CN103744394B - 一种水翼双体船襟尾翼伺服系统的监测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水翼双体船襟尾翼伺服系统的监测装置及方法，包括传感器信号采集模块，其特征在于：还包括DSP处理器和嵌入式上位机，传感器信号采集模块信号输出端接DSP处理器，DSP处理器与嵌入式上位机通讯连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种水翼双体船襟尾翼伺服系统的监测装置及方法。
背景技术
水翼双体船襟尾翼伺服系统中，利用永磁同步电机驱动的电伺服系统取代了传统的液压伺服系统，控制电气缸带动襟尾翼运动，实现襟尾翼角度偏转，从而改善水翼双体船航向控制的协调性。
DSP数字处理器可以将系统控制、故障监视、诊断和保护、人机交互接口等功能集成于一体，实现高性能复杂算法，在要求存储多种数据并具有快速、实时处理能力的永磁同步电机控制系统中的应用正在不断深入。
永磁同步电机矢量控制系统具有高精度、高动态性能、大范围调速和定位控制的优点，在位置伺服系统中的应用越来越广泛。但是，应用在水翼双体船襟尾翼伺服系统中的矢量控制系统易受电机参数变化、外部负载扰动等因素的影响。为了保证控制策略的有效性，使系统具有较强的适应性和抗干扰能力，系统实时运行信息应可视化，并加以一定的智能分析，实现对襟尾翼伺服系统的实时监控。
发明内容
本发明目的在于提供一种水翼双体船襟尾翼伺服系统的监测装置及方法，能够实现伺服系统的有效实时监控。
本发明基于同一发明构思，具有两个独立的技术方案：
1、一种水翼双体船襟尾翼伺服系统的监测装置，包括传感器信号采集模块，其特征在于：还包括DSP处理器和嵌入式上位机，传感器信号采集模块信号输出端接DSP处理器，DSP处理器与嵌入式上位机通讯连接。
传感器信号采集模块由电压传感器、电流传感器、温度传感器、转子位置传感器组成，分别用于采集电机驱动器直流母线电压电流信号、永磁同步电机三相绕组电压电流信号、永磁同步电机机体和功率开关器件温度信号、永磁同步电机转子位置信号，转子位置传感器的信号输出端接光电码盘接口电路，光电码盘接口电路接DSP处理器。
电压传感器、电流传感器、温度传感器的信号输出端接继电器转换电路，继电器转换电路的信号输出端接信号调理电路，信号调理电路输出端经A/D转换器接DSP处理器;继电器转换电路的控制端接DSP处理器，继电器转换电路用于传感器电流采样类型和电压采样类型之间的切换。
信号调理电路包括隔离变送器和增益放大器，继电器转换电路的信号输出端接隔离变送器，隔离变送器器的信号输出端接增益放大器的信号输入端，增益放大器的信号输出端经A/D转换器接DSP处理器;增益放大器的控制端经隔离器接DSP处理器。
2、一种利用上述监测装置的监测方法，其特征在于：DSP处理器与嵌入式上位机通信，确认传感器采样类型；DSP处理器通过对继电器转换电路的通断控制，实现传感器电流采样类型和电压采样类型之间的切换；DSP处理器通过对增益放大器的控制，确定采样信号放大比；DSP处理器将采集到的电机驱动器直流母线电压电流信号、永磁同步电机三相绕组电压电流信号、永磁同步电机机体和功率开关器件温度信号、永磁同步电机转子位置信号传送至嵌入式上位机，嵌入式上位机将接收到的数据以波形时序图的方式显示。
嵌入式上位机将襟尾翼伺服系统运行工况信息存储；嵌入式上位机还设有报警模块，当水翼双体船襟尾翼伺服系统电参数异常时，有声音报警和文本警告信息显示。
本发明具有的有益效果：
本发明DSP处理器实时采集襟尾翼伺服系统中永磁同步电机的转子位置信号，电机驱动器直流母线和永磁同步电机各相绕组的电压电流信号，电机本体和功率开关器件温度信号，并将信号发送到嵌入式上位机以波形时序图表示，直观地了解襟尾翼伺服系统的工作状况，同时将襟尾翼伺服系统运行工况信息存储，方便查询历史运行记录；本发明信号传输采取电气隔离方式，不会对襟尾翼伺服系统的运行产生干扰。本专利采用ARM+DSP的嵌入式体系，检测精度高，实时性强，可扩展性高，而且使用了人机交互界面，操作方便，可靠性高，加上检测装置集成度高，体积较小，能应用在各类场合。
本发明可以实现电压型传感器和电流型传感器的之间切换，解决了传感器类型必须固定的问题。本发明可以通过可编程增益实现采集信号的放大处理，能够根据采集数据的大小对数据进行不同层次的放大，从而使得采集到的数据精度更高，与固定倍数放大的方法相比，可调节性好。本发明利用ARM嵌入式系统显示襟尾翼伺服系统电信号的波形时序图，大大减小了检测装置的体积，使得装置的应用范围更加广泛。本发明嵌入式上位机具有历史运行工况信息存储功能，方便了对伺服系统的例行维护和故障诊断，完善了检测系统。本发明嵌入式上位机设置有报警单元，当系统运行异常时有声音报警和文本警告信息显示，使得检测装置更实用。
附图说明
图1为本发明装置电路原理框图；
图2为解码器排针电路原理图；
图3为光电码盘接口电路的接口芯片部分电路原理图；
图4为光电码盘接口电路的隔离芯片部分电路原理图；
图5为继电器转换电路原理图；
图6为隔离变送器部分电路原理图；
图7为可增益变送器部门电路原理图；
图8为隔离器电路原理图；
图9为本发明DSP程序流程图；
图10为本发明嵌入式上位机程序流程图；
图11为本发明数据帧结构图。
具体实施方式
如图1所示，传感器信号采集模块信号输出端接DSP处理器，DSP处理器与嵌入式上位机通讯连接。传感器信号采集模块由电压传感器、电流传感器、温度传感器、转子位置传感器组成，根据采样信号的不同分为电压、电流、温度信号采样模块和转子位置信息采样模块，分别用于采集电机驱动器直流母线电压电流信号、永磁同步电机三相绕组电压电流信号、永磁同步电机机体和功率开关器件温度信号和永磁同步电机转子位置信号。
转子位置传感器的信号输出端接光电码盘接口电路，光电码盘接口电路接DSP处理器。电压传感器、电流传感器、温度传感器的信号输出端经多路选择器接继电器转换电路，继电器转换电路的信号输出端接信号调理电路，信号调理电路输出端经A/D转换器接DSP处理器;继电器转换电路的控制端接DSP处理器，继电器转换电路用于传感器电流采样类型和电压采样类型之间的切换。所说的信号调理电路包括隔离变送器和增益放大器，继电器转换电路的信号输出端接隔离变送器，隔离变送器器的信号输出端接增益放大器的信号输入端，增益放大器的信号输出端经A/D转换器接DSP处理器;增益放大器的控制端经隔离器接DSP处理器。
具体实施时，DSP处理器采用DSP2808芯片。如图2—图4所示，光电码盘接口电路由解码器排针、接口芯片U14(采用DS3486M芯片)、隔离芯片U19—U21（采用hcp-9000芯片）组成，其中解码器排针的信号输出端INA+、INA-、INB+、INB-、INC+、INC-与接口芯片U14的信号输入端连接，接口芯片U14的信号输出端ENC_A、ENC_B、ENC_Z分别接隔离芯片U19—U21的信号输入端，隔离芯片U19—U21的信号输出端ENAIN、ENBIN、ENZIN接DSP处理器。
如图5所示，继电器转换电路由光电耦合器U5（采用ACPL_072L芯片）、继电器芯片u16（采用DS1E-S-DC5V芯片）、三极管Q1组成，光电耦合器U5的信号输入端（管脚2）接DSP处理器的信号输出端（DSP2808芯片管脚79），光电耦合器U5的信号输出端（管脚6）接三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极接继电器芯片u16,如图5、图6所示，继电器芯片u16的信号输出端VCIN+、VCIN-接隔离变送器U8（采用T5630D/S芯片）的信号输入端（管脚11、12）。根据所用的传感器输出是电流信号还是电压信号，嵌入式上位机会向DSP处理器发送不同的指令，DSP处理器接收到指令后控制管脚79电平拉高或置低。传感器输出为电压信号时，DSP处理器的管脚79输出为低电平，继电器芯片u16控制端没有电流输入，继电器处于关闭状态。传感器输出为电流信号时，DSP处理器的管脚79输出为高电平，继电器芯片u16u16的控制管脚将产生一个电流控制继电器的开通，继电器开通后会在输入的电流信号中接入分压电阻RW，从而将电流信号转换为电压信号。最终实现对采样信号的可编程处理。如图6—图8所示，隔离变送器U8、可编程增益放大器U4（采用PGA207U芯片）组成信号调理电路，隔离变送器器U8的信号输出端接可编程增益放大器U4的信号输入端（管脚5），可编程增益放大器U4的信号输出端VFIN+接A/D转换器（采用AD7686CRMRL7芯片），隔离器U12(采用T5630D/S芯片)的信号输出端PGA1、PGA0接可编程增益放大器U4的控制端（管脚15、16），隔离器U12的信号输入端PGAdsp0、PGAdsp1接DSP处理器。
如图9、图10所示，DSP处理器与嵌入式上位机通信，确认电压、电流、温度传感器的采样类型；DSP处理器通过对继电器转换电路的通断控制，实现电流采样类型和电压采样类型之间的切换；DSP处理器通过对增益放大器的控制，确定电压、电流、温度采样信号放大比，确保检测精度；DSP处理器将采集到的电机驱动器直流母线电压电流信号、永磁同步电机三相绕组电压电流信号、永磁同步电机驱动器温度信号和永磁同步电机转子位置信号传送至嵌入式上位机，嵌入式上位机将接收到的数据以波形时序图的方式显示。嵌入式上位机可将襟尾翼伺服系统运行工况信息存储至SD卡；嵌入式上位机还设有报警模块，当水翼双体船襟尾翼伺服系统电参数异常时，有声音报警和文本警告信息显示。
如图11所示，数据帧由帧头、帧编号、数据长度、数据位、校验码和帧结束标志依次构成。其中数据位由转子位置、转速、襟尾翼位置、母线电压、母线电流、A相电压、A相电流、B相电压、B相电流、C相电压、C相电流、驱动器温度依次构成。本实例中帧头固定为16进制0xAA；帧编号从0开始，每发送一帧数据后加1；数据长度是发送数据位的字节长度；校验码为数据位各类型数据末位0个数的奇校验；帧结束标志固定为16进制0xEE。
Claims (1)
1.一种水翼双体船襟尾翼伺服系统的监测装置，其特征是：传感器信号采集模块信号输出端接DSP处理器，DSP处理器与嵌入式上位机通讯连接，传感器信号采集模块由电压传感器、电流传感器、温度传感器、转子位置传感器组成，根据采样信号的不同分为电压、电流、温度信号采样模块和转子位置信息采样模块，分别用于采集电机驱动器直流母线电压电流信号、永磁同步电机三相绕组电压电流信号、永磁同步电机机体温度信号、功率开关器件温度信号和永磁同步电机转子位置信号；
转子位置传感器的信号输出端接光电码盘接口电路，光电码盘接口电路接DSP处理器，电压传感器、电流传感器、温度传感器的信号输出端经多路选择器接继电器转换电路，继电器转换电路的信号输出端接信号调理电路，信号调理电路输出端经A/D转换器接DSP处理器；继电器转换电路的控制端接DSP处理器，继电器转换电路用于传感器电流采样类型和电压采样类型之间的切换；
所述的信号调理电路包括隔离变送器和增益放大器，继电器转换电路的信号输出端接隔离变送器，隔离变送器的信号输出端接增益放大器的信号输入端，增益放大器的信号输出端经A/D转换器接DSP处理器；增益放大器的控制端经隔离器接DSP处理器；
DSP处理器采用DSP2808芯片，光电码盘接口电路由解码器排针、采用DS3486M芯片的接口芯片U14、采用hcp-9000芯片的隔离芯片U19—U21组成，其中解码器排针的信号输出端INA+、INA-、INB+、INB-、INC+、INC-与接口芯片U14的信号输入端连接，接口芯片U14的信号输出端ENC_A、ENC_B、ENC_Z分别接隔离芯片U19—U21的信号输入端，隔离芯片U19—U21的信号输出端ENAIN、ENBIN、ENZIN接DSP处理器；
继电器转换电路由采用ACPL_072L芯片的光电耦合器U5、采用DS1E-S-DC5V芯片的继电器芯片u16、三极管Q1组成，光电耦合器U5的信号输入端即管脚2接DSP处理器的信号输出端即DSP2808芯片管脚79，光电耦合器U5的信号输出端即管脚6接三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极接继电器芯片u16,继电器芯片u16的信号输出端VCIN+、VCIN-接采用T5630D/S芯片的隔离变送器U8的信号输入端即管脚11、12，传感器输出为电压信号时，DSP处理器的管脚79输出为低电平，继电器芯片u16控制端没有电流输入，继电器处于关闭状态；传感器输出为电流信号时，DSP处理器的管脚79输出为高电平，继电器芯片u16的控制管脚将产生一个电流控制继电器的开通，继电器开通后会在输入的电流信号中接入分压电阻RW，从而将电流信号转换为电压信号，最终实现对采样信号的可编程处理；
隔离变送器U8、采用PGA207U芯片的可编程增益放大器U4组成信号调理电路，隔离变送器U8的信号输出端接可编程增益放大器U4的信号输入端即管脚5，可编程增益放大器U4的信号输出端VFIN+接采用AD7686CRMRL7芯片的A/D转换器，采用T5630D/S芯片的隔离器U12的信号输出端PGA1、PGA0接可编程增益放大器U4的控制端即管脚15、16，隔离器U12的信号输入端PGAdsp0、PGAdsp1接DSP处理器；
DSP处理器与嵌入式上位机通信，确认电压、电流、温度传感器的采样类型；DSP处理器通过对继电器转换电路的通断控制，实现电流采样类型和电压采样类型之间的切换；DSP处理器通过对增益放大器的控制，确定电压、电流、温度采样信号放大比，确保检测精度；DSP处理器将采集到的电机驱动器直流母线电压电流信号、永磁同步电机三相绕组电压电流信号、永磁同步电机机体温度信号、功率开关器件温度信号和永磁同步电机转子位置信号传送至嵌入式上位机，嵌入式上位机将接收到的数据以波形时序图的方式显示；嵌入式上位机将襟尾翼伺服系统运行工况信息存储至SD卡；嵌入式上位机还设有报警模块，当水翼双体船襟尾翼伺服系统电参数异常时，有声音报警和文本警告信息显示。
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| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Wang Yuchao Inventor after: Zhang Xiaoduo Inventor after: Liu Sheng Inventor after: Su Xu Inventor after: Feng Xiaojie Inventor after: Tang Qiong Inventor after: Cheng Dewang Inventor after: Xu Changkui Inventor before: Liu Sheng Inventor before: Zhang Xiaoduo Inventor before: Wang Yuchao Inventor before: Su Xu Inventor before: Feng Xiaojie Inventor before: Tang Qiong Inventor before: Cheng Dewang Inventor before: Xu Changkui |
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| COR | Change of bibliographic data | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170711 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |