CN104595551B - 一种三冗余伺服阀驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种三冗余伺服阀驱动电路，包括三组并列设置的彼此一致的子控制器模拟指令输出链路；每组子控制器模拟指令输出链路包括依次连接的DSP处理器、D/A转换器、比例放大器和伺服放大器；三组比例放大器的输出端彼此连接；DSP处理器将数字指令写入D/A转换器，D/A转换器将数字指令转为模拟电压信号后输入比例放大器，比例放大器将隔离放大后的模拟电压信号输入功率放大器，功率放大器把电压信号转换为驱动阀线圈工作的阀电流信号完成伺服机构动作。本发明使伺服控制器自身实现了一度指令故障吸的能力，同样能够吸收由于DSP电路、D/A转换电路和比例放大电路元器件失效引起的一度故障，在一度故障模式下伺服机构的位置特性完全满足数字指令的要求。

Description

一种三冗余伺服阀驱动电路
技术领域
本发明涉及一种三冗余伺服阀驱动电路，特别是涉及一种三冗余数字伺服控制器上用于指令电流输出的驱动电路，用于为运载火箭伺服机构用三冗余伺服阀线圈提供驱动电流。
背景技术
伺服控制器是伺服系统的“中央处理器”，主要用于接收控制系统的指令和各传感器的信号，对指令和不同测量信号进行判断、运算处理之后，控制伺服作动器执行相应动作。
随着运载火箭对高可靠性要求的提出，三冗余伺服控制技术应运而生。高可靠三冗余伺服控制器由三个独立的子控制器组成，控制原理如附图1所示。
每个子控制器独立接收由控制系统发出的3路指令信号，每个子控制器均采集三冗余线位移传感器的3路线位移信号，分别作为控制算法中线位移多数表决时的输入，经过闭环控制算法后，3个子控制器分别输出1路阀电流信号控制三冗余伺服阀的1个阀线圈；即1台伺服机构由3个独立的子控制器同时控制。从图1中可以看出，三个子控制器的阀线圈电流是相互独立的，需要与三冗余伺服阀配合共同实现故障吸收功能，在一度故障模式下，位置特性略低于正确指令的要求。
因此亟需提供一种新型的三冗余伺服阀驱动电路。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种自身实现一度故障吸收功能，在一度故障模式下，位置特性完全满足正确指令要求的三冗余伺服阀驱动电路。故障模式包括总线指令异常、子控制器元器件失效等。
为解决上述技术问题，本发明一种三冗余伺服阀驱动电路，
包括三组并列设置的彼此一致的子控制器模拟指令输出链路；
每组子控制器模拟指令输出链路包括依次连接的DSP处理器、D/A转换器、比例放大器和伺服放大器；三组比例放大器的输出端彼此连接；
DSP处理器将数字指令写入D/A转换器，D/A转换器将数字指令转为模拟电压信号后输入比例放大器，比例放大器将隔离放大后的模拟电压信号输入功率放大器，功率放大器把电压信号转换为驱动阀线圈工作的阀电流信号完成伺服机构动作；
当由于某组子控制器模拟指令输出链路异常时，此组子控制器模拟指令输出链路成为其它两组的负载，其故障被其它两组吸收，使伺服放大器的输入电压为正常值，阀线圈电流与数字指令相符合。
比例放大器包括，电阻Rx1、电阻Rx2、电阻Rx3、电阻Rx4，以及运算放大器Ux，电阻Rx1一端接收模拟电压信号，另一端连接运算放大器Ux同相输入端；电阻Rx2一端接地，另一端连接运算放大器Ux反相输入端和电阻Rx3；运算放大器Ux输出端连接电阻Rx4；电阻Rx4另一端与电阻Rx3另一端连接，作为比例放大器输出端。
电阻Rx4为4.7kΩ。
电阻Rx1为100kΩ。
电阻Rx2为200kΩ。
电阻Rx3为200kΩ。
本发明使伺服控制器自身实现了一度指令故障吸的能力，同样能够吸收由于DSP电路、D/A转换电路和比例放大电路元器件失效引起的一度故障，在一度故障模式下伺服机构的位置特性完全满足数字指令的要求。
附图说明
图1为输出独立的三冗余伺服控制器功能框图。
图2为三冗余伺服控制器指令输出功能框图。
图3为比例放大器电路图。
图4为一度故障模式等效原理图。
图5为原伺服系统测试曲线。
图6为应用本发明后伺服系统测试曲线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
本发明包括三组并列设置的彼此一致的子控制器模拟指令输出链路；
每组子控制器模拟指令输出链路包括依次连接的DSP处理器、D/A转换器、比例放大器和伺服放大器；三组比例放大器的输出端彼此连接；
DSP处理器将数字指令写入D/A转换器，D/A转换器将数字指令转为模拟电压信号后输入比例放大器，比例放大器将隔离放大后的模拟电压信号输入功率放大器，功率放大器把电压信号转换为驱动阀线圈工作的阀电流信号完成伺服机构动作。
正常工作时，各子控制器的DSP处理器向D/A转换器写入相同的数字指令，伺服放大器输出的三路阀线圈电流也基本相同，当某个子控制器因为某种原因写入D/A转换器的数字信号不同时，此路阀线圈电流将与其它两路不同。
当由于某组子控制器模拟指令输出链路异常时，此组子控制器模拟指令输出链路成为其它两组的负载，其故障被其它两组吸收，使伺服放大器的输入电压为正常值，阀线圈电流与数字指令相符合。
比例放大器包括，电阻Rx1、电阻Rx2、电阻Rx3、电阻Rx4，以及运算放大器Ux，电阻Rx1一端接收模拟电压信号，另一端连接运算放大器Ux同相输入端；；电阻Rx2一端接地，另一端连接运算放大器Ux反相输入端和电阻Rx3；运算放大器Ux输出端连接电阻Rx4；电阻Rx4另一端与电阻Rx3另一端连接，作为比例放大器输出端。
Ux为运算放大器LM124，Rx1为同相输入电阻，Rx2为反相输入电阻，Rx3为同相反馈电阻，Rx4为同相限流电阻，x=1/2/3。
以第一组子控制器1为例，故障模式包括，数字指令异常中，DSP处理器失效，D/A转换器失效，U1失效，Rx1～Rx4失效（短路或断路），除Rx4失效故障模式外，其它故障模式均可将比例放大电路等效为电压源，如图4所示。
Ux供电为±15V，故Vo1最大电压值为±15V；Ux饱和电流为40mA，故流过Rx4的电流Iox不超过80mA；正常工作时，Vout最大电压不超过±3V；取Rx4=MAX(Vin-Vout)/Iox，R=225Ω,当R大于225Ω时，子控制器1的故障电压可以完全消耗在限流电阻上。
实际工作过程中，Ux长时间工作于饱合电流状态会严重影响使用寿命，使Ux正常工作中Iox小于2mA，计算调整电阻阻值应大于4.5kΩ，故选择4.7kΩ电阻。
如果R14短路，对比例放大电路无影响；如果R14断路，子控制器1的Vout端对地阻抗约为400kΩ，等效为断路，不影响其它两路子控制器的Vout输出幅值。
将本发明应用于三冗余伺服控制器，在一度指令故障模式下进行测试，与原有三冗余伺服控制器测试曲线进行对比，见图5、图6。

Claims (6)

1.一种三冗余伺服阀驱动电路，其特征在于：
包括三组并列设置的彼此一致的子控制器模拟指令输出链路；
每组子控制器模拟指令输出链路包括依次连接的DSP处理器、D/A转换器、比例放大器和伺服放大器；三组所述比例放大器的输出端彼此连接；
DSP处理器将数字指令写入D/A转换器，D/A转换器将数字指令转为模拟电压信号后输入比例放大器，比例放大器将隔离放大后的模拟电压信号输入伺服放大器，伺服放大器把电压信号转换为驱动阀线圈工作的阀电流信号完成伺服机构动作；
当由于某组子控制器模拟指令输出链路异常时，此组子控制器模拟指令输出链路成为其它两组的负载，其故障被其它两组吸收，使伺服放大器的输入电压为正常值，阀线圈电流与数字指令相符合。
2.根据权利要求1所述的一种三冗余伺服阀驱动电路，其特征在于：所述比例放大器包括，电阻Rx1、电阻Rx2、电阻Rx3、电阻Rx4，以及运算放大器Ux，所述电阻Rx1一端接收模拟电压信号，另一端连接运算放大器Ux同相输入端；所述电阻Rx2一端接地，另一端连接运算放大器Ux反相输入端和电阻Rx3；运算放大器Ux输出端连接电阻Rx4；所述电阻Rx4另一端与所述电阻Rx3另一端连接，作为所述比例放大器输出端。
3.根据权利要求2所述的一种三冗余伺服阀驱动电路，其特征在于：所述电阻Rx4为4.7kΩ。
4.根据权利要求2所述的一种三冗余伺服阀驱动电路，其特征在于：所述电阻Rx1为100kΩ。
5.根据权利要求2所述的一种三冗余伺服阀驱动电路，其特征在于：所述电阻Rx2为200kΩ。
6.根据权利要求2所述的一种三冗余伺服阀驱动电路，其特征在于：所述电阻Rx3为200kΩ。
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