組，減速后傳動至輸出舵盤。舵機的輸出軸和位置反饋電位計是相連的，舵盤轉(zhuǎn)動的同時，帶動位置反饋電位計，電位計將輸出一個電壓信號至控制電路板，進行反饋，然后控制電路板根據(jù)所在位置決定電機的轉(zhuǎn)動方向和速度，從而 能控制其轉(zhuǎn)到期望的角度。目前，舵機控制器主要是以DSP等為核心的數(shù)字舵機控制器，但是DSP芯片為非國產(chǎn)元器件，非國產(chǎn)電子元器件購買、選型、技術(shù)交流時經(jīng)常受到政治、經(jīng)濟等因素影響，而且目前的DSP芯片在應(yīng)用于對數(shù)字信號干擾大的某些電磁干擾場合時常常會出現(xiàn)干擾現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問題為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出了一種舵機控制器，該舵機控制器利用成熟的、常用的、購買不受限的分立電子元器件和成熟的單元電路。技術(shù)方案本發(fā)明的技術(shù)方案為所述一種舵機控制器，其特征在于由調(diào)零電路與舵機反饋位置電路、目標信號調(diào)理電路、目標角度與實際角度處理電路、方向控制電路、信號選擇電路、PWM信號發(fā)生電路、PID調(diào)理電路、載波信號發(fā)生電路、信號隔離電路、過流保護電路及電流采樣電路、功率管驅(qū)動電路、H橋逆變電路及電流采樣電路、電源供電電路組成；所述調(diào)零電路與舵機反饋位置電路的輸入為外部舵機執(zhí)行機構(gòu)的反饋電位器信號DJ-FKV，并對信號DJ-FKV進行電壓跟隨處理，得到舵機系統(tǒng)的當前所處角度信號V-FK ；調(diào)零電路通過電位器實現(xiàn)，所述電位器的輸出信號經(jīng)電壓跟隨處理后得到的信號與V-FK信號經(jīng)減法電路后輸出信號VReal，其中V-FK信號接減法電路的正輸入端，電位器輸出信號經(jīng)電壓跟隨處理后得到的信號接減法電路的負輸入端；所述目標信號調(diào)理電路的輸入信號為外部控制器輸入的目標角度信號，當目標角度信號為模擬電壓信號時，目標信號調(diào)理電路對模擬電壓信號進行電壓跟隨處理，當目標角度信號為PWM信號時，目標信號調(diào)理電路將PWM信號調(diào)理逆變?yōu)槟M電壓信號，再對得到的模擬電壓信號進行電壓跟隨處理；目標信號調(diào)理電路的輸出信號為Vbm信號；所述目標角度與實際角度處理電路為兩路減法電路，其中一路減法電路正輸入端接VReal信號，負輸入端接Vbm信號，輸出信號為OUTRMl，另一路減法電路正輸入端接Vbm信號，負輸入端接VReal信號，輸出信號為OUTMRl ；
所述方向控制電路包括比較器和非門電路，VReal信號接比較器正輸入端，Vbm信號接比較器負輸入端，比較器的輸出信號CON-VOL作為舵機的方向控制信號,CON-VOL信號經(jīng)非門電路后輸出信號C0N-V0LF，用作后續(xù)控制；所述信號選擇電路的控制信號為CON-VOL信號,輸入的可選擇信號為OUTRMl信號和OUTMRl信號，當CON-VOL為高電平信號時，選通OUTRMl信號作為信號選擇電路輸出的PIDIO信號，當CON-VOL為低電平信號時，選通OUTMRl信號作為信號選擇電路輸出的PIDIO信號；PIDI0信號經(jīng)PID調(diào)理電路后輸出COM-VOL信號；C0M_V0L信號與載波信號發(fā)生電路生成的三角波信號TRIANGLE經(jīng)PWM信號發(fā)生電路后輸出PWM信號，所述PWM信號發(fā)生電路為比較電路，COM-VOL信號接比較器正輸入端，三角波信號TRIANGLE接比較器負輸入端；PWM信號發(fā)生電路產(chǎn)生的PWM信號接信號選擇電路，當CON-VOL為高電平信號時，PWM信號通PWMl驅(qū)動信號，當CON-VOL為低電平信號時，PWM信號通PWM2驅(qū)動信號；所述信號隔離電路實現(xiàn)PWM2、PWMU CON-VOL和CON-VOLF信號的電源隔離和信號 隔離，隔離輸出的信號分別對應(yīng)為PWM2-1、PWMl-I、C0N-V0L-1和C0N-V0LF-1 ；所述過流保護電路和電流采樣電路輸入為C0N-V0L-1和C0N_V0LF_1信號，C0N-V0L-1和C0N-V0LF-1信號分別與過流信號0VERC0UT經(jīng)與門后得到CON-VOL-LIN和C0N-V0LF-LIN信號；其中，當過流保護電路中設(shè)定的保護電壓大于電流采樣電路的采樣電壓時，過流信號0VERC0UT為高電平，否則為低電平；所述電流采樣電路的電流信號取自母線電流；所述功率管驅(qū)動電路采用兩片電機驅(qū)動芯片IRF2103，PWMl-I信號和C0N-V0L-LIN信號分別輸入第一片電機驅(qū)動芯片的HIN端和LIN端，第一片電機驅(qū)動芯片的HO端輸出PHA信號，VS端輸出M0T0R1信號；PWM2_1信號和C0N-V0LF-LIN信號分別輸入第二片電機驅(qū)動芯片的HIN端和LIN端，第二片電機驅(qū)動芯片的HO端輸出PHB信號，VS端輸出M0T0R2信號；當C0N-V0L-LIN為高電平信號時，PHA信號輸出，反之PHB信號輸出；在H橋逆變電路中，PHA和C0N-V0L-LIN分別控制兩個對角分布的功率管的柵極，PHB和C0N-V0LF-LIN分別控制另外兩個對角分布的功率管的柵極；M0T0R1信號和M0T0R2信號分別連接舵機執(zhí)行機構(gòu)的兩相繞組；H橋逆變電路的供電電源的地與功率管驅(qū)動電路的地是共地，單點接在一起。有益效果本發(fā)明利用常用的元器件，降低了成本，利用成熟的技術(shù)，保證了可靠性；它是采用了分立的電子元器件實現(xiàn)了 PID控制技術(shù)、PWM控制技術(shù)、目標信號與實際信號處理技術(shù)、過流過壓保護技術(shù)、隔離技術(shù)等；經(jīng)實驗驗證，其快速的響應(yīng)特性和良好的跟蹤特性，滿足了舵機控制的性能。


圖I舵機控制器整體原理框圖；圖2調(diào)零電路與舵機反饋位置電路圖；圖3目標信號調(diào)理電路圖；圖4PWM信號調(diào)理電路圖；圖5目標角度與實際角度處理電路圖6方向控制電路圖；圖7信號選擇電路圖；圖8PID信號調(diào)理電路圖；圖9載波信號發(fā)生電路圖及PWM信號發(fā)生電路圖；圖10信號隔離電路圖；
圖11過流保護電路及電流采樣電路圖；圖12功率管驅(qū)動電路圖；圖13H橋逆變電路及采樣電阻采樣電流電路圖；圖14電源供電電路圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例描述本發(fā)明本實施例為采用不同于以往舵機控制器的技術(shù)創(chuàng)造性的將成熟的模塊技術(shù)以新的思路和方法巧妙集成而實現(xiàn)了一種新型的舵機控制器，它是采用了分立的電子元器件實現(xiàn)了 PID控制技術(shù)、PWM控制技術(shù)、目標信號與實際信號處理技術(shù)、過流過壓保護技術(shù)、隔離技術(shù)等。參照附圖1，本實施例中的舵機控制器，由調(diào)零電路與舵機反饋位置電路、目標信號調(diào)理電路、目標角度與實際角度處理電路、方向控制電路、信號選擇電路、PWM信號發(fā)生電路、PID調(diào)理電路、載波信號發(fā)生電路、信號隔離電路、過流保護電路及電流采樣電路、功率管驅(qū)動電路、H橋逆變電路及電流采樣電路、電源供電電路組成。本實施例中舵機控制器的輸入信號有兩個外部舵機執(zhí)行機構(gòu)的反饋電位器信號DJ-FKV和外部控制器輸入的目標角度信號，外部控制器輸入的目標角度信號為PWM信號或模擬電壓信號。舵機執(zhí)行機構(gòu)的電機的兩相輸出信號有兩個=MOTORl和M0T0R2，外接電機繞組出線。本實施例中舵機控制器針對有刷舵機設(shè)計，所以輸出信號為電機的兩相信號。參照附圖2，所述調(diào)零電路與舵機反饋位置電路的輸入為外部舵機執(zhí)行機構(gòu)的反饋電位器信號DJ-FKV，并對信號DJ-FKV進行電壓跟隨處理，得到舵機系統(tǒng)的當前所處角度信號V-FK，這樣就實現(xiàn)了實時采集舵機系統(tǒng)的當前所處角度或者位置值V-FK。為實現(xiàn)舵機系統(tǒng)初始位置調(diào)零，還設(shè)計了調(diào)零電路，調(diào)零電路通過電位器調(diào)節(jié)實現(xiàn)，所述電位器的輸出信號經(jīng)電壓跟隨處理后得到的信號與V-FK信號經(jīng)減法電路后輸出信號VReal，其中V-FK信號接減法電路的正輸入端，電位器輸出信號經(jīng)電壓跟隨處理后得到的信號接減法電路的負輸入端。經(jīng)減法電路后，通過調(diào)零電位器可以實現(xiàn)將實際值VReal調(diào)整為零，實現(xiàn)舵機初始位置的調(diào)零功能。參照附圖3和附圖4，所述目標信號調(diào)理電路的輸入信號為外部控制器輸入的目標角度信號，當目標角度信號為模擬電壓信號時，目標信號調(diào)理電路對模擬電壓信號進行電壓跟隨處理，當目標角度信號為PWM信號時，目標信號調(diào)理電路將PWM信號調(diào)理逆變?yōu)槟M電壓信號，再對得到的模擬電壓信號進行電壓跟隨處理；目標信號調(diào)理電路的輸出信號為Vbm信號。參照附圖5，所述目標角度與實際角度處理電路為兩路減法電路，其中一路減法電路正輸入端接VReal信號，負輸入端接Vbm信號，輸出信號為OUTRMl，另一路減法電路正輸入端接Vbm信號，負輸入端接VReal信號，輸出信號為OUTMRl。參照附圖6，所述方向控制電路包括比較器和非門電路，VReal信號接比較器正輸入端，Vbm信號接比較器負輸入端，比較器的輸出信號CON-VOL作為舵機的方向控制信號，CON-VOL信號經(jīng)非門電路后輸出信號C0N-V0LF，用作后續(xù)控制。參照附圖7，所述信號選擇電路的控制信號為CON-VOL信號，輸入的可選擇信號為OUTRMl信號和OUTMRl信號，當CON-VOL為高電 平信號時，選通OUTRMl信號作為信號選擇電路輸出的PIDIO信號，當CON-VOL為低電平信號時，選通OUTMRl信號作為信號選擇電路輸出的PIDIO信號，具體本實施例中，信號選擇電路采用數(shù)字選擇開關(guān)CD4052，采用CON-VOL信號作為數(shù)字選擇開關(guān)CD4052的A、B控制信號，OUTRMl和OUTMRl信號用作選擇信號，OUTRMl輸入到CD4052的X3端，OUTMRl輸入到CD4052的XO端，當CON-VOL信號為高電平，則選通X3端的信號OUTRMl，當CON-VOL信號為低電平，則選通XO端的信號OUTMRl。PIDIO信號經(jīng)附圖8所示的PID調(diào)理電路后輸出COM-VOL信號。參照附圖9，COM-VOL信號和載波信號發(fā)生電路生成的三角波信號TRIANGLE經(jīng)PWM信號發(fā)生電路后輸出PWM信號，所述PWM信號發(fā)生電路為比較電路，COM-VOL信號接比較器正輸入端，三角波信號TRIANGLE接比較器負輸入端。載波三角波信號TRIANGLE是由信號發(fā)生器ICL8038實現(xiàn)的，并經(jīng)調(diào)理后輸出的，調(diào)理電路實現(xiàn)了電平的抬升和幅值的調(diào)理。PWM信號發(fā)生電路產(chǎn)生的PWM信號接圖7中的信號選擇電路，實現(xiàn)方向端信號CON-VOL與驅(qū)動信號PWMl和PWM2的信息流處理。當CON-VOL為高電平信號時，PWM信號通PWMl驅(qū)動信號，當CON-VOL為低電平信號時，PWM信號通PWM2驅(qū)動信號；具體本實施例中PWM信號接數(shù)字選擇開關(guān)⑶4052的Y端口，Y0、Y3分別接信號PWM2和PWM1，這樣，當CON-VOL信號為高電平，則選通Y3端的信號PWM1，當CON-VOL信號為低電平，則選通YO端的信號PWM2。參照附圖10，所述信號隔離電路實現(xiàn)控制部分的信號與驅(qū)動電路部分的信號的電源隔離和信號隔離。具體就是實現(xiàn)PWM2、PWMU CON-VOL和CON-VOLF信號的電源隔離和信號隔離，具體本實施例中隔離電路采用高速光耦HCPL-2630隔離器，隔離輸出的信號分別對應(yīng)為PWM2-1、PWMl-I、C0N-V0L-1 和 C0N-V0LF-1。參照附圖11，過流保護電路和電流采樣電路是實現(xiàn)舵機控制器過流保護功能。所述過流保護電路和電流采樣電路輸入為C0N-V0L-1和C0N-V0LF-1信號，C0N-V0L-1和C0N-V0LF-1信號分別與過流信號0VERC0UT經(jīng)與門后得到C0N-V0L-LIN和C0N-V0LF-LIN信號；其中，0VERC0UT信號是由經(jīng)電流傳感器或者采樣電阻得到的數(shù)值與設(shè)定的保護數(shù)值作比較得到的，具體為當過流保護電路中設(shè)定的保護電壓大于電流采樣電路的采樣電壓時，0VERC0UT信號為高電平，否則為低電平；所述電流采樣電路的電流信號取自母線電流。參照附圖12，所述功率管驅(qū)動電路采用兩片IR公司的電機驅(qū)動芯片IRF2103，PWMl-I信號和C0N-V0L-LIN信號分別輸入第一片電機驅(qū)動芯片的HIN端和LIN端，第一片電機驅(qū)動芯片的HO端輸出PHA信號，VS端輸出M0T0R1信號；PWM2_1信號和C0N-V0LF-LIN信號分別輸入第二片電機驅(qū)動芯片的HIN端和LIN端，第二片電機驅(qū)動芯片的HO端輸出PHB信號，VS端輸出M0T0R2信號。當C0N-V0L-LIN為高電平信號時，PHA信號輸出，反之PHB信號輸出。參照附圖13，H橋逆變電路及采樣電阻采樣電流電路是利用PHA和C0N_V0L_LIN分別控制H橋逆變電路中兩個對角分布的功率管的柵極，利用PHB和CON-VOLF-LIN分別控制另外兩個對角分布的功率管的柵極；M0T0R1信號和M0T0R2信號分別連接舵機執(zhí)行機構(gòu)的兩相繞組。參照附圖14，實現(xiàn)整個舵機控制器還包括了電源電路部分，電路中需要的電源有土 12V電源和隔離后的+12VG電源，外部提供電源為+24 +28V范圍，經(jīng)金升陽隔離電源模塊WRA-YMD-6W-2412輸出±12V電源，再將+12V電源經(jīng)金升陽隔離電源WRB-YMD-6W-1212輸出+12VG用來給驅(qū)動電路供電。H橋逆變電路的供電電源的地與功率管驅(qū)動電路的地是共地，單點接在一起。在舵機控制器在使用過程中，目標角度指令與實際角度指令最終都是以電壓的形式出現(xiàn)，而且電壓范圍要一致，比如本實施例中，舵機反饋電位器的輸出電壓信號范圍為-IOV +10V，則需要目標角度信號也為-IOV +10V，若目標角度信號以PWM形式出現(xiàn)，需要通過PWM信號調(diào)理電路將其調(diào)理到-IOV +10V，只有以此為基礎(chǔ)，整個舵機控制器才 得以正常運行。
權(quán)利要求
1. 一種舵機控制器，其特征在于由調(diào)零電路與舵機反饋位置電路、目標信號調(diào)理電路、目標角度與實際角度處理電路、方向控制電路、信號選擇電路、PWM信號發(fā)生電路、PID調(diào)理電路、載波信號發(fā)生電路、信號隔離電路、過流保護電路及電流采樣電路、功率管驅(qū)動電路、H橋逆變電路及電流采樣電路、電源供電電路組成； 所述調(diào)零電路與舵機反饋位置電路的輸入為外部舵機執(zhí)行機構(gòu)的反饋電位器信號DJ-FKV，并對信號DJ-FKV進行電壓跟隨處理，得到舵機系統(tǒng)的當前所處角度信號V-FK ;調(diào)零電路通過電位器實現(xiàn)，所述電位器的輸出信號經(jīng)電壓跟隨處理后得到的信號與V-FK信號經(jīng)減法電路后輸出信號VReal,其中V-FK信號接減法電路的正輸入端，電位器輸出信號經(jīng)電壓跟隨處理后得到的信號接減法電路的負輸入端； 所述目標信號調(diào)理電路的輸入信號為外部控制器輸入的目標角度信號，當目標角度信號為模擬電壓信號時，目標信號調(diào)理電路對模擬電壓信號進行電壓跟隨處理，當目標角度信號為PWM信號時，目標信號調(diào)理電路將PWM信號調(diào)理逆變?yōu)槟M電壓信號，再對得到的模擬電壓信號進行電壓跟隨處理；目標信號調(diào)理電路的輸出信號為Vbm信號； 所述目標角度與實際角度處理電路為兩路減法電路，其中一路減法電路正輸入端接VReal信號，負輸入端接Vbm信號，輸出信號為OUTRMl，另一路減法電路正輸入端接Vbm信號，負輸入端接VReal信號，輸出信號為OUTMRl ； 所述方向控制電路包括比較器和非門電路，VReal信號接比較器正輸入端，Vbm信號接比較器負輸入端，比較器的輸出信號CON-VOL作為舵機的方向控制信號,CON-VOL信號經(jīng)非門電路后輸出信號C0N-V0LF，用作后續(xù)控制； 所述信號選擇電路的控制信號為CON-VOL信號，輸入的可選擇信號為OUTRMl信號和OUTMRl信號，當CON-VOL為高電平信號時，選通OUTRMl信號作為信號選擇電路輸出的PIDIO信號，當CON-VOL為低電平信號時，選通OUTMRl信號作為信號選擇電路輸出的PIDIO信號；PIDI0信號經(jīng)PID調(diào)理電路后輸出COM-VOL信號；C0M_V0L信號與載波信號發(fā)生電路生成的三角波信號TRIANGLE經(jīng)PWM信號發(fā)生電路后輸出PWM信號，所述PWM信號發(fā)生電路為比較電路，COM-VOL信號接比較器正輸入端，三角波信號TRIANGLE接比較器負輸入端；PWM信號發(fā)生電路產(chǎn)生的PWM信號接信號選擇電路，當CON-VOL為高電平信號時，PWM信號通PWMl驅(qū)動信號，當CON-VOL為低電平信號時，PWM信號通PWM2驅(qū)動信號； 所述信號隔離電路實現(xiàn)PWM2、PWMl、C0N-V0L和CON-VOLF信號的電源隔離和信號隔離，隔離輸出的信號分別對應(yīng)為PWM2-1、PWMl-I、C0N-V0L-1和C0N-V0LF-1 ； 所述過流保護電路和電流采樣電路輸入為C0N-V0L-1和C0N-V0LF-1信號，C0N-V0L-1和C0N-V0LF-1信號分別與過流信號0VERC0UT經(jīng)與門后得到C0N-V0L-LIN和C0N-V0LF-LIN信號；其中，當過流保護電路中設(shè)定的保護電壓大于電流采樣電路的采樣電壓時，過流信號0VERC0UT為高電平，否則為低電平；所述電流采樣電路的電流信號取自母線電流； 所述功率管驅(qū)動電路采用兩片電機驅(qū)動芯片IRF2103，PWMl-I信號和CON-VOL-LIN信號分別輸入第一片電機驅(qū)動芯片的HIN端和LIN端,第一片電機驅(qū)動芯片的HO端輸出PHA信號，VS端輸出M0T0R1信號；PWM2-1信號和C0N-V0LF-LIN信號分別輸入第二片電機驅(qū)動芯片的HIN端和LIN端，第二片電機驅(qū)動芯片的HO端輸出PHB信號，VS端輸出M0T0R2信號^CON-VOL-LIN為高電平信號時，PHA信號輸出，反之PHB信號輸出；在H橋逆變電路中，PHA和C0N-V0L-LIN分別控制兩個對角分布的功率管的柵極，PHB和C0N-V0LF-LIN分別控制另外兩個對角分布的功率管的 柵極；M0T0R1信號和M0T0R2信號分別連接舵機執(zhí)行機構(gòu)的兩相繞組橋逆變電路的供電電源的地與功率管驅(qū)動電路的地是共地，單點接在一起。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種舵機控制器，由調(diào)零電路與舵機反饋位置電路、目標信號調(diào)理電路、目標角度與實際角度處理電路、方向控制電路、信號選擇電路、PWM信號發(fā)生電路、PID調(diào)理電路、載波信號發(fā)生電路、信號隔離電路、過流保護電路及電流采樣電路、功率管驅(qū)動電路、H橋逆變電路及電流采樣電路、電源供電電路組成。本發(fā)明利用常用的元器件，降低了成本，利用成熟的技術(shù)，保證了可靠性；它是采用了分立的電子元器件實現(xiàn)了PID控制技術(shù)、PWM控制技術(shù)、目標信號與實際信號處理技術(shù)、過流過壓保護技術(shù)、隔離技術(shù)等；經(jīng)實驗驗證，其快速的響應(yīng)特性和良好的跟蹤特性，滿足了舵機控制的性能。
文檔編號B64C13/00GK102837821SQ20121030611
公開日2012年12月26日 申請日期2012年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月27日
發(fā)明者張琴琴, 方衛(wèi), 楊建宏, 李博, 劉琳, 朱小紅 申請人:中國航天科技集團公司第四研究院四0一所