CN104850036A - 一种双冗余电动舵机控制系统及方法 - Google Patents
一种双冗余电动舵机控制系统及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104850036A CN104850036A CN201510115427.0A CN201510115427A CN104850036A CN 104850036 A CN104850036 A CN 104850036A CN 201510115427 A CN201510115427 A CN 201510115427A CN 104850036 A CN104850036 A CN 104850036A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- control unit
- digital control
- motor
- control system
- redundancy
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
- G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
- G05B19/0428—Safety, monitoring
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)
- Power Steering Mechanism (AREA)
Abstract
本发明一种双冗余电动舵机控制系统,包括用于分别对控制舵机的差动周转轮系减速机进行动力输入的第一、二电机,用于采集舵机运动状态的第一位置传感器和第二位置传感器;用于分别接受第一、二位置传感器信号的第一、二数字控制单元;第一、二电机上分别设置第一、二制动器,第一、二制动器分别与第一、二数字控制单元的输出端连接;第一、二数字控制单元分别通过第一、二逆变器向第一、二电机发送控制信号;第一、二逆变器上分别设置第一、二桥路电流传感器,用于向第一、二数字控制单元传输桥路电流采样信号;第一、二数字控制单元分别通过引出CAN总线接口接收控制计算机的打舵指令信号,第一、二数字控制单元之间相互连接通讯互为热备份。
Description
技术领域
本发明涉及高可靠性飞行器的电动舵机控制,具体为一种双冗余电动舵机控制系统及方法。
背景技术
现在的双冗余舵机多为电机为双绕组无刷直流电机驱动型式,控制MCU为单个的结构形式。比如公布号:CN 103279128 A的专利《用于双余度无刷直流电动舵机的滑模控制方法和驱动装置》。这种设计需要对两个绕组进行电流平衡,系统结构复杂,控制算法复杂,存在MCU单点等不足的问题,可靠性较低。
发明内容
针对现有技术中存在的问题,本发明提供一种可靠性高,控制简单,操作方便的双冗余电动舵机控制系统及方法。
本发明是通过以下技术方案来实现:
本发明一种双冗余电动舵机控制系统,包括用于分别对控制舵机的差动周转轮系减速机进行动力输入的第一、二电机,用于采集舵机运动状态的第一位置传感器和第二位置传感器;用于分别接受第一、二位置传感器信号的第一、二数字控制单元;第一、二电机上分别设置第一、二制动器,第一、二制动器分别与第一、二数字控制单元的输出端连接;第一、二数字控制单元分别通过第一、二逆变器向第一、二电机发送控制信号;第一、二逆变器上分别设置第一、二桥路电流传感器,用于向第一、二数字控制单元传输桥路电流采样信号;第一、二数字控制单元分别通过引出CAN总线接口接收控制计算机的打舵指令信号,第一、二数字控制单元之间相互连接通讯互为热备份。
优选的,数字控制单元采用单片机,两个单片机之间的UART互连进行通讯。
优选的,逆变器采用分立的VDMOS组成,由具有电荷泵的桥路集成芯片驱动。
优选的,桥路电流传感器采用霍尔电流传感器。位置传感器采用导电塑料电位器。制动器采用失电制动电磁制动器;电机采用直流有刷电机。
优选的,差动周转轮系减速器的输出端连接丝杠或谐波减速器。
本发明一种基于本发明所述控制系统的双冗余电动舵机控制方法,包括如下步骤,
步骤1,对控制系统进行初始化,判断系统是否由指定的主控单元实现控制;如果是指定的主控单元则执行步骤2,如果不是则禁止备份控制单元输出,然后进行接受主控权前的准备;
步骤2,进行主控单元的故障判断,如果无故障,则主控单元使能输出,执行主控单元的控制算法后重复步骤2;如果有故障则执行步骤3;
步骤3,进行主控单元和备份控制单元的切换,由备份控制单元执行主控权,则备份控制单元使能输出,执行备份控制单元算法后继续由备份控制单元执行主控权。
与现有技术相比,本发明具有以下有益的技术效果:
本发明所述系统通过独立的两个直流有刷电机作为动力源,每个电机可以独立工作,避免了使用双绕组电机的电流平衡处理,使用两个互相通讯的MCU作为主控单元,避免了MCU的单点缺陷;利用全闭环链进行热备份并在全控制回路设置两套装置,大大提高舵机系统的可靠性。通过控制回路和制动器完成对舵机系统制动动作,进行了故障隔离,切断故障的主控回路,平稳切换到热备回路工作,结构简单,设计合理,能够实现主备控制单元的无缝切换。
本发明所述方法,通过主控权的检测保证了主控单元和备份单元的工作衔接,利用故障诊断保证了对舵机的实时稳定控制,利用两路相对独立的控制回路保证舵机工作的稳定可靠,通过各自控制算法的执行,利用制动器实现故障隔离,切断故障的主控回路,平稳切换到热备回路工作;无需电流平衡及能完成对舵机的准确控制,方法简单,操作可靠。
附图说明
图1为本发明实例中所述的双冗余电动舵机控制系统结构图。
图2为本发明实例中所述的双冗余电动舵机控制方法流程图。
图3为本发明实例中所述控制系统中的差动周转轮系减速机结构简图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明,所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明一种双冗余电动舵机控制系统,包括用于分别对控制舵机的差动周转轮系减速机进行动力输入的第一、二电机,用于采集舵机运动状态的第一位置传感器和第二位置传感器;用于分别接受第一、二位置传感器信号的第一、二数字控制单元;第一、二电机上分别设置第一、二制动器,第一、二制动器分别与第一、二数字控制单元的输出端连接;第一、二数字控制单元分别通过第一、二逆变器向第一、二电机发送控制信号;第一、二逆变器上分别设置第一、二桥路电流传感器,用于向第一、二数字控制单元传输桥路电流采样信号;第一、二数字控制单元分别通过引出CAN总线接口接收控制计算机的打舵指令信号,第一、二数字控制单元之间相互连接通讯互为热备份。本有优选实例中,数字控制单元采用单片机,两个单片机之间的UART互连进行通讯。逆变器采用分立的VDMOS组成,由具有电荷泵的桥路集成芯片驱动。桥路电流传感器采用霍尔电流传感器。位置传感器采用导电塑料电位器。制动器采用失电制动电磁制动器;电机采用直流有刷电机。差动周转轮系减速器的输出端连接丝杠或谐波减速器。
在本发明所述控制系统的基础上双冗余电动舵机控制方法,如图2所示,包括如下步骤,
步骤1,对控制系统进行初始化,判断系统是否由指定的主控单元实现控制;如果是指定的主控单元则执行步骤2,如果不是则禁止备份控制单元输出,然后进行接受主控权前的准备;
步骤2,进行主控单元的故障判断,如果无故障,则主控单元使能输出,执行主控单元的控制算法后重复步骤2;如果有故障则执行步骤3;
步骤3,进行主控单元和备份控制单元的切换,由备份控制单元执行主控权,则备份控制单元使能输出,执行备份控制单元算法后继续由备份控制单元执行主控权。
本发明在舵机系统的全闭环链进行热备份设计,系统使用两个MCU、两个逆变器、两个传感器、两个直流有刷电机、两个制动器、以及包含差动周转轮系的精密减速器。单个MCU、逆变器、直流有刷电机、传感器组成一个控制回路。由两个互相通讯的MCU以及霍尔电流传感器完成系统的故障诊断,如果发生故障则主数字控制单元将控制权交给热备份的数字控制单元,从而提高舵机系统的可靠性。系统结构简单,控制算法简洁,利用制动器进行故障隔离,可实现主备机的无缝切换。
双冗余舵机控制系统中,作为控制器的两个MCU引出CAN总线接口接收控制计算机发来的舵控指令;通过UART将主控回路与备份回路MCU连接,两路进行通讯,传递故障及切换信号;各回路利用位置采样信号,逆变器桥路电流霍尔传感器信号作为故障诊断依据;各回路MCU利用定时器产生2路互补的PWM信号驱动各自的逆变器;各回路MCU利用GPIO驱动光伏继电器控制各回路制动器动作,进行故障隔离。各回路有独立二次电源系统,为系统提供12V、5V直流电源。
具体的,如图1所示,本发明所述的控制系统中,数字控制单元A、B是两个8位的单片机,双机的通讯由单片机的UART互连完成;逆变器由分立的VDMOS搭建,由具有电荷泵的桥路集成芯片驱动;桥路电流传感器采用霍尔电流传感器;制动器是失电制动电磁制动器;位置传感器采用导电塑料电位器;电机使用直流有刷电机;减速器为含有差动周转轮系以及丝杠或谐波传动副,本优选实例中以滚珠丝杠副为例进行说明;如图3所示,双冗余舵机用差动周转轮系减速机时,第一电机和第二电机从两个轴输入,输出轴连接丝杠,输出两个电机输入轴的运动和动力合成,通过对电机的控制实现对舵机的调整。
在进行舵机的控制时,步骤流程如图2所示,主数字控制单元A和热备数字控制单元B完成初始化后,首先判断是否为主数字控制单元A,如果为主数字控制单元且无故障,则主数字控制单元A使能输出,然后进行控制算法;如果为主数字控制单元A且有故障,则进行主备切换,备份数字控制单元B使能输出,然后进行备份数字控制单元B控制算法;如果不是主数字控制单元那么则是备数字控制单元B,备数字控制单元B禁止输出,然后进行接受主控权前的准备工作。
本发明所述的系统在所述控制方法的控制下,通过不同情况的模拟能够表明其工作的稳定性和较强的适应能力。
舵机系统在空载条件下模拟故障现象,即通过控制计算机给主控回路输入一定幅度和频率的正弦波,主控通道的回路电流增大到切换阈值以上,舵机系统制动器动作,进行了故障隔离,切断故障的主控回路,平稳切换到热备回路工作。
舵机系统在带线性负载条件下模拟故障现象,即通过控制计算机给主控回路输入一定角度指令,主控通道的回路电流增大到切换阈值以上,舵机系统制动器动作,进行了故障隔离,切断故障的主控回路,平稳切换到热备回路工作。
Claims (8)
1.一种双冗余电动舵机控制系统,其特征在于,包括用于分别对控制舵机的差动周转轮系减速机进行动力输入的第一、二电机,用于采集舵机运动状态的第一位置传感器和第二位置传感器;用于分别接受第一、二位置传感器信号的第一、二数字控制单元;
所述的第一、二电机上分别设置第一、二制动器,第一、二制动器分别与第一、二数字控制单元的输出端连接;
所述的第一、二数字控制单元分别通过第一、二逆变器向第一、二电机发送控制信号;第一、二逆变器上分别设置第一、二桥路电流传感器,用于向第一、二数字控制单元传输桥路电流采样信号;第一、二数字控制单元分别通过引出CAN总线接口接收控制计算机的打舵指令信号,第一、二数字控制单元之间相互连接通讯互为热备份。
2.根据权利要求1所述的一种双冗余电动舵机控制系统,其特征在于,数字控制单元采用单片机,两个单片机之间的UART互连进行通讯。
3.根据权利要求1所述的一种双冗余电动舵机控制系统,其特征在于,逆变器采用分立的VDMOS组成,由具有电荷泵的桥路集成芯片驱动。
4.根据权利要求1所述的一种双冗余电动舵机控制系统,其特征在于,桥路电流传感器采用霍尔电流传感器。
5.根据权利要求1所述的一种双冗余电动舵机控制系统,其特征在于,位置传感器采用导电塑料电位器。
6.根据权利要求1所述的一种双冗余电动舵机控制系统,其特征在于,制动器采用失电制动电磁制动器;电机采用直流有刷电机。
7.根据权利要求1所述的一种双冗余电动舵机控制系统,其特征在于,差动周转轮系减速器的输出端连接丝杠或谐波减速器。
8.一种基于权利要求1所述控制系统的双冗余电动舵机控制方法,其特征在于,包括如下步骤,
步骤1,对控制系统进行初始化,判断系统是否由指定的主控单元实现控制;如果是指定的主控单元则执行步骤2,如果不是则禁止备份控制单元输出,然后进行接受主控权前的准备;
步骤2,进行主控单元的故障判断,如果无故障,则主控单元使能输出,执行主控单元的控制算法后重复步骤2;如果有故障则执行步骤3;
步骤3,进行主控单元和备份控制单元的切换,由备份控制单元执行主控权,则备份控制单元使能输出,执行备份控制单元算法后继续由备份控制单元执行主控权。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510115427.0A CN104850036A (zh) | 2015-03-16 | 2015-03-16 | 一种双冗余电动舵机控制系统及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510115427.0A CN104850036A (zh) | 2015-03-16 | 2015-03-16 | 一种双冗余电动舵机控制系统及方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN104850036A true CN104850036A (zh) | 2015-08-19 |
Family
ID=53849753
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201510115427.0A Pending CN104850036A (zh) | 2015-03-16 | 2015-03-16 | 一种双冗余电动舵机控制系统及方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN104850036A (zh) |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106628075A (zh) * | 2015-10-30 | 2017-05-10 | 北京精密机电控制设备研究所 | 一种异构并联冗余操舵机构 |
CN107450519A (zh) * | 2017-08-16 | 2017-12-08 | 广州海工船舶设备有限公司 | 一种全回转桨双plc容错切换控制系统 |
CN107515629A (zh) * | 2017-08-16 | 2017-12-26 | 广州海工船舶设备有限公司 | 一种全回转桨转舵过程中的pid速度控制系统 |
CN109163625A (zh) * | 2018-08-16 | 2019-01-08 | 上海航天控制技术研究所 | 冗余驱动式的多重安全裕度舵机 |
CN109696910A (zh) * | 2017-10-23 | 2019-04-30 | 深圳市优必选科技有限公司 | 一种舵机运动控制方法及装置、计算机可读存储介质 |
CN109991841A (zh) * | 2019-03-27 | 2019-07-09 | 西安联飞智能装备研究院有限责任公司 | 飞行控制计算系统及控制信号输出方法、装置和存储介质 |
CN110235358A (zh) * | 2017-03-23 | 2019-09-13 | 日立汽车系统株式会社 | 车辆控制装置 |
CN110277829A (zh) * | 2019-06-27 | 2019-09-24 | 西安微电子技术研究所 | 一种双输入源无缝切换的冗余传动机构 |
JP2019166880A (ja) * | 2018-03-22 | 2019-10-03 | クノールブレムゼステアリングシステムジャパン株式会社 | 車両搭載機器 |
CN113315421A (zh) * | 2021-06-24 | 2021-08-27 | 中汽创智科技有限公司 | 一种冗余的双无刷电机控制系统及控制方法 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4800798A (en) * | 1984-12-11 | 1989-01-31 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Control surface dual redundant servomechanism |
CN101799689A (zh) * | 2010-04-08 | 2010-08-11 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | 双余度舵机控制器 |
CN101833336A (zh) * | 2010-04-28 | 2010-09-15 | 北京航空航天大学 | 一种共轴式无人直升机的双余度姿态控制系统及调试方法 |
CN101913427A (zh) * | 2010-08-04 | 2010-12-15 | 北京航空航天大学 | 一种适用于多用途无人飞行器的航空电子系统 |
CN202276306U (zh) * | 2011-09-19 | 2012-06-13 | 北京工业大学 | 一种双通道冗余无刷直流电机驱动器 |
CN102700706A (zh) * | 2012-05-31 | 2012-10-03 | 西北工业大学 | 一种双余度舵机系统和控制方法 |
CN103279128A (zh) * | 2013-05-23 | 2013-09-04 | 西北工业大学 | 用于双余度无刷直流电动舵机的滑模控制方法和驱动装置 |
-
2015
- 2015-03-16 CN CN201510115427.0A patent/CN104850036A/zh active Pending
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4800798A (en) * | 1984-12-11 | 1989-01-31 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Control surface dual redundant servomechanism |
CN101799689A (zh) * | 2010-04-08 | 2010-08-11 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | 双余度舵机控制器 |
CN101833336A (zh) * | 2010-04-28 | 2010-09-15 | 北京航空航天大学 | 一种共轴式无人直升机的双余度姿态控制系统及调试方法 |
CN101913427A (zh) * | 2010-08-04 | 2010-12-15 | 北京航空航天大学 | 一种适用于多用途无人飞行器的航空电子系统 |
CN202276306U (zh) * | 2011-09-19 | 2012-06-13 | 北京工业大学 | 一种双通道冗余无刷直流电机驱动器 |
CN102700706A (zh) * | 2012-05-31 | 2012-10-03 | 西北工业大学 | 一种双余度舵机系统和控制方法 |
CN103279128A (zh) * | 2013-05-23 | 2013-09-04 | 西北工业大学 | 用于双余度无刷直流电动舵机的滑模控制方法和驱动装置 |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
MSKENNEDY: "《百度文库》", 5 April 2011 * |
叶红兵: "双余度无刷直流电动舵机控制关键技术研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库-工程科技II辑》 * |
王迪爽: "基于MPC5554的某型无人机双余度飞控计算机的设计", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库-工程科技II辑》 * |
Cited By (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106628075A (zh) * | 2015-10-30 | 2017-05-10 | 北京精密机电控制设备研究所 | 一种异构并联冗余操舵机构 |
CN110235358A (zh) * | 2017-03-23 | 2019-09-13 | 日立汽车系统株式会社 | 车辆控制装置 |
CN110235358B (zh) * | 2017-03-23 | 2022-09-20 | 日立安斯泰莫株式会社 | 车辆控制装置 |
CN107450519A (zh) * | 2017-08-16 | 2017-12-08 | 广州海工船舶设备有限公司 | 一种全回转桨双plc容错切换控制系统 |
CN107515629A (zh) * | 2017-08-16 | 2017-12-26 | 广州海工船舶设备有限公司 | 一种全回转桨转舵过程中的pid速度控制系统 |
CN107515629B (zh) * | 2017-08-16 | 2021-09-28 | 广州海工船舶设备有限公司 | 一种全回转桨转舵过程中的pid速度控制系统 |
CN109696910B (zh) * | 2017-10-23 | 2022-04-15 | 深圳市优必选科技有限公司 | 一种舵机运动控制方法及装置、计算机可读存储介质 |
CN109696910A (zh) * | 2017-10-23 | 2019-04-30 | 深圳市优必选科技有限公司 | 一种舵机运动控制方法及装置、计算机可读存储介质 |
JP2019166880A (ja) * | 2018-03-22 | 2019-10-03 | クノールブレムゼステアリングシステムジャパン株式会社 | 車両搭載機器 |
JP7067983B2 (ja) | 2018-03-22 | 2022-05-16 | クノールブレムゼステアリングシステムジャパン株式会社 | 車両搭載機器 |
CN109163625A (zh) * | 2018-08-16 | 2019-01-08 | 上海航天控制技术研究所 | 冗余驱动式的多重安全裕度舵机 |
CN109991841A (zh) * | 2019-03-27 | 2019-07-09 | 西安联飞智能装备研究院有限责任公司 | 飞行控制计算系统及控制信号输出方法、装置和存储介质 |
CN109991841B (zh) * | 2019-03-27 | 2022-04-05 | 西安联飞智能装备研究院有限责任公司 | 飞行控制计算系统及控制信号输出方法、装置和存储介质 |
CN110277829A (zh) * | 2019-06-27 | 2019-09-24 | 西安微电子技术研究所 | 一种双输入源无缝切换的冗余传动机构 |
CN113315421A (zh) * | 2021-06-24 | 2021-08-27 | 中汽创智科技有限公司 | 一种冗余的双无刷电机控制系统及控制方法 |
CN113315421B (zh) * | 2021-06-24 | 2023-12-26 | 中汽创智科技有限公司 | 一种冗余的双无刷电机控制系统及控制方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104850036A (zh) | 一种双冗余电动舵机控制系统及方法 | |
CN202929845U (zh) | 基于dsp的异步电机控制装置 | |
CN104590550A (zh) | 一种高可靠双冗余电动舵机控制装置 | |
CN103312246A (zh) | 串联级联式多电平变换器的永磁同步电机驱动控制系统及其控制方法 | |
CN205001612U (zh) | 一种太阳能供电与手机远程控制执行器 | |
CN102935812A (zh) | 一种具有220vac/380vac充电功能的电机驱动-充电一体化装置 | |
CN204340934U (zh) | 一种新能源汽车用整车控制器 | |
CN204389985U (zh) | 一种伺服系统 | |
CN203588023U (zh) | 一种基于arm控制器的电动伺服机构 | |
CN104993733A (zh) | 一种轨道交通车辆中应急电源装置 | |
CN202019332U (zh) | 一种单台逆变器拖动四台异步电机的驱动系统 | |
CN201896024U (zh) | 永磁同步门机控制器 | |
CN105373109B (zh) | 一种Delta机器人驱控系统 | |
CN103465846B (zh) | 一种电动轮矿用车驱动控制系统 | |
CN206099827U (zh) | 一体化六轴工业机器人驱动装置 | |
CN103235505B (zh) | 双余度无刷直流电动舵机的灰色滑模控制方法和驱动装置 | |
CN203674060U (zh) | 一种高压断路器永磁凸极电机操动机构 | |
CN102651625A (zh) | 一种混合动力汽车用电机控制系统 | |
CN203119827U (zh) | 基于mcu的无刷直流电机控制器 | |
CN207150225U (zh) | 一种基于高电压平台的电梯能量回收系统 | |
CN201537837U (zh) | 平面磨床磨削移动机构的电气驱动装置 | |
CN202643017U (zh) | 一种一体化高效节能驱动装置 | |
CN104325983A (zh) | 一种用于四轮驱动轨道牵引车的电气控制系统 | |
CN201639527U (zh) | 三相异步电动机能耗制动器 | |
CN203027182U (zh) | 直流伺服电机控制器 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20150819 |
|
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |