CN104554711A - 用于控制飞行器空气舵负载摆角的空气动力控制伺服系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种伺服系统，具体公开一种用于控制飞行器空气舵负载摆角的空气动力控制伺服系统，该系统包括与控制系统输出端连接的主伺服控制驱动器、与主伺服控制驱动器连接的从伺服控制驱动器，主伺服控制驱动器的输出端连通两台主机电作动器，每个主机电作动器的输出端各自连接一个主驱动负载；从伺服控制驱动器的输出端连接两台从机电作动器，每个从机电作动器的输出端各自连接一个从驱动负载。本发明的系统能够实现飞行器负载的高动态、高工况要求，且体积小、重量轻、集成度高，满足飞行器负载安装空间狭小的特点。

Description

用于控制飞行器空气舵负载摆角的空气动力控制伺服系统

技术领域

本发明属于一种伺服系统，具体涉及一种用于控制飞行器空气舵负载摆角的空气动力控制伺服系统。

背景技术

与一般地面使用的军、民用伺服系统相比，航天伺服系统对体积、重量、可靠性等有较高要求，总结来说主要具有高比功率、高可靠性、强环境适应性、高集成化、短时间工作的特点。

自20世纪50年代以来，液压伺服系统以其具有的驱动能力大、动态响应快、比功率高等特点占据了航天伺服系统的主要阵地，大量航天型号的伺服系统均适用液压伺服系统。但液压伺服系统的缺陷也很明显：组成复杂、工艺要求高、能源效率低、使用维护不便。

随着20世纪70年代以来微电子技术、稀土永磁材料技术的快速发展，以及电动机、驱动控制理论的不断提高，机电伺服系统在比功率、可靠性、集成化等方面逐步提高，并且机电伺服系统本身具有使用维护方面、能源效率高等优点，使其在航天系统中得到应用，并取得良好效果。

目前成功应用的航天机电伺服系统已经达到5kW级别，采用一台驱动器控制一路机电作动器动作的工作方式，工作时间也只有几十秒左右。对于飞行器空气舵负载空气动力控制要求，伺服系统必须具有“高功率质量比、快响应速度、高动态特性”等技术需求，加之需要进行空气动力控制的飞行器空气舵负载的伺服舱空间布局和质量限制，如果直接采用“一驱一”方案，将需要配套4台伺服驱动器分别控制驱动4台机电作动器，系统质量和空间布局都无法满足技术要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于控制飞行器空气舵负载摆角的空气动力控制伺服系统，该系统能够实现飞行器空气舵负载的高动态、高工况要求，且体积小、重量轻、集成度高，满足飞行器安装空间狭小的特点。

实现本发明目的的技术方案：一种用于控制飞行器空气舵负载摆角的空气动力控制伺服系统，该系统包括与控制系统输出端连接的主伺服控制驱动器，主伺服控制驱动器的输出端连通一个从伺服控制驱动器和两个主机电作动器，每个主机电作动器的输出端各自连接一个主驱动负载；从伺服控制驱动器的输出端连接两个从机电作动器，每个从机电作动器的输出端各自连接一个从驱动负载；主伺服控制驱动器接收控制系统发出的四路负载摆角位置指令信号，将第三负载和第四负载摆角位置指令信号传输给从伺服控制驱动器；同时，主伺服控制驱动器采集第一主机电作动器的电机旋变信号，转换为电机转子角度信号用于空间矢量控制算法；主伺服控制驱动器实时采集第一负载的位移反馈信号，并将位移反馈信号与控制系统第一负载摆角位置指令信号进行比较，计算位置指令信号与反馈位移信号之间的偏差，对偏差进行PID(比例、积分、微分)运算后，运用基于磁场定向的空间矢量控制算法生成第一驱动SVPWM信号；同理主伺服控制驱动器实时采集第二机电作动器的电机旋变信号和第二负载的位移反馈信号，通过PID算法和空间矢量控制算法计算第二驱动SVPWM信号。主伺服控制驱动器将两路SVPWM信号进行放大、隔离、功率驱动后，分别驱动第一机电作动器的电机旋转带动第一负载摆动，和驱动第二机电作动器的电机旋转带动第二负载摆动。

所述的从伺服控制驱动器接收主伺服控制驱动器发出的第三、第四负载摆角位置指令信号；同时，从伺服控制驱动器采集第三机电作动器、第四机电作动器的电机旋变信号和第三负载、第四负载的位移反馈信号，通过PID算法和空间矢量控制算法分别计算第三、第四驱动SVPWM信号。从伺服控制驱动器将两路SVPWM信号进行放大、隔离、功率驱动后，分别驱动第三机电作动器的电机旋转带动第三负载摆动，和驱动第四机电作动器的电机旋转带动第四负载摆动。

所述的主伺服控制驱动器包括第一主控芯片、1553B总线接口电路、第一CAN总线接口电路、第一信号变换及处理电路、第二电流传感器、第一电流传感器、第二放大电路、第二隔离电路、第二功率驱动电路、第一功率驱动电路、第一隔离电路、第一放大电路、第一R/D变换电路、第二R/D变换电路；1553B总线接口电路的一端与控制系统的信号输出端连通，1553B总线接口电路的另一端与第一主控芯片的控制信号输入端连通，第一主控芯片的SVPWM信号输出端分别与第一放大电路、第二放大电路的信号输入端连通，第一主控芯片的信号输出端与第一CAN总线接口电路的信号输入端连通；第一放大电路的信号输入端与第一隔离电路的信号输入端连通，第一隔离电路的信号输出端与第一功率驱动电路的信号输入端连通；第二放大电路的信号输出端与第二隔离电路的信号输入端连通，第二隔离电路的信号输入端与第二功率驱动电路的信号输入端连通；第一主控芯片的反馈端分别与第一R/D变换电路、第二R/D变换电路、第一信号变换及处理电路的信号输出端连通，第一信号变换及处理电路的信号输入端分别与第二电流传感器、第一电流传感器和第二电位计、第一电位计的信号输出端连通；第一电流传感器的信号输入端与第一功率驱动电路的电流信号采集端连通，第二电流传感器的信号输入端与第二功率驱动电路的电流信号采集端连通。

所述的主机电作动器包括第一机电作动器、第二机电作动器，主驱动负载包括第一负载、第二负载，主伺服控制驱动器的信号输出端分别与第一机电作动器、第二机电作动器的信号输入端连通，第一机电作动器的信号输出端与第一负载的输入端连通；第二机电作动器的信号输出端与第二负载的输入端连通；第一机电作动器的信号采集端与第一负载的信号采集端连通，第二机电作动器的信号采集端与第二负载的信号采集端连通；第一机电作动器、第二机电作动器的信号反馈端均与主伺服控制驱动器的信号反馈端连通。

所述的第一机电作动器包括第一旋转变压器、第一电机、第一传动机构、第一电位计；第一电机的驱动信号输入端与第一功率驱动电路的驱动信号输出端连通，第一电机的转子位置输出端与第一旋转变压器的信号输入端连通，第一旋转变压器的信号输出端与主伺服控制驱动器的第一R/D变换电路的信号输入端连通；第一电机的旋转信号输出端与第一传动机构的信号输入端连通，第一传动机构的输出端与第一负载的输入端连通，第一负载的位移信号反馈端与第一电位计的信号采集端连通；第一电位计的信号输出端与主伺服控制驱动器的第一信号变换及处理电路的信号输入端连通；第二机电作动器包括第二旋转变压器、第二电机、第二传动机构、第二电位计，第二电机的驱动信号输入端与第二功率驱动电路的信号输出端连通，第二电机的转子位置输出端与第二旋转变压器的信号输入端连通，第二旋转变压器的信号输出端与主伺服控制驱动器的第二R/D变换电路的信号输入端连通；第二电机的旋转信号输出端与第二传动机构的信号输入端连通，第二传动机构的输出端与第二负载的输入端连通，第二负载的位移信号反馈端与第二电位计的信号采集端连通，第二电位计的信号输出端与主伺服控制驱动器的第一信号变换及处理电路的信号输入端连通。

所述的从伺服控制驱动器包括第二主控芯片、第二CAN总线接口电路、第二信号变换及处理电路、第四电流传感器、第三电流传感器、第四放大电路、第四隔离电路、第四功率驱动电路、第三功率驱动电路、第三隔离电路、第三放大电路、第三R/D变换电路、第四R/D变换电路；第二CAN总线接口电路的输入端与第一CAN总线接口电路的输出端连通，第二CAN总线接口电路的输出端与第二主控芯片的控制信号输入端连通；第二主控芯片的SVPWM信号输出端分别与第三放大电路、第四放大电路的信号输入端连通；第三放大电路的信号输出端与第三隔离电路的信号输入端连通，第三隔离电路的信号输出端与第三功率驱动电路的信号输入端连通；第四放大电路的信号输出端与第四隔离电路的信号输入端连通，第四隔离电路的信号输出端与第四功率驱动电路的信号输入端连通；第二主控芯片的的反馈端与第二信号变换及处理电路的信号输出端连通；第二信号变换及处理电路的信号输入端分别与第三电流传感器、第四电流传感器和第三电位计、第四电位计的信号输出端连通；第三电流传感器的信号输入端与第三功率驱动电路的电流信号采集端连通，第四电流传感器的信号输入端与第四功率驱动电路的电流信号采集端连通。

所述的从机电作动器包括第三机电作动器、第四机电作动器，从驱动负载包括第三负载、第四负载，从伺服控制驱动器的信号输出端分别与第三机电作动器的信号输入端、第四机电作动器的信号输入端连通；第三机电作动器的信号输出端与第三负载的输入端连通，第四机电作动器的信号输出端与第四负载的输入端连通；第三机电作动器的信号采集端与第三负载的信号采集端连通，第四机电作动器的信号采集端与第四负载的信号采集端连通；第三机电作动器、第四机电作动器的信号反馈端均与从伺服控制驱动器的信号反馈端连通。

所述的第三机电作动器包括第三旋转变压器、第三电机、第三传动机构、第三电位计，第三电机的信号输入端与第三功率驱动电路的信号输出端连通，第三电机的转子位置输出端与第三旋转变压器的信号输入端连通，第三旋转变压器的信号输出端与从伺服控制驱动器的第二信号变换及处理电路的信号输入端连通；第三电机的旋转信号输出端与第三传动机构的信号输入端连通，第三传动机构的输出端与第三负载的输入端连通，第三负载的位移信号反馈端与第三电位计的信号采集端连通，第三电位计的信号输出端与第二信号变换及处理电路的信号输入端连通；第四机电作动器包括第四旋转变压器、第四电机、第四传动机构、第四电位计，第四电机的信号输入端与第四功率驱动电路的信号输出端连通，第四电机的转子位置输出端与第四旋转变压器的信号输入端连通，第四旋转变压器的信号输出端与从伺服控制驱动器的第二信号变换及处理电路的信号输入端连通；第四电机的旋转信号输出端与第四传动机构的信号输入端连通，第四传动机构的输出端与第四负载的输入端连通，第四负载的位移信号反馈端与第四电位计的信号采集端连通，第四电位计的信号输出端与从伺服控制驱动器的第二信号变换及处理电路的信号输入端连通。

所述的第一功率驱动电路、第二功率驱动电路、第三功率驱动电路、第四功率驱动电路的电源输入端与动力电源的输出端连通。

本发明的有益技术效果在于：(1)本发明的系统体积小、重量轻，采用“一驱二”双通道伺服驱动技术，只需要2台控制驱动器、4台机电作动器和1台伺服动力电源，就可以实现四通道空气动力控制要求，伺服系统整体集成度高，可以满足空气舵空间布局和质量限制。(2)本发明的系统组成简单、可靠性高，通过高集成化设计，简化系统组成，提高系统工作可靠性，(3)能源利用率高，飞行器空气舵伺服系统工作时间长达1000s以上，但其中大部分时间工作于负载力矩低、动作速度慢的工况下，伺服系统实际输出功率较小。液压伺服系统工作时，能源消耗持续以高功率状态输出，能源利用率低下；而机电伺服系统根据实际需求输出功率，能源利用率高。(4)工作时间长，机电伺服系统能源利用率高，能源消耗总量少，发热总量小，合理地进行机电伺服系统的热设计，减少发热量，增强散热能力，满足工作时间大于1000s的长时间工作要求。(5)使用维护方便，不漏液、不渗油，采用模块化设计，产品互换性高，可维修性强；系统集成度高、体积小、工作时间长，可以满足飞行器空气舵负载的技术要求。

附图说明

图1为本发明所提供的一种用于控制飞行器空气舵负载摆角的空气动力控制伺服系统的框图；

图2为本发明所提供的一种用于控制飞行器空气舵负载摆角的空气动力控制伺服系统的原理图。

图中：

1.主伺服控制驱动器，101.第一主控芯片，102.1553B总线接口电路，103.第一CAN总线接口电路，104.第一信号变换及处理电路，105.第二电流传感器，106.第一电流传感器，107.第二放大电路，108.第二隔离电路，109.第二功率驱动电路，110.第一功率驱动电路，111.第一隔离电路，112.第一放大电路，113.第一R/D变换电路，114.第二R/D变换电路；

2.第一机电作动器，201.第一旋转变压器，202.第一电机，203.第一传动机构，204.第一电位计；

3.第二机电作动器，301.第二旋转变压器，202.第二电机，303.第二传动机构，304.第二电位计；

4.从伺服控制驱动器，401.第二主控芯片，402.第二CAN总线接口电路，403.第二信号变换及处理电路，404.第四电流传感器，405.第三电流传感器，406.第四放大电路，407.第四隔离电路，408.第四功率驱动电路，409.第三功率驱动电路，410.第三隔离电路，411.第三放大电路，412.第三R/D变换电路，413.第四R/D变换电路；

5.第三机电作动器，501.第三旋转变压器，502.第三电机，503.第三传动机构，504.第三电位计；

6.第四机电作动器，601.第四旋转变压器，602.第四电机，603.第四传动机构，604.第四电位计；

7.动力电源，8.控制系统；

F1.第一负载，F2.第二负载，F3.第三负载，F4.第四负载。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明所提供的一种用于控制飞行器空气舵负载摆角的空气动力控制伺服系统，包括主伺服控制驱动器1、从伺服控制驱动器4、第一机电作动器2、第二机电作动器3、第三机电作动器5、第四机电作动器6和动力电源7。主伺服控制驱动器1的信号输入端与控制系统8的输出端连通，控制系统8可以为地面测试仪，主伺服控制驱动器1的信号输出端分别与从伺服控制驱动器4的信号输入端、第一机电作动器2的信号输入端、第二机电作动器3的信号输入端连通。第一机电作动器2的信号输出端与第一负载F1的输入端连通；第二机电作动器3的信号输出端与第二负载F2的输入端连通；第一机电作动器2的信号采集端与第一负载F1的信号采集端连通，第二机电作动器3的信号采集端与第二负载F2的信号采集端连通；第一机电作动器2的信号反馈端、第二机电作动器3的信号反馈端均与主伺服控制驱动器1的信号反馈端连通。从伺服控制驱动器4的信号输出端分别与第三机电作动器5的信号输入端、第四机电作动器6的信号输入端连通。第三机电作动器5的信号输出端与第三负载F3的输入端连通，第四机电作动器6的信号输出端与第四负载F4的输入端连通；第三机电作动器5的信号采集端与第三负载F3的信号采集端连通，第四机电作动器6的号采集端与第四负载F4的信号采集端连通；第三机电作动器5的信号反馈端、第四机电作动器6的信号反馈端均与从伺服控制驱动器4的信号反馈端连通。

动力电源7的输出端分别与主伺服控制驱动器1的电源输入端、从伺服控制驱动器4的电源输入端连通。

如图1所示，主伺服控制驱动器1、从伺服控制驱动器4均采用“一驱二”双通道伺服驱动技术，分别驱动两台机电作动器，即主伺服控制驱动器1驱动第一机电作动器2、第二机电作动器3，从伺服控制驱动器4驱动第三机电作动器5、第四机电作动器6。具体工作原理如下：

(1)主伺服控制驱动器1初始工作状态

主伺服控制驱动器1通过1553B总线接口与控制系统8进行通讯，主伺服控制驱动器1接收控制系统8发出的第一、第二、第三和第四负载摆角位置指令信号，主伺服控制驱动器1将其中的第三和第四负载摆角位置指令信号传输给从伺服控制驱动器4。同时，主伺服控制驱动器1采集第一机电作动器2、第二机电作动器3的电机旋变信号。

(2)主伺服控制驱动器1初始控制第一负载F1、第二负载F2摆动的工作过程

主伺服控制驱动器1将第一负载摆角位置指令信号和第一负载的位移反馈信号进行PID闭环控制计算后，通过空间矢量控制算法生成第一SVPWM信号，同理主伺服控制驱动器将第二负载摆角位置指令信号和第二负载的位移反馈信号进行计算生成第二SVPWM信号，并且主伺服控制驱动器1分别将两路SVPWM信号进行放大、隔离、功率驱动生成功率驱动信号；两路功率驱动信号分别驱动第一机电作动器2的电机、第二机电作动器3的电机进行旋转。第一机电作动器2的电机旋转带动传动机构驱动第一负载F1进行摆动，第二机电作动器3的电机旋转带动传动机构驱动第二负载F2进行摆动。

(3)主伺服控制驱动器1采集第一负载F1、第二负载F2的位移信号后的工作过程

第一机电作动器2、第二机电作动器3分别采集第一负载F1、第二负载F2的位移信号反馈给主伺服控制驱动器1，主伺服控制驱动器1将第一负载F1、第二负载F2的位移信号与控制系统8发出的负载摆角位置指令信号进行比较，计算摆角偏差，并根据偏差值调整第一、第二SVPWM信号，经过放大、隔离、功率驱动后控制第一、第二电机旋转，驱动第一、第二传动机构推动第一负载F1、第二负载F2向负载摆角位置指令信号要求的位置动作，以达到精密位置跟踪的目的。

(3.1)第一负载F1的摆角控制过程如下：

①当前控制周期内，主伺服控制驱动器采集第一负载的位移反馈信号，并将位移反馈信号与控制系统8第一负载摆角位置指令信号进行比较，计算摆角位置指令信号与反馈位移信号之间的偏差，对偏差值进行PID(比例、积分、微分)闭环控制运算后，通过空间矢量控制算法生成第一SVPWM信号；主伺服控制驱动器将第一SVPWM信号放大、隔离、功率驱动后生成第一功率驱动信号，驱动第一电机旋转，第一电机的旋转信号经过第一传动机构传动后推动第一负载F1向控制系统8发出的第一负载摆角位置指令信号要求的位置动作。

②下一控制周期内，主伺服控制驱动器再次采集第一负载的位移反馈信号，并与控制系统8第一负载摆角位置指令信号比较，生成新的摆角偏差值，如果与上一个控制周期相比，摆角偏差值减小，则通过闭环控制运算生成的SVPWM信号减小，使第一电机旋转速度降低、输出力矩减小，推动第一负载F1缓慢趋向第一负载摆角位置指令信号要求的位置，避免由于电机速度过快出现超调；如果与上一个控制周期相比，摆角偏差值增大，则通过闭环控制运算生成的SVPWM信号同样增大，使第一电机旋转速度增加、输出力矩增大，克服空气舵负载力矩，推动第一负载F1加速趋向第一负载摆角位置指令信号要求的位置；

③两次控制周期间隔时间只有0.1ms，上述实时控制过程持续进行，形成位置闭环控制：采集第一负载的位移反馈信号，计算摆角偏差值并生成SVPWM信号，驱动第一机电作动器推动第一负载向负载摆角位置指令信号要求的位置动作；再次采集第一负载的新的位移反馈信号，根据新的位移反馈信号调整SVPWM信号，驱动第一机电作动器推动第一负载动作。上述过程不断执行，最终达到第一负载位移反馈信号与第一负载向负载摆角位置指令相同，偏差值为零的状态，实现精密位置跟踪的目的。

(3.2)第二负载F2的摆角控制与第一负载F1的摆角控制过程相同，第二负载F2的摆角控制过程如下：

①当前控制周期内，主伺服控制驱动器采集第二负载的位移反馈信号，并将位移反馈信号与控制系统8第二负载摆角位置指令信号进行比较，计算摆角位置指令信号与反馈位移信号之间的偏差，对偏差值进行PID(比例、积分、微分)闭环控制运算后，通过空间矢量控制算法生成第二SVPWM信号；主伺服控制驱动器将第二SVPWM信号放大、隔离、功率驱动后生成第二功率驱动信号，驱动第二电机旋转，第二电机的旋转信号经过第二传动机构传动后推动第二负载F2向控制系统8发出的第二负载摆角位置指令信号要求的位置动作。

②下一控制周期内，主伺服控制驱动器再次采集第二负载的位移反馈信号，并与控制系统8第二负载摆角位置指令信号比较，生成新的摆角偏差值，如果与上一个控制周期相比，摆角偏差值减小，则通过闭环控制运算生成的SVPWM信号减小，使第二电机旋转速度降低、输出力矩减小，推动第二负载F2缓慢趋向第二负载摆角位置指令信号要求的位置，避免由于电机速度过快出现超调；如果与上一个控制周期相比，摆角偏差值增大，则通过闭环控制运算生成的SVPWM信号同样增大，使第二电机旋转速度增加、输出力矩增大，克服空气舵负载力矩，推动第二负载F2加速趋向第二负载摆角位置指令信号要求的位置；

③两次控制周期间隔时间只有0.1ms，上述实时控制过程持续进行，形成位置闭环控制：采集第二负载的位移反馈信号，计算摆角偏差值并生成SVPWM信号，驱动第二机电作动器推动第二负载向负载摆角位置指令信号要求的位置动作；再次采集第二负载的新的位移反馈信号，根据新的位移反馈信号调整SVPWM信号，驱动第二机电作动器推动第二负载动作。上述过程不断执行，最终达到第二负载位移反馈信号与第二负载向负载摆角位置指令相同的目的。

(4)从伺服控制驱动器4初始控制第三负载F3、第四负载F4摆动的工作过程

从伺服控制驱动器4接收主伺服控制驱动器1发出的第三、第四负载摆角位置指令信号。同时，从伺服控制驱动器4采集第三机电作动器5、第四机电作动器6的电机旋变信号。从伺服控制驱动器4将第三负载摆角位置指令信号和第一负载的位移反馈信号进行PID闭环控制计算后，通过空间矢量控制算法生成第三SVPWM信号，同理从伺服控制驱动器将第四负载摆角位置指令信号和第四负载的位移反馈信号进行计算生成第四SVPWM信号，并且从伺服控制驱动器4分别将两路SVPWM信号进行放大、隔离、功率驱动生成功率驱动信号。两路功率驱动信号分别驱动第三机电作动器5的电机、第四机电作动器6的电机进行旋转。第三机电作动器5的电机旋转带动传动机构驱动第三负载F3进行摆动，第四机电作动器6的电机旋转带动传动机构驱动第四负载F4进行摆动。

(5)从伺服控制驱动器4采集第三负载F3、第四负载F4的反馈位移信号后的工作过程

第三机电作动器5、第四机电作动器6分别采集第三负载F3、第四负载F4的位移信号反馈给从伺服控制驱动器4，从伺服控制驱动器4将第三负载F3、第四负载F4的位移信号与控制系统8发出的负载摆角位置指令信号进行比较，计算摆角偏差，并根据偏差值调整第三、第四SVPWM信号，经过放大、隔离、功率驱动后控制第三、第四电机旋转，驱动第三、第四传动机构推动第三负载F3、第四负载F4向负载摆角位置指令信号要求的位置动作，以达到精密位置跟踪的目的。

(5.1)第三负载F3的摆角控制过程如下：

①当前控制周期内，从伺服控制驱动器采集第三负载的位移反馈信号，并将位移反馈信号与控制系统8第三负载摆角位置指令信号进行比较，计算摆角位置指令信号与反馈位移信号之间的偏差，对偏差值进行PID(比例、积分、微分)闭环控制运算后，通过空间矢量控制算法生成第三SVPWM信号；从伺服控制驱动器将第三SVPWM信号放大、隔离、功率驱动后生成第三功率驱动信号，驱动第三电机旋转，第三电机的旋转信号经过第三传动机构传动后推动第三负载F3向控制系统8发出的第三负载摆角位置指令信号要求的位置动作。

②下一控制周期内，从伺服控制驱动器再次采集第三负载的位移反馈信号，并与控制系统8第三负载摆角位置指令信号比较，生成新的摆角偏差值，如果与上一个控制周期相比，摆角偏差值减小，则通过闭环控制运算生成的SVPWM信号减小，使第三电机旋转速度降低、输出力矩减小，推动第三负载F3缓慢趋向第三负载摆角位置指令信号要求的位置，避免由于电机速度过快出现超调；如果与上一个控制周期相比，摆角偏差值增大，则通过闭环控制运算生成的SVPWM信号同样增大，使第三电机旋转速度增加、输出力矩增大，克服空气舵负载力矩，推动第三负载F3加速趋向第三负载摆角位置指令信号要求的位置；

③两次控制周期间隔时间只有0.1ms，上述实时控制过程持续进行，形成位置闭环控制：采集第三负载的位移反馈信号，计算摆角偏差值并生成SVPWM信号，驱动第三机电作动器推动第三负载向负载摆角位置指令信号要求的位置动作；再次采集第三负载的新的位移反馈信号，根据新的位移反馈信号调整SVPWM信号，驱动第三机电作动器推动第三负载动作。上述过程不断执行，最终达到第三负载位移反馈信号与第三负载向负载摆角位置指令相同的目的。

(5.2)第四负载F4的摆角控制与第三负载F3的摆角控制过程相同，第四负载F4的摆角控制过程如下：

①当前控制周期内，从伺服控制驱动器采集第四负载的位移反馈信号，并将位移反馈信号与控制系统8第四负载摆角位置指令信号进行比较，计算摆角位置指令信号与反馈位移信号之间的偏差，对偏差值进行PID(比例、积分、微分)闭环控制运算后，通过空间矢量控制算法生成第四SVPWM信号；从伺服控制驱动器将第四SVPWM信号放大、隔离、功率驱动后生成第四功率驱动信号，驱动第四电机旋转，第四电机的旋转信号经过第四传动机构传动后推动第四负载F4向控制系统8发出的第四负载摆角位置指令信号要求的位置动作。

②下一控制周期内，从伺服控制驱动器再次采集第四负载的位移反馈信号，并与控制系统8第四负载摆角位置指令信号比较，生成新的摆角偏差值，如果与上一个控制周期相比，摆角偏差值减小，则通过闭环控制运算生成的SVPWM信号减小，使第四电机旋转速度降低、输出力矩减小，推动第四负载F4缓慢趋向第四负载摆角位置指令信号要求的位置，避免由于电机速度过快出现超调；如果与上一个控制周期相比，摆角偏差值增大，则通过闭环控制运算生成的SVPWM信号同样增大，使第四电机旋转速度增加、输出力矩增大，克服空气舵负载力矩，推动第四负载F4加速趋向第四负载摆角位置指令信号要求的位置；

③两次控制周期间隔时间只有0.1ms，上述实时控制过程持续进行，形成位置闭环控制：采集第四负载的位移反馈信号，计算摆角偏差值并生成SVPWM信号，驱动第四机电作动器推动第四负载向负载摆角位置指令信号要求的位置动作；再次采集第四负载的新的位移反馈信号，根据新的位移反馈信号调整SVPWM信号，驱动第四机电作动器推动第四负载动作。上述过程不断执行，最终达到第四负载位移反馈信号与第四负载向负载摆角位置指令相同的目的。

(6)同时，从伺服控制驱动器4将采集的电机旋变信号、负载位移信号实时传输给主伺服控制驱动器1；伺服控制驱动器1将采集的电机旋变信号、负载位移信号以及从伺服控制驱动器4传输的信号实时传输给控制系统8，控制系统8仅存储上述各种信号。伺服动力电源7为主伺服控制驱动器1和从伺服控制驱动器4提供动力能源。

如图2所示，主伺服控制驱动器1包括第一主控芯片101、1553B总线接口电路102、第一CAN总线接口电路103、第一信号变换及处理电路104、第二电流传感器105、第一电流传感器106、第二放大电路107、第二隔离电路108、第二功率驱动电路109、第一功率驱动电路110、第一隔离电路111、第一放大电路112、第一R/D变换电路113、第二R/D变换电路114。1553B总线接口电路102的一端与控制系统8的1553B总线输出端连通，1553B总线接口电路102的另一端与第一主控芯片101的并行数字总线端连通，第一主控芯片101的一个SVPWM信号输出端与第一放大电路112的PWM信号输入端连通，第一主控芯片101的另一个SVPWM信号输出端与第二放大电路107的PWM信号输入端连通。第一放大电路112的PWM信号输出端与第一隔离电路111的隔离信号输入端连通，第一隔离电路111的隔离信号输出端与第一功率驱动电路110的驱动信号输入端连通。第二放大电路107的PWM信号输出端与第二隔离电路108的隔离信号输入端连通，第二隔离电路108的隔离信号输出端与第二功率驱动电路109的驱动信号输入端连通。第一主控芯片101的第一串行数字总线端与第一R/D变换电路113的串行数字总线端连通，第一主控芯片101的第二串行数字总线端与第二R/D变换电路114的串行数字总线端连通。第一主控芯片101的模拟量输入端与第一信号变换及处理电路104的模拟量输出端连通，第一信号变换及处理电路104的第二电流模拟量输入端与第二电流传感器105的电流模拟量输出端连通，第一信号变换及处理电路104的第一电流模拟量输入端与第一电流传感器106的电流模拟量输出端端连通。第一电流传感器106的电流输入端与第一功率驱动电路110的电流采集端连通，第二电流传感器105的电流输入端与第二功率驱动电路109的电流采集端连通。第一主控芯片101的CAN总线通讯端与第一CAN总线接口电路103连通。

如图2所示，第一机电作动器2包括第一旋转变压器201、第一电机202、第一传动机构203、第一电位计204。第一电机202的功率输入端与第一功率驱动电路110的功率输出端连通，第一电机202的转子位置输出端与第一旋转变压器201的转子位置输入端连通，第一旋转变压器201的转子位置模拟量输出端与主伺服控制驱动器1的第一R/D变换电路113的转子位置模拟量输入端连通。第一电机202的旋转输出端与第一传动机构203的旋转输入端连通，第一传动机构203的推动输出端与第一负载F1的推动输入端连通，第一负载F1的位移反馈端与第一电位计204的位移采集输入端连通。第一电位计204的位移采集输出端与主伺服控制驱动器1的第一信号变换及处理电路104的位移模拟量输入端连通。

如图2所示，第二机电作动器3包括第二旋转变压器301、第二电机302、第二传动机构303、第二电位计304，第二电机302的功率输入端与第二功率驱动电路109的功率输出端连通，第二电机302的转子位置输出端与第二旋转变压器301的转子位置输入端连通，第二旋转变压器301的转子位置模拟量输出端与主伺服控制驱动器1的第二R/D变换电路114的转子位置模拟量输入端连通。第二电机302的旋转输出端与第二传动机构303的旋转输入端连通，第二传动机构303的推动输出端与第二负载F2的推动输入端连通，第二负载F2的位移反馈端与第二电位计304的位移采集输入端连通，第二电位计304的位移采集输出端与主伺服控制驱动器1的第一信号变换及处理电路104的位移模拟量输入端连通。

如图2所示，从伺服控制驱动器4包括第二主控芯片401、第二CAN总线接口电路402、第二信号变换及处理电路403、第四电流传感器404、第三电流传感器405、第四放大电路406、第四隔离电路407、第四功率驱动电路408、第三功率驱动电路409、第三隔离电路410、第三放大电路411、第三R/D变换电路412、第四R/D变换电路413。第二CAN总线接口电路402的CAN总线通讯端与第一CAN总线接口电路103的CAN总线通讯端连通，第二CAN总线接口电路402与第二主控芯片401的CAN数字总线端连通。第二主控芯片401的一个SVPWM信号输出端与第三放大电路411的PWM信号输入端连通，第二主控芯片401的另一个SVPWM信号输出端与第四放大电路406的PWM信号输入端连通。第三放大电路411的PWM信号输出端与第三隔离电路410的隔离信号输入端连通，第三隔离电路410的隔离信号输出端与第三功率驱动电路409的驱动信号输入端连通。第四放大电路406的PWM信号输出端与第四隔离电路407的隔离信号输入端连通，第四隔离电路407的隔离信号输出端与第四功率驱动电路408的驱动信号输入端连通。第二主控芯片401的模拟量输入端与第二信号变换及处理电路403的模拟量输出端连通；第二信号变换及处理电路403的第三电流模拟量输入端与第三电流传感器405的电流模拟量输出端连通，第三电流传感器405的电流输入端与第三功率驱动电路409的电流采集端连通；第二信号变换及处理电路403的第四电流模拟量输入端与第四电流传感器404的电流模拟量输出端连通，第四电流传感器404的电流输入端与第四功率驱动电路408的电流采集端连通。

如图2所示，第三机电作动器5包括第三旋转变压器501、第三电机502、第三传动机构503、第三电位计504，第三电机502的功率输入端与第三功率驱动电路409的功率输出端连通，第三电机502的转子位置输出端与第三旋转变压器501的转子位置输入端连通，第三旋转变压器501的转子位置模拟量输出端与从伺服控制驱动器4的第三R/D变换电路412的转子位置模拟量输入端连通。第三电机502的旋转输出端与第三传动机构503的旋转输入端连通，第三传动机构503的推动输出端与第三负载F3的推动输入端连通，第三负载F3的位移反馈端与第三电位计504的位移采集输入端连通，第三电位计504的位移采集输出端与第二信号变换及处理电路403的位移模拟量输入端连通。

如图2所示，第四机电作动器6包括第四旋转变压器601、第四电机602、第四传动机构603、第四电位计604，第四电机602的功率输入端与第四功率驱动电路408的功率输出端连通，第四电机602的转子位置输出端与第四旋转变压器601的转子位置输入端连通，第四旋转变压器601的转子位置模拟量输出端与从伺服控制驱动器4的第四R/D变换电路413的转子位置模拟量输入端连通。第四电机602的旋转输出端与第四传动机构603的旋转输入端连通，第四传动机构603的推动输出端与第四负载F4的推动输入端连通，第四负载F4的位移反馈端与第四电位计604的位移采集输入端连通，第四电位计604的位移采集输出端与从伺服控制驱动器4的第二信号变换及处理电路403的位移模拟量输入端连通。

如图2所示，第一功率驱动电路110的功率电源输入端、第二功率驱动电路109的功率电源输入端、第四功率驱动电路408的功率电源输入端、第三功率驱动电路409的功率电源输入端与动力电源7的功率电源输出端连通。

如图2所示，第一主控芯片101、第二主控芯片401的产品型号是TI公司DSP芯片TMS320F2812。1553B总线接口电路102的产品型号是DDC公司Bu61580。第一CAN总线接口电路103、第二CAN总线接口电路402的产品型号是TI公司SN65HVD232。第一信号变换及处理电路104、第二信号变换及处理电路403和第一放大电路112、第二放大电路107、第三放大电路411、第四放大电路406的主要芯片型号是TI公司OPA4171。第一R/D变换电路113、第二R/D变换电路114、第三R/D变换电路412、第四R/D变换电路413的产品型号是AD公司AD2S1210。

如图2所示，以第一负载F1、第二负载F2、第三负载F3、第四负载F4均为飞行器空气舵为例，详细说明本发明所提供的一种用于控制飞行器空气舵负载摆角的空气动力控制伺服系统的工作原理：

如图2所示，(1)主伺服驱动控制器1的工作原理

(1.1)第一主控芯片101初始工作状态

控制系统8通过主伺服控制驱动器1的第一1553B总线接口电路102与第一主控芯片101进行数据通信，控制系统8发出的第一、第二和第三、第四负载摆角位置指令信号，第一主控芯片101将第三、第四负载摆角位置指令信号通过第一CAN总线接口电路103转发给从伺服控制驱动器4。同时，第一电机202的转子角度通过第一旋转变压器201转化为电机旋变信号，电机旋变信号通过第一R/D变换电路113转换成电机旋变数字信号后送第一主控芯片101；同理，第二电机302的转子角度通过第二旋转变压器301转化为电机旋变信号，电机旋变信号通过第二R/D变换电路114转换成电机旋变数字信号后送第一主控芯片101。同时，第一电位计204采集第一负载F1的位移信号，位移信号送入第一信号变换及处理电路104中，第一信号变换及处理电路104将位移信号调理为位移模拟量信号送入第一主控芯片101；同理第二电位计303采集第二负载F2的位移信号，位移信号送入第一信号变换及处理电路104中，第一信号变换及处理电路104将位移信号调理为位移模拟量信号送入第一主控芯片101。

(1.2)第一主控芯片101初始控制第一负载F1、第二负载F2摆动的工作过程

第一主控芯片101将第一、第二负载摆角位置指令信号和第一、第二负载的位移反馈信号进行PID闭环控制计算后生成两路SVPWM信号，第一主控芯片101将两路SVPWM信号分别送入第一放大电路112和第二放大电路107进行放大。第一放大电路112将放大后的SVPWM信号送入过第一隔离电路111进行弱电信号与强电信号隔离后，第一隔离电路111将强电信号送入第一功率驱动电路110进行功率放大处理，经过功率放大后的功率驱动信号驱动第一电机202旋转运动，进而带动第一传动机构203推动第一负载F1(即第一空气舵)进行摆动。第二放大电路107将放大后的SVPWM信号送入过第二隔离电路108进行弱电信号与强电信号隔离后，第二隔离电路108将强电信号送入第二功率驱动电路109进行功率放大处理，经过功率放大后的功率驱动信号驱动第二电机302旋转运动，进而带动第二传动机构303推动第二负载F2(即第二空气舵)进行摆动。

(1.3)第一主控芯片101采集第一负载F1、第二负载F2的位移信号后的工作过程

第一电位计204采集第一负载F1的位移信号，第一电流传感器106采集第一功率驱动电路110的电流信号，位移信号和电流信号一起送入第一信号变换及处理电路104中，第一信号变换及处理电路104将位移信号、电流信号分别调理为位移模拟量信号、电流模拟量信号，并将位移模拟量信号、电流模拟量信号送入第一主控芯片101。同理，第二电位计304采集第二负载F2的位移信号，第二电流传感器105采集第二功率驱动电路109的电流信号，位移信号和电流信号一起送入第一信号变换及处理电路104中，第一信号变换及处理电路104将位移信号、电流信号分别调理为位移模拟量信号、电流模拟量信号，并将该位移模拟量信号、电流模拟量信号送入第一主控芯片101。第一主控芯片101将接收到的第一负载F1、第二负载F2的位移模拟量信号进行A/D变换，转换为第一负载F1、第二负载F2的数字量位移反馈信号，并与控制系统8发出的数字量负载摆角位置指令信号进行比较，通过PID闭环控制算法生成SVPWM信号，从而实时控制第一机电作动器、第二机电作动器根据控制系统负载摆角位置指令信号动作。

(1.3.1)第一负载F1的摆角控制过程如下：

①当前控制周期内，第一主控芯片101采集第一负载的位移反馈信号，并将位移反馈信号与控制系统8第一负载摆角位置指令信号进行比较，计算摆角位置指令信号与反馈位移信号之间的偏差，对偏差值进行PID(比例、积分、微分)闭环控制运算后，通过空间矢量控制算法生成第一SVPWM信号；主伺服控制驱动器将第一SVPWM信号放大、隔离、功率驱动后生成第一功率驱动信号，驱动第一电机旋转，第一电机的旋转信号经过第一传动机构传动后推动第一负载F1向控制系统8发出的第一负载摆角位置指令信号要求的位置动作。

②下一控制周期内，第一主控芯片101再次采集第一负载的位移反馈信号，并与控制系统8第一负载摆角位置指令信号比较，生成新的摆角偏差值，如果与上一个控制周期相比，摆角偏差值减小，则通过闭环控制运算生成的SVPWM信号减小，使第一电机旋转速度降低、输出力矩减小，推动第一负载F1缓慢趋向第一负载摆角位置指令信号要求的位置，避免由于电机速度过快出现超调；如果与上一个控制周期相比，摆角偏差值增大，则通过闭环控制运算生成的SVPWM信号同样增大，使第一电机旋转速度增加、输出力矩增大，克服空气舵负载力矩，推动第一负载F1加速趋向第一负载摆角位置指令信号要求的位置；

③第一主控芯片101两次控制周期间隔时间只有0.1ms，上述实时控制过程持续进行，形成位置闭环控制：采集第一负载的位移反馈信号，计算摆角偏差值并生成SVPWM信号，驱动第一机电作动器推动第一负载向负载摆角位置指令信号要求的位置动作；再次采集第一负载的新的位移反馈信号，根据新的位移反馈信号调整SVPWM信号，驱动第一机电作动器推动第一负载动作。上述过程不断执行，最终达到第一负载位移反馈信号与第一负载向负载摆角位置指令相同，偏差值为零的状态，实现精密位置跟踪的目的。

(1.3.2)第二负载F2的摆角控制与第一负载F1的摆角控制过程相同，第二负载F2的摆角控制过程如下：

①当前控制周期内，第一主控芯片101采集第二负载的位移反馈信号，并将位移反馈信号与控制系统8第二负载摆角位置指令信号进行比较，计算摆角位置指令信号与反馈位移信号之间的偏差，对偏差值进行PID(比例、积分、微分)闭环控制运算后，通过空间矢量控制算法生成第二SVPWM信号；主伺服控制驱动器将第二SVPWM信号放大、隔离、功率驱动后生成第二功率驱动信号，驱动第二电机旋转，第二电机的旋转信号经过第二传动机构传动后推动第二负载F2向控制系统8发出的第二负载摆角位置指令信号要求的位置动作。

②下一控制周期内，第一主控芯片101再次采集第二负载的位移反馈信号，并与控制系统8第二负载摆角位置指令信号比较，生成新的摆角偏差值，如果与上一个控制周期相比，摆角偏差值减小，则通过闭环控制运算生成的SVPWM信号减小，使第二电机旋转速度降低、输出力矩减小，推动第二负载F2缓慢趋向第二负载摆角位置指令信号要求的位置，避免由于电机速度过快出现超调；如果与上一个控制周期相比，摆角偏差值增大，则通过闭环控制运算生成的SVPWM信号同样增大，使第二电机旋转速度增加、输出力矩增大，克服空气舵负载力矩，推动第二负载F2加速趋向第二负载摆角位置指令信号要求的位置；

③第一主控芯片101两次控制周期间隔时间只有0.1ms，上述实时控制过程持续进行，形成位置闭环控制：采集第二负载的位移反馈信号，计算摆角偏差值并生成SVPWM信号，驱动第二机电作动器推动第二负载向负载摆角位置指令信号要求的位置动作；再次采集第二负载的新的位移反馈信号，根据新的位移反馈信号调整SVPWM信号，驱动第二机电作动器推动第二负载动作。上述过程不断执行，最终达到第二负载位移反馈信号与第二负载向负载摆角位置指令相同的目的。

(1.4)第一主控芯片101对电流模拟量信号进行处理的工作原理：

第一主控芯片101接收第一信号变换及处理电路104传输的电流模拟量信号后进行A/D变换，转换为第一、第二电流数字量信号用于过流保护。如果第一电流数字量信号大于设定的过流保护阈值，第一主控芯片101立即停止第一SVPWM输出，即第一SVPWM信号输出全部为零，经过放大、隔离后，第一功率驱动电路输出电流为零，实现预期的过流保护作用。同理如果第二电流数字量信号大于设定的过流保护阈值，第一主控芯片101立即停止第二SVPWM输出，即第二SVPWM信号输出全部为零，经过放大、隔离后，第二功率驱动电路输出电流为零，实现预期的过流保护作用。

(2)从伺服控制器4的工作原理

(2.1)从第二主芯片401初始工作状态

第一主芯片101依次通过第一CAN总线接口电路103、第二CAN总线接口电路402将控制系统8发出的第三、第四负载摆角位置指令信号转发给第二主芯片401。同时，第三电机502的转子角度通过第三旋转变压器501转化为电机旋变信号，电机旋变信号通过第三R/D变换电路412转换成电机旋变数字信号后送入第二主芯片401；同理，第四电机602的转子角度通过第四旋转变压器601转化为电机旋变信号，电机旋变信号通过第四R/D变换电路413转换成电机旋变数字信号后送入第二主芯片401。第三电位计504采集第三负载F3的位移信号，位移信号送入第二信号变换及处理电路403中，第二信号变换及处理电路403将位移信号调理为位移模拟量信号送入第二主控芯片401；同理第四电位计604采集第四负载F4的位移信号，位移信号送入第二信号变换及处理电路403中，第二信号变换及处理电路403将位移信号调理为位移模拟量信号送入第二主控芯片401。

(2.2)从第二主芯片401初始控制第三负载F3、第四负载F4摆动的工作过程

第二主芯片401将第三、第四负载摆角位置指令信号和第三、第四负载的位移反馈信号进行PID闭环控制计算后生成两路SVPWM信号，第二主芯片401将两路SVPWM信号分别送入第三放大电路411和第四放大电路406进行放大。第三放大电路411将放大后的SVPWM信号送入过第三隔离电路410进行弱电信号与强电信号隔离后，第三隔离电路410将强电信号送入第三功率驱动电路409进行功率放大处理，经过功率放大后的功率驱动信号驱动第三电机302旋转运动，进而带动第三传动机构303推动第三负载F3(即第三空气舵)进行摆动。第四放大电路406将驱动放大后的SVPWM信号送入过第四隔离电路407进行弱电信号与强电信号隔离后，第四隔离电路407将强电信号送入第四功率驱动电路408进行功率放大处理，经过功率放大后的功率驱动信号驱动第四电机602旋转运动，进而带动第四传动机构603推动第四负载F4(即第四空气舵)进行摆动。

(2.3)第二主芯片401采集第三负载F3、第四负载F4反馈的位移信号后的工作过程

第三电位计504采集第三负载F3的位移信号，第三电流传感器405采集第三功率驱动电路409的电流信号，位移信号和电流信号一起送入第二信号变换及处理电路403中，第二信号变换及处理电路403将位移信号、电流信号分别调理为位移模拟量信号、电流模拟量信号，并将位移模拟量信号、电流模拟量信号送入第二主控芯片401。同理，第四电位计604采集第四负载F3的位移信号，第四电流传感器404采集第四功率驱动电路408的电流信号，位移信号和电流信号一起送入第二信号变换及处理电路403中，第二信号变换及处理电路403将位移信号、电流信号分别调理为位移模拟量信号、电流模拟量信号，并将该位移模拟量信号、电流模拟量信号送入第二主控芯片401。第二主控芯片401将接收到的第三负载F3、第四负载F4的位移模拟量信号进行A/D变换，转换为第三负载F3、第四负载F4的数字量位移反馈信号，并与控制系统8发出的数字量负载摆角位置指令信号进行比较，通过PID闭环控制算法生成SVPWM信号，从而实时控制第一机电作动器、第二机电作动器根据控制系统负载摆角位置指令信号动作。

(2.3.1)第三负载F1的摆角控制过程如下：

①当前控制周期内，第二主控芯片401采集第三负载的位移反馈信号，并将位移反馈信号与控制系统8第三负载摆角位置指令信号进行比较，计算摆角位置指令信号与反馈位移信号之间的偏差，对偏差值进行PID(比例、积分、微分)闭环控制运算后，通过空间矢量控制算法生成第三SVPWM信号；从伺服控制驱动器将第三SVPWM信号放大、隔离、功率驱动后生成第三功率驱动信号，驱动第三电机旋转，第三电机的旋转信号经过第三传动机构传动后推动第三负载F3向控制系统8发出的第三负载摆角位置指令信号要求的位置动作。

②下一控制周期内，第二主控芯片401再次采集第三负载的位移反馈信号，并与控制系统8第三负载摆角位置指令信号比较，生成新的摆角偏差值，如果与上一个控制周期相比，摆角偏差值减小，则通过闭环控制运算生成的SVPWM信号减小，使第三电机旋转速度降低、输出力矩减小，推动第三负载F3缓慢趋向第三负载摆角位置指令信号要求的位置，避免由于电机速度过快出现超调；如果与上一个控制周期相比，摆角偏差值增大，则通过闭环控制运算生成的SVPWM信号同样增大，使第三电机旋转速度增加、输出力矩增大，克服空气舵负载力矩，推动第三负载F3加速趋向第三负载摆角位置指令信号要求的位置；

③第二主控芯片401两次控制周期间隔时间只有0.1ms，上述实时控制过程持续进行，形成位置闭环控制：采集第三负载的位移反馈信号，计算摆角偏差值并生成SVPWM信号，驱动第三机电作动器推动第三负载向负载摆角位置指令信号要求的位置动作；再次采集第三负载的新的位移反馈信号，根据新的位移反馈信号调整SVPWM信号，驱动第三机电作动器推动第三负载动作。上述过程不断执行，最终达到第三负载位移反馈信号与第三负载向负载摆角位置指令相同的目的。

(2.3.2)第四负载F4的摆角控制与第三负载F3的摆角控制过程相同，第四负载F4的摆角控制过程如下：

①当前控制周期内，第二主控芯片401采集第四负载的位移反馈信号，并将位移反馈信号与控制系统8第四负载摆角位置指令信号进行比较，计算摆角位置指令信号与反馈位移信号之间的偏差，对偏差值进行PID(比例、积分、微分)闭环控制运算后，通过空间矢量控制算法生成第四SVPWM信号；从伺服控制驱动器将第四SVPWM信号放大、隔离、功率驱动后生成第四功率驱动信号，驱动第四电机旋转，第四电机的旋转信号经过第四传动机构传动后推动第四负载F4向控制系统8发出的第四负载摆角位置指令信号要求的位置动作。

②下一控制周期内，第二主控芯片401再次采集第四负载的位移反馈信号，并与控制系统8第四负载摆角位置指令信号比较，生成新的摆角偏差值，如果与上一个控制周期相比，摆角偏差值减小，则通过闭环控制运算生成的SVPWM信号减小，使第四电机旋转速度降低、输出力矩减小，推动第四负载F4缓慢趋向第四负载摆角位置指令信号要求的位置，避免由于电机速度过快出现超调；如果与上一个控制周期相比，摆角偏差值增大，则通过闭环控制运算生成的SVPWM信号同样增大，使第四电机旋转速度增加、输出力矩增大，克服空气舵负载力矩，推动第四负载F4加速趋向第四负载摆角位置指令信号要求的位置；

③第二主控芯片401两次控制周期间隔时间只有0.1ms，上述实时控制过程持续进行，形成位置闭环控制：采集第四负载的位移反馈信号，计算摆角偏差值并生成SVPWM信号，驱动第四机电作动器推动第四负载向负载摆角位置指令信号要求的位置动作；再次采集第四负载的新的位移反馈信号，根据新的位移反馈信号调整SVPWM信号，驱动第四机电作动器推动第四负载动作。上述过程不断执行，最终达到第四负载位移反馈信号与第四负载向负载摆角位置指令相同的目的。

(2.4)第二主控芯片401对电流模拟量信号进行处理的工作原理：

第二主控芯片401接收第二信号变换及处理电路403传输的电流模拟量信号后进行A/D变换，转换为第一、第二电流数字量信号用于过流保护。如果第三电流数字量信号大于设定的过流保护阈值，第二主控芯片401立即停止第三SVPWM输出，即第三SVPWM信号输出全部为零，经过放大、隔离后，第三功率驱动电路输出电流为零，实现预期的过流保护作用。同理如果第四电流数字量信号大于设定的过流保护阈值，第二主控芯片401立即停止第四SVPWM输出，即第四SVPWM信号输出全部为零，经过放大、隔离后，第四功率驱动电路输出电流为零，实现预期的过流保护作用。

(3)同时，第二主控芯片401将采集的电机旋变数字信号、负载位移模拟量信号、功率驱动电路的电流模拟量信号通过第一CAN总线接口电路103、第二CAN总线接口电路402实时传输给第一主控芯片101。第一主控芯片101将电机旋变数字信号、负载位移模拟量信号、功率驱动电路的电流模拟量信号以及第二主控芯片401传输来的信号通过1553B接口总线电路102实时传输给控制系统8，控制系统8仅存储上述各种信号。动力电源7为分别为主伺服控制驱动器1的第一功率驱动电路110、第二功率驱动电路109、第三功率驱动电路409、第四功率驱动电路408提供动力电。

上面结合附图和实施例对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。

Claims (9)

1.一种用于控制飞行器负载摆角的空气动力控制伺服系统，其特征在于：该系统包括与控制系统(8)输出端连接的主伺服控制驱动器(1)，主伺服控制驱动器(1)的输出端连通一个从伺服控制驱动器(4)和两个主机电作动器，每个主机电作动器的输出端各自连接一个主驱动负载；从伺服控制驱动器(4)的输出端连接两个从机电作动器，每个从机电作动器的输出端各自连接一个从驱动负载；主伺服控制驱动器(1)接收控制系统(8)发出的四路负载摆角位置指令信号，将第三负载和第四负载摆角位置指令信号传输给从伺服控制驱动器(4)；同时，主伺服控制驱动器(1)采集第一主机电作动器的电机旋变信号，转换为电机转子角度信号用于空间矢量控制算法；主伺服控制驱动器实时采集第一负载的位移反馈信号，并将位移反馈信号与控制系统第一负载摆角位置指令信号进行比较，计算位置指令信号与反馈位移信号之间的偏差，对偏差进行PID(比例、积分、微分)运算后，运用基于磁场定向的空间矢量控制算法生成第一驱动SVPWM信号；同理主伺服控制驱动器实时采集第二机电作动器的电机旋变信号和第二负载的位移反馈信号，通过PID算法和空间矢量控制算法计算第二驱动SVPWM信号。主伺服控制驱动器将两路SVPWM信号进行放大、隔离、功率驱动后，分别驱动第一机电作动器的电机旋转带动第一负载摆动，和驱动第二机电作动器的电机旋转带动第二负载摆动。

2.根据权利要求1所述的一种用于控制飞行器负载摆角的空气动力控制伺服系统，其特征在于：所述的伺服控制驱动器(4)接收主伺服控制驱动器(1)发出的第三、第四负载摆角位置指令信号和第三负载、第四负载的位移反馈信号，通过PID算法和空间矢量控制算法分别计算第三、第四驱动SVPWM信号。从伺服控制驱动器将两路SVPWM信号进行放大、隔离、功率驱动后，分别驱动第三机电作动器的电机旋转带动第三负载摆动，和驱动第四机电作动器的电机旋转带动第四负载摆动。

3.根据权利要求2所述的一种用于控制飞行器负载摆角的空气动力控制伺服系统，其特征在于：所述的主伺服控制驱动器(1)包括第一主控芯片(101)、1553B总线接口电路(102)、第一CAN总线接口电路(103)、第一信号变换及处理电路(104)、第二电流传感器(105)、第一电流传感器(106)、第二放大电路(107)、第二隔离电路(108)、第二功率驱动电路(109)、第一功率驱动电路(110)、第一隔离电路(111)、第一放大电路(112)、第一R/D变换电路(113)、第二R/D变换电路(114)；1553B总线接口电路(102)的一端与控制系统(8)的信号输出端连通，1553B总线接口电路(102)的另一端与第一主控芯片(101)的控制信号输入端连通，第一主控芯片(101)的SVPWM信号输出端分别与第一放大电路(112)、第二放大电路(107)的信号输入端连通，第一主控芯片(101)的信号输出端与第一CAN总线接口电路(103)的信号输入端连通；第一放大电路(112)的信号输入端与第一隔离电路(111)的信号输入端连通，第一隔离电路(111)的信号输出端与第一功率驱动电路(110)的信号输入端连通；第二放大电路(107)的信号输出端与第二隔离电路(108)的信号输入端连通，第二隔离电路(108)的信号输入端与第二功率驱动电路(109)的信号输入端连通；第一主控芯片(101)的反馈端分别与第一R/D变换电路(113)、第二R/D变换电路(114)、第一信号变换及处理电路(104)的信号输出端连通，第一信号变换及处理电路(104)的信号输入端分别与第二电流传感器(105)、第一电流传感器(106)和第二电位计、第一电位计的信号输出端连通；第一电流传感器(106)的信号输入端与第一功率驱动电路(110)的电流信号采集端连通，第二电流传感器(105)的信号输入端与第二功率驱动电路(109)的电流信号采集端连通。

4.根据权利要求3所述的一种用于控制飞行器负载摆角的空气动力控制伺服系统，其特征在于：所述的主机电作动器包括第一机电作动器(2)、第二机电作动器(3)，主驱动负载包括第一负载(F1)、第二负载(F2)，主伺服控制驱动器(1)的信号输出端分别与第一机电作动器(2)、第二机电作动器(3)的信号输入端连通，第一机电作动器(2)的信号输出端与第一负载(F1)的输入端连通；第二机电作动器(3)的信号输出端与第二负载(F2)的输入端连通；第一机电作动器(2)的信号采集端与第一负载(F1)的信号采集端连通，第二机电作动器(3)的信号采集端与第二负载(F2)的信号采集端连通；第一机电作动器(2)、第二机电作动器(3)的信号反馈端均与主伺服控制驱动器(1)的信号反馈端连通。

5.根据权利要求4所述的一种用于控制飞行器负载摆角的空气动力控制伺服系统，其特征在于：所述的第一机电作动器(2)包括第一旋转变压器(201)、第一电机(202)、第一传动机构(203)、第一电位计(204)；第一电机(202)的驱动信号输入端与第一功率驱动电路(110)的驱动信号输出端连通，第一电机(202)的转子位置输出端与第一旋转变压器(201)的信号输入端连通，第一旋转变压器(201)的信号输出端与主伺服控制驱动器(1)的第一R/D变换电路(113)的旋转信号输入端连通；第一电机(202)的驱动信号输出端与第一传动机构(203)的信号输入端连通，第一传动机构(203)的输出端与第一负载(F1)的输入端连通，第一负载(F1)的位移信号反馈端与第一电位计(204)的信号采集端连通；第一电位计(204)的信号输出端与主伺服控制驱动器(1)的第一信号变换及处理电路(104)的信号输入端连通；第二机电作动器(3)包括第二旋转变压器(301)、第二电机(302)、第二传动机构(303)、第二电位计(304)，第二电机(302)的驱动信号输入端与第二功率驱动电路(109)的信号输出端连通，第二电机(302)的转子位置输出端与第二旋转变压器(301)的信号输入端连通，第二旋转变压器(301)的信号输出端与主伺服控制驱动器(1)的第二R/D变换电路(114)的信号输入端连通；第二电机(302)的旋转信号输出端与第二传动机构(303)的信号输入端连通，第二传动机构(303)的输出端与第二负载(F2)的输入端连通，第二负载(F2)的位移信号反馈端与第二电位计(304)的信号采集端连通，第二电位计(304)的信号输出端与主伺服控制驱动器(1)的第一信号变换及处理电路(104)的信号输入端连通。

6.根据权利要求5所述的一种用于控制飞行器负载摆角的空气动力控制伺服系统，其特征在于：所述的从伺服控制驱动器(4)包括第二主控芯片(401)、第二CAN总线接口电路(402)、第二信号变换及处理电路(403)、第四电流传感器(404)、第三电流传感器(405)、第四放大电路(406)、第四隔离电路(407)、第四功率驱动电路(408)、第三功率驱动电路(409)、第三隔离电路(410)、第三放大电路(411)、第三R/D变换电路(412)、第四R/D变换电路(413)；第二CAN总线接口电路(402)的输入端与第一CAN总线接口电路(103)的输出端连通，第二CAN总线接口电路(402)的输出端与第二主控芯片(401)的控制信号输入端连通；第二主控芯片(401)的SVPWM信号输出端分别与第三放大电路(411)、第四放大电路(406)的信号输入端连通；第三放大电路(411)的信号输出端与第三隔离电路(410)的信号输入端连通，第三隔离电路(410)的信号输出端与第三功率驱动电路(409)的信号输入端连通；第四放大电路(406)的信号输出端与第四隔离电路(407)的信号输入端连通，第四隔离电路(407)的信号输出端与第四功率驱动电路(408)的信号输入端连通；第二主控芯片(401)的的反馈端与第二信号变换及处理电路(403)的信号输出端连通；第二信号变换及处理电路(403)的信号输入端分别与第三电流传感器(405)、第四电流传感器(404)和第三电位计、第四电位计的信号输出端连通；第三电流传感器(405)的信号输入端与第三功率驱动电路(409)的电流信号采集端连通，第四电流传感器(404)的信号输入端与第四功率驱动电路(408)的电流信号采集端连通。

7.根据权利要求6所述的一种用于控制飞行器负载摆角的空气动力控制伺服系统，其特征在于：所述的从机电作动器包括第三机电作动器(5)、第四机电作动器(6)，从驱动负载包括第三负载(F3)、第四负载(F4)，从伺服控制驱动器(4)的信号输出端分别与第三机电作动器(5)的信号输入端、第四机电作动器(6)的信号输入端连通；第三机电作动器(5)的信号输出端与第三负载(F3)的输入端连通，第四机电作动器(6)的信号输出端与第四负载(F4)的输入端连通；第三机电作动器(5)的信号采集端与第三负载(F3)的信号采集端连通，第四机电作动器(6)的信号采集端与第四负载(F4)的信号采集端连通；第三机电作动器(5)、第四机电作动器(6)的信号反馈端均与从伺服控制驱动器(4)的信号反馈端连通。

8.根据权利要求7所述的一种用于控制飞行器负载摆角的空气动力控制伺服系统，其特征在于：所述的第三机电作动器(5)包括第三旋转变压器(501)、第三电机(502)、第三传动机构(503)、第三电位计(504)，第三电机(502)的信号输入端与第三功率驱动电路(409)的信号输出端连通，第三电机(502)的转子位置输出端与第三旋转变压器(501)的信号输入端连通，第三旋转变压器(501)的信号输出端与从伺服控制驱动器(4)的第二信号变换及处理电路(403)的信号输入端连通；第三电机(502)的旋转信号输出端与第三传动机构(503)的信号输入端连通，第三传动机构(503)的输出端与第三负载(F3)的输入端连通，第三负载(F3)的位移信号反馈端与第三电位计(504)的信号采集端连通，第三电位计(504)的信号输出端与第二信号变换及处理电路(403)的信号输入端连通；第四机电作动器(6)包括第四旋转变压器(601)、第四电机(602)、第四传动机构(603)、第四电位计(604)，第四电机(602)的信号输入端与第四功率驱动电路(408)的信号输出端连通，第四电机(602)的转子位置输出端与第四旋转变压器(601)的信号输入端连通，第四旋转变压器(601)的信号输出端与从伺服控制驱动器(4)的第二信号变换及处理电路(403)的信号输入端连通；第四电机(602)的旋转信号输出端与第四传动机构(603)的信号输入端连通，第四传动机构(603)的输出端与第四负载(F4)的输入端连通，第四负载(F4)的位移信号反馈端与第四电位计(604)的信号采集端连通，第四电位计(604)的信号输出端与从伺服控制驱动器(4)的第二信号变换及处理电路(403)的信号输入端连通。

9.根据权利要求8所述的一种用于控制飞行器负载摆角的空气动力控制伺服系统，其特征在于：所述的第一功率驱动电路(110)、第二功率驱动电路(109)、第三功率驱动电路(409)、第四功率驱动电路(408)的电源输入端与动力电源(7)的输出端连通。