CN104670443A - 一种水下高速航行体舵控制系统 - Google Patents

Abstract

一种水下高速航行体舵控制系统，其组成包括主控板和直线伺服电机两部分组成的，具体的说本发明是基于DSP处理芯片的主控板和以H桥电路作为驱动电路的直线伺服电机两部分组成的一种水下高速航行体舵控制系统。控制系统设计成单闭环环节，反馈信号是伺服电机的位置信息，伺服电机位置信息也是舵角变化信息。反馈支路采用的是光电码盘采集伺服电机的信息，DSPF2812将电机的位置信息传递给上位机，经上位机处理后转化为实际航行体的深度信号。给定深度与实际深度作差后，上位机将差值送给DSPF2812，接下来在DSP中进行PID算法处理，最后依据PID的输出产生一定占空比的脉冲波形及伺服电机方向控制信号，再经电机驱动电路控制伺服电机的转动。

Description

一种水下高速航行体舵控制系统

技术领域

本发明提供了一种水下高速航行体舵控制系统。具体的说本发明是基于DSP处理芯片的主控板和以H桥电路作为驱动电路的直线伺服电机两部分组成的一种水下高速航行体舵控制系统。

背景技术

水下高速航行体在运动过程中，姿态或深度控制是通过一系列舵机综合运用来实现的。前置舵与尾舵在航行体姿态、深度控制方面发挥着重要作用。

发明内容

本发明是涉及的是一种水下高速航行体舵控制系统。

本发明的目的是这样实现的：

一种水下高速航行体舵控制系统，其组成包括主控板和直线伺服电机两部分组成的。

所述的一种水下高速航行体舵控制系统，其特征是：主控板采用处理芯片是TI公司的高性能顶点处理器TMS320F2812的DSP处理芯片。

所述的一种水下高速航行体舵控制系统，其特征是：控制系统设计成单闭环环节，反馈信号是伺服电机的位置信息，伺服电机位置信息也是舵角变化信息，反馈支路采用的是光电码盘采集伺服电机的信息。

所述的一种水下高速航行体舵控制系统，其特征是：直线伺服电机以H桥电路作为驱动电路。

本发明是基于DSP处理芯片的主控板和以H桥电路作为驱动电路的直线伺服电机两部分组成。主控板采用的DSP是TI公司的高性能顶点处理器TMS320F2812；电机驱动板采用功率管搭建的H桥电路作为直线伺服电机的驱动电路。

控制系统设计成单闭环环节，反馈信号是伺服电机的位置信息，伺服电机位置信息也是舵角变化信息。反馈支路采用的是光电码盘采集伺服电机的信息，DSPF2812将电机的位置信息传递给上位机，经上位机处理后转化为实际航行体的深度信号。给定深度与实际深度作差后，上位机将差值送给DSPF2812，接下来在DSP中进行PID算法处理，最后依据PID的输出产生一定占空比的脉冲波形及伺服电机方向控制信号，再经电机驱动电路控制伺服电机的转动。

附图说明

图1总体系统结构框图

图2系统硬件结构框图

图3电源电路原理图

图4复位电路原理图

图5时钟电路原理图

图6两路PWM波控制电路

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细的描述：

一种水下高速航行体舵控制系统，其组成包括主控板和直线伺服电机两部分组成的。

其特征是：主控板采用处理芯片是TI公司的高性能顶点处理器TMS320F2812的DSP处理芯片。

其特征是：控制系统设计成单闭环环节，反馈信号是伺服电机的位置信息，伺服电机位置信息也是舵角变化信息，反馈支路采用的是光电码盘采集伺服电机的信息。

其特征是：直线伺服电机以H桥电路作为驱动电路。

通过串口将上位机与控制电路连接在一起。控制系统设计成单闭环环节，反馈信号是伺服电机的位置信息，伺服电机位置信息也是舵角变化信息。反馈支路采用的是光电码盘采集伺服电机的信息，DSPF2812将电机的位置信息传递给上位机，经上位机处理后转化为实际航行体的深度信号。给定深度与实际深度作差后，上位机将差值送给DSPF2812，接下来在DSP中进行PID算法处理，最后依据PID的输出产生一定占空比的脉冲波形及伺服电机方向控制信号，再经电机驱动电路控制伺服电机的转动。

本发明选用的是TMS320F2812DSP芯片，其内核工作电压1.8V，I/O工作电压3.3V，作为动力装置的伺服电机的工作电压为5V，因此电源部分应能够提供3种幅值的电压输出。

首先将市电220V的电压通过电源适配器降到恒定的5V电压，在通过低压线性稳压电源LDO将适配器的5V输出电压转换成系统用的3.3V，1.8V，电压转换电路可采用电压转换芯片来实现，电源电路采用的是SiPEX公司的产的SPX1117系列LDO芯片，该系列芯片的转换精度高，输出电压稳定度通常在1%以内。为了改善系统的瞬态响应和提高系统的稳定性，在使用时，通常在输出端接一电容，幅值可取10uF或者47uF。DSP最小系统的电源电路如图3所示。

图4中的复位开关用于手动复位，当S1接通后，SP708R的/MR管教接收到低电平的输入，电压检测芯片检测到这个变化后，会在SP708R的/RESET输出引脚输出一个一定宽度的低电平信号，使DSP完成复位。

双极性的可逆PWM电路是四个功率和四个二极管桥型连接而成，其中功率管V1和V3为一组，V2和V4为一组，同组的功率管同时导通或者同时关断，两组的功率管导通与关断状态相反。如图所示，当控制信号U1为高电平时，功率管V1和V3导通，V2和V4截止，电枢电流从左到右；当控制信号U2为高电平时，功率管V2和V4导通，V1和V3截止，电枢电流从右到左，这样就实现了双极性控制。电枢电压平均值为：

$U_{\mathrm{out}}=(\frac{t_{\mathrm{on}}}{T}-\frac{T-t_{\mathrm{on}}}{T})V_{\mathrm{cc}}=(2\frac{t_{\mathrm{on}}}{T}-1)V_{\mathrm{cc}}+(2\mathrm{\α}-1)V_{\mathrm{cc}}$

电压幅值由占空比α决定。当α=0时，U_out=-V_cc，电机以最大转速反转；当α=1时，U_out=V_cc，电机以最大转速正转；当α=0.5时，U_out=0，电机停止转动。

Claims (4)

1.一种水下高速航行体舵控制系统，其组成包括主控板和直线伺服电机两部分组成的。

2.根据权利要求1所述的一种水下高速航行体舵控制系统，其特征是：主控板采用处理芯片是TI公司的高性能顶点处理器TMS320F2812的DSP处理芯片。

3.根据权利要求1所述的一种水下高速航行体舵控制系统，其特征是：控制系统设计成单闭环环节，反馈信号是伺服电机的位置信息，伺服电机位置信息也是舵角变化信息，反馈支路采用的是光电码盘采集伺服电机的信息。

4.根据权利要求1所述的一种水下高速航行体舵控制系统，其特征是：直线伺服电机以H桥电路作为驱动电路。