CN105783612B - 一种通用小型化数字电动舵机控制器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种通用小型化数字电动舵机控制器及其控制方法，包括信号调理模块、AD采样模块、并转串模块、舵机算法模块、串转并模块和舵机驱动控制模块、舵机驱动模块、位移检测电路和电流检测电路；其中，位移检测电路和电流检测电路输出m个舵机的模拟位置信号和模拟电流信号，m≥2；经过信号调理模块、AD采样模块和并转串模块得到一路串行位置信号、一路串行电流信号和一路串行指令信号，送入舵机算法模块；舵机算法模块对舵机偏角进行位置电流双闭环控制，并输出一路串行控制信号；经过串转并模块转换成舵机需要的m路并行控制信号输出给舵机驱动控制模块，舵机驱动控制模块和舵机驱动模块驱动电机转动。本发明控制速度快、稳定性高。

Description

一种通用小型化数字电动舵机控制器及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种舵机控制器及其控制方法。

背景技术

舵机系统作为导弹控制系统的执行机构，其性能优劣直接影响飞行试验的成败。在空中按一定轨迹飞行的制导火箭弹是利用其控制系统驱动舵面偏转来实现火箭弹的飞行控制，其性能直接影响制导火箭弹的技术指标。舵机系统实际上是一种高精度的位置伺服系统，其工作原理是接受上位机给出的控制信号，经功率放大驱动舵机动作，通过控制舵机来操纵火箭弹舵面的偏转，从而调整火箭弹的飞行姿态和飞行轨迹，最终确保火箭弹能够按照预定的轨迹飞行和打击给定的战术目标。

但是现有的控制器还有很多不足。首先，现有的舵机控制器普遍的控制流程整个流程采用顺序执行的方式，对于控制多路舵机，其运算速度有限，占用资源多，工作不可靠。此外，在现有的控制器中，由于上位机传来的舵机偏角指令信号频率比较低，通常在几百赫兹，而舵机的电流采样频率通常较高，电流环带宽通常较大，上位机传来的舵机偏角指令信号中含有丰富的速度和电流冲击分量，将会使舵机在实际控制中出现速度波动和较大的电流过程，因此舵机的稳定性差，增加舵机的功耗。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种资源消耗低、控制稳定性高、可进行在线调试的电动舵机控制器，并提供了一种利用该控制器对舵机偏角进行控制的控制方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种通用小型化数字电动舵机控制器，包括信号调理模块、AD采样模块、控制模块、舵机驱动模块、位移检测电路和电流检测电路；控制模块包括并转串模块、舵机算法模块、串转并模块和舵机驱动控制模块；其中，

位移检测电路检测m个舵机的舵面偏角并输出m路模拟位置信号，m≥2；

电流检测电路检测m个舵机的电流大小并输出m路模拟电流信号；

信号调理模块对m路模拟位置信号和m路模拟电流信号进行抗混叠滤波和信号放大；

AD采样模块对信号调理模块输出的舵机的m路模拟位置信号和m路模拟电流信号进行采样和模数转换，输出m路数字位置信号和m路数字电流信号送入并转串模块；

并转串模块接收上位机的m路舵机偏角指令信号转换成一路串行指令信号，将AD采样模块送入的m路数字位置信号和m路数字电流信号分别转换成一路串行位置信号和一路串行电流信号，并将串行位置信号、串行电流信号和串行指令信号送入舵机算法模块；所述舵机偏角指令信号为上位机对舵机舵片的位置轨迹命令信息；

舵机算法模块包括FIFO1、FIFO2、FIFO3、FIFO4、电流环PID算法模块和位置环PID算法模块；FIFO1、FIFO2和FIFO4分别接收并存储串行指令信号、串行位置信号和串行电流信号；位置环PID算法模块调用串行指令信号作为位置环输入信号和串行位置信号作为位置环反馈信号根据位置PID运算的参数数据分别对每路舵机进行位置环PID运算，并将各路舵机的运算结果拼接得到位置环调节输出量，存入FIFO3中；电流环PID算法模块调用位置环调节输出量作为电流环输入信号和串行电流信号作为电流环反馈信号根据电流PID运算的参数数据分别对每路舵机进行电流环PID运算，并将各路舵机的运算结果拼接得到串行控制信号；

串转并模块将舵机算法模块运算输出的一路串行控制信号转换成舵机需要的m路并行控制信号输出给舵机驱动控制模块；

舵机驱动控制模块接收m路并行控制信号生成m路PWM驱动信号；

舵机驱动模块接收m路PWM驱动信号，进行隔离和放大后驱动舵机运动。

所述并转串模块和上位机之间还有轨迹生成模块，轨迹生成模块接收上位机传来的舵机偏角指令信号，对舵机偏角指令信号进行平滑处理和整形。

所述轨迹生成模块对舵机偏角指令信号进行平滑处理和整形的过程为：对舵机偏角指令信号以上位机的发送频率计算出舵机位置轨迹的离散速度信号和离散加速度信号，并分别限制其最大值；以舵机算法模块的运算频率对加速度信号进行积分，得到某时刻的一次积分后的速度值；将一次积分后的速度值和该时刻离散速度信号的速度值分别与上一时刻的速度值做差；取与上一时刻的速度值做差的差值绝对值较小的速度值作为这一时刻的比较后的速度值；对比较后的速度进行积分，得到处理后的舵机偏角指令信号。

所述控制器还包括存储模块，存储模块接收并存储上位机送入的PID参数修改数据，每隔固定时间将PID参数修改数据送入舵机算法模块；所述PID参数修改数据包括舵机算法模块中进行电流PID运算和位置PID运算的参数数据。

所述控制模块还包括故障检测与保护模块，所述故障检测与保护模块接收AD采样模块送来的数字位置信号和数字电流信号，进行位置和电流的异常判断，将故障数据输出给舵机驱动控制模块，所述舵机驱动控制模块根据故障数据对PWM驱动信号进行限制占空比保护或关断PWM驱动信号。

所述舵机驱动模块包括三相桥驱动芯片和功率MOSFET；三相桥驱动芯片将PWM驱动信号放大，转换为功率MOSFET的栅极驱动信号，功率MOSFET组成的三相桥驱动电路输出三相桥驱动信号驱动舵机转动。

所述舵机驱动模块还包括霍尔电流检测芯片，三相桥驱动电路的总电流经霍尔电流检测芯片和电流检测电路处理生成模拟电流信号。

一种利用如前所述的通用小型化数字电动舵机控制器的舵机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.从上位机获取舵面偏角指令信号，将舵机算法模块中的位置运算数ns置零；所述位置环运算数为位置环的运算次数；

S2.将舵机偏角指令信号送入并转串模块处理得到串行指令信号，并存入FIFO1中；

S3.将电流环运算数ni置零，ns加一，启动AD采样模块采集模拟位置信号，经过并转串模块得到串行位置信号，并存入FIFO2中；所述电流环运算数为电流环的运算次数；

S4.取出FIFO1中的串行指令信号和FIFO2中的串行位置信号，在舵机算法模块中进行位置环串行PID运算，根据位置偏差算出位置环调节输出量，存入FIFO3中，将其作为电流环给定；

S5.将ni加一，启动AD采样模块采集模拟电流信号，送入并转串模块得到串行电流信号，并存入FIFO4中；

S6.取出FIFO3中的位置环调节输出量和FIFO4中的串行电流信号，进行电流环串行PID运算，根据电流偏差算出串行控制信号作为电流环调节输出量；

S7.将串行控制信号依次送入串转并模块和舵机驱动控制模块处理得到PWM驱动信号；

S8.将PWM驱动信号经过舵机驱动模块处理驱动舵机运动；

S9.若ni<i，则返回步骤S5，若ni≥i，则进行步骤S10，i为大于或等于1的正整数；

S10.若ns<s，则返回步骤S2，若ns≥s，则返回步骤S1，s为大于或等于1为正整数。

本发明与现有技术相比的优点在于：

1)本发明采用串并结合的模式，在舵机算法模块部分对多路舵机的控制进行串行运算，在其他模块中分别对多路舵机进行并行控制，大大节省了资源的消耗，提高了运算和控制速度，同时也保证了各路舵机控制性能。

2)本发明的轨迹生成模块对上位机传来的信号频率较低的舵机偏角指令信号进行处理，避免较大的速度波动和电流过程，提高了舵机控制的稳定性。

3)本发明的故障检测和保护模块，在舵机发生异常情况时，对舵机进行保护，保证舵机运行的可靠性和安全性。

4)本发明的存储模块使用片外的EEPROM存储舵机运行时的参数，通过通讯模块可以使用上位机对系统中控制参数进行在线调试和保存。

5)本发明能同时控制多路舵机，并有较大的可扩展空间。

6)本发明提出了一种针对小型化电动舵机控制器相对应的控制方法，该方法将四路舵机并行数据转换成串行数据，并通过时序分配在算法模块中调用一个浮点乘法器和浮点加法器来实现所有运算。最后将算法模块的串行输出数据转换成并行数据，送给四路舵机驱动模块进行并行处理。实现了对多路舵机低资源高效率的控制方式。

附图说明

图1为本发明的系统组成结构框图；

图2为本发明的数字控制器框图；

图3为本发明的控制方法流程图。

具体实施方式

如图1所示，一种通用小型化数字电动舵机控制器，包括控制模块、电源模块、数字通信模块、信号调理模块、AD采样模块、存储模块、舵机驱动模块、位移检测电路和电流检测电路。

如图2所示，控制模块以FPGA作为主控芯片，包括轨迹生成模块、并转串模块、舵机算法模块、串转并模块、舵机驱动控制模块和故障检测与保护模块。

其中，电源模块分别与其余各模块连接，将输入的一次直流母线电压隔离并转换为各模块所需的电压值，为其余各模块的正常工作供电。电源模块包括两路隔离的DC/DC电源模块和四路非隔离的DC/DC电源模块，两路隔离DC/DC电源模块将28VDC弹上一次电源转换为5VDC和±15VDC，采用金升阳的URA2405和URB2415，两路非隔离DC/DC电源模块将28VDC转换为15VDC、5VDC，采用金升阳的K7815和K7805，两路非隔离的电源模块将隔离电源模块URA2405的输出5VDC转换成3.3VDC和1.2VDC，采用TI的MP1482。

信号调理模块对位移检测电路输出的模拟位置信号和电流检测电路输出的模拟电流信号进行抗混叠滤波和信号放大。位移检测电路包括舵机位置检测电位器，电流检测电路包括电流传感器。

AD采样模块对信号调理模块输出的舵机的模拟位置信号和模拟电流信号以不同的周期进行采样，并转换为16位并行数据，输出数字位置信号和数字电流信号送入并转串模块和数字通信模块。AD采样模块实现对AD转换器的控制，完成对多路位置信号和电流信号的同时采集。可以通过控制不同可编程接口实现对AD芯片过采样和软件滤波的设置，以达到减小系统采样噪声的效果。

信号调理模块和AD采样模块由高精度运放OP497和并行模数转换芯片AD7606组成。四个AT24C16将舵机高精度电位器输出的位置四路模拟信号和电流传感器输出的电流四路模拟信号调理至-10～10VDC，由AD7606进行采样、保持和AD转换。

数字通信模块实现上位机和控制模块之间通信，进行电平转换和信号隔离功能，与上位机通信、接收和发送舵机的位置状态、在线更改运行参数等。数字通信模块包括隔离的RS422通讯芯片，用于接收上位机传来的RS422通讯信号，通信信号包括舵机偏角指令信号和PID参数修改数据，所述舵机偏角指令信号为上位机对舵机舵片的位置轨迹命令信息，舵机舵片的偏转以舵机偏角指令信号为基准，PID参数修改数据为舵机算法模块中进行电流PID运算和位置PID运算的参数修改数据。数字通信模块根据弹上技术要求，将上位机发来的舵机偏角指令信号进行奇偶校验、CRC冗余校验和帧头校验并送入轨迹生成模块和故障检测与保护模块；将上位机发来的PID参数修改数据送入存储模块；并将从AD采样模块接收到的数字位置信号进行奇偶校验的计算、CRC冗余校验的计算，并送入上位机。数字通信模块中的通讯芯片为TI公司的ISO3086隔离RS422通讯接口芯片。数字通信模块根据弹上技术要求，可以实现奇偶校验、CRC冗余校验、帧头校验等多种通信协议，所有功能均由硬件实现，稳定可靠，抗干扰性好。

电机判断模块通过舵机驱动模块分别对AB、BC和CA三相通入固定占空比的电压，然后通过AD采样模块收集电流传感器检测到的母线电流值。如果这三次通电都能检测到电流值，电机判断模块将舵机驱动模块切换到无刷电机工作状态；如果有任意一次检测不到电流值，则切换到有刷直流电机工作状态。本发明的电机判断模块在控制器上电时对舵机的电机类型进行自动识别，从而切换到相应的控制模式，对舵机进行控制。

轨迹生成模块接收数字通信模块传来的舵机偏角指令信号进行平滑处理和整形，生成轨迹信号。由于上位机传来的舵机偏角指令信号频率比较低，通常在几百赫兹，而舵机的电流采样频率通常较高，电流环带宽通常较大。上位机传来的舵机偏角指令信号中含有丰富的速度和电流冲击分量，如果不做处理，将会使舵机在实际控制中出现速度波动和较大的电流过程，影响舵机的稳定性。因此需要对舵机偏角指令信号以上位机的发送频率计算出位置轨迹的离散速度信号和加速度信号，并分别限制其最大值，再以舵机算法模块的运算频率对加速度信号进行积分，得到某时刻的一次积分后的速度值，将一次积分后的速度值和该时刻离散速度信号的速度值分别与上一时刻的速度值做差，取与上一时刻的速度值做差的差值较小的速度值作为这一时刻的比较后的速度值，对比较后的速度进行积分，得到整形后的平滑的位置轨迹曲线。

轨迹生成模块实现了对上位机发来的离散数据信号进行平滑整形，以实现减小舵机速度波动和电流过冲，并提高整个系统稳定性的作用。

并转串模块根据AD采样模块以及轨迹生成模块传来的4路数字位置信号、4路数字电流信号和4路轨迹信号分别转换成串行位置信号，串行电流信号和串行轨迹信号，并分别存入舵机算法模块中的FIFO1、FIFO2和FIFO4中进行保存。

存储模块包括EEPROM，存储模块为一片EEPROM，采用NXP公司的AT24C16芯片，实现对控制模块中重要参数的保存和读取，以便调试时使用。接收数字通信模块送来的PID参数修改数据，写入EEPROM中进行保存。并在存储模块模块计数器的控制下，每隔固定时间将EEPROM中存储的参数数据读出，送入舵机算法模块。

舵机算法模块包括FIFO1、FIFO2、FIFO3、FIFO4、舵机算法模块状态机、电流环PID算法模块和位置环PID算法模块。FIFO1、FIFO2、FIFO3、FIFO4分别存储串行位置信号，串行电流信号、位置环调节输出量和串行轨迹信号。位置环PID算法模块调用串行位置信号作为位置环反馈信号、串行轨迹信号作为位置环输入信号，并接收PID参数修改数据中关于电流PID控制的参数数据进行位置环PID运算得到位置环调节输出量，存入FIFO3中，将其作为电流环给定送入电流环PID算法模块，电流环PID算法模块调用串行电流信号，并接收PID参数数据中关于位置PID控制的参数数据，进行电流环PID运算得到串行控制信号。电流环PID运算模块和位置环PID运算模块可参考《控制系统设计》P124-P141(王广雄，何朕.北京:清华大学出版社，2008)，《运动控制系统》P33-P106(软毅，陈维钧.北京:清华大学出版社，2006)和Feedback Control Systems，P414-427(Charles，L.Phillips，John M.Parr.北京:科学出版社，2012)。

如图3所示，舵机系统采用位置电流双闭环控制方法，电流环为内环，位置环为外环，位置环的输出量作为电流环的给定，具体控制方法为：

S1.通过数字通信模块从上位机获取多面偏角指令信号，将舵机算法模块中的位置运算数ns置零；

S2.将舵机偏角指令信号送入轨迹生成模块和并转串模块处理得到串行指令信号，并存入FIFO1中；

S3.将电流环运算数ni置零，启动AD采样模块采集模拟位置信号，经过并转串模块得到串行位置信号，并存入FIFO2中；

S4.取出FIFO1中的串行指令信号和FIFO2中的串行位置信号，在舵机算法模块中进行位置环串行PID运算，所述FIFO1为位置环的输入信号，FIFO2为位置环的反馈信号，根据位置偏差算出位置环调节输出量，存入FIFO3中，将其作为电流环给定；

S5.将ni加一，启动AD采样模块采集模拟电流信号，送入故障检测与保护模块同时经过并转串模块得到串行电流信号，并存入FIFO4中；

S6.启动故障检测与保护模块，根据串行位置信号和串行电流信号对舵机进行故障判断与保护；

S7.取出FIFO3中的位置环调节输出量和FIFO4中的串行电流信号，进行电流环串行PID运算，所述FIFO3为电流环的输入信号，FIFO4为电流环的反馈信号，根据电流偏差算出串行控制信号，即电流环调节输出量；

S8.将串行控制信号进行预处理，包括限幅和去抖，并经过串转并模块和舵机驱动控制模块处理得到PWM驱动信号；

S9.将PWM驱动信号经过舵机驱动模块处理驱动舵机运动；

S10.若ni<i，则返回步骤S5，若ni≥i，则进行步骤S11，5≤i≤40，这里，取i＝10；

S11.若ns<s，则返回步骤S2，若ns≥s，则返回步骤S1，1≤s≤10。

上述步骤在舵机控制过程中不断进行，直到舵机停止运行。

串转并模块将舵机算法模块运算输出的串行控制信号转换成四路舵机需要的并行控制信号输出给舵机驱动控制模块。

故障检测与保护模块接收AD采样模块送来的舵机实时的数字位置信号和数字电流信号，进行位置和电流的异常判断，将故障数据输出给舵机驱动控制模块。故障检测与保护模块对舵机运行过程中的电流和舵机偏角位置进行实时检测，如果发现异常进行综合判断并保护。故障检测与保护模块处理欠电压、过电流、位置异常和速度异常等状态，实现对系统故障状态的检测与保护。对于欠压和位置异常状态，控制舵机驱动模块停止PWM的输出。对于过电流状态，根据过电流的大小和时间进行限流控制。对于速度异常状态，进行限速保护。

舵机驱动控制模块接收串转并模块输出的4路舵机并行控制信号和故障检测与保护模块送来的故障数据。采用三电平控制方法将4路舵机并行控制信号转换为4路舵机驱动的24路PWM驱动信号。根据故障数据对PWM驱动信号进行限制占空比保护或关断PWM驱动信号。PWM驱动信号采用三电平脉宽调制技术，减小了电流纹波，降低了系统的功耗。

舵机驱动模块接收PWM驱动信号，进行隔离和放大最后控制三相桥驱动电路实现对舵机的驱动。舵机驱动模块由多片隔离芯片、三相桥驱动芯片、PQFN封装的功率MOSFET和霍尔电流检测芯片组成，三相桥驱动芯片将经过隔离芯片输出的PWM驱动信号放大，转换为功率MOSFET的栅极驱动信号，功率MOSFET组成的三相桥驱动电路输出三相桥驱动信号驱动舵机转动，三相桥驱动电路的总电流经霍尔电流检测芯片和外部的电流检测电路转换为模拟电流信号。舵机驱动模块由IR公司的超小型三相桥驱动芯片IRS2336和贴片功率开关管IRFH5007以及电流传感器ACS712和一些辅助电路组成。根据控制模块输出的控制信号，舵机驱动模块通过控制三相桥的开通和关断，实现基于有刷和无刷电机的舵机控制。电流传感器ACS712采集三相桥母线上的电流，回传给控制模块以进行电流的监测和保护。

控制模块由单片FPGA以及外围电路组成，内部同时采用串行和并行处理方式，在提高运算速度和节省资源之间采用折中方式。通过硬件描述语言实现了数字通信、位置和电流信号的采集、数字滤波、轨迹生成、故障的监测与保护和位置闭环等功能，并控制其它各模块工作。

整个工作过程为每隔固定周期AD采样模块采集到的一组位置和电流信号数据经过并转串模块转换成串行数据链，即串行位置信号和串行电流信号，送进舵机算法模块中。同时，数字通讯模块接收来自上位机传来的通讯信号，包括舵机偏角指令信号和PID参数修改数据，并将此时AD采样模块采集到的四路舵机的数字位置信号发送给上传给上位机。数字通信模块将接收到的舵机偏角指令信号送入轨迹生成模块进行轨迹的整形。由于上位机传来的数据是固定间隔的数字量，直接将其作为舵机信号的偏转量将会使舵机实际摆动出现阶梯状的变化并使舵机内部有较大的速度过冲和电流过冲。因此有必要使用轨迹生成模块将数字通信模块接收到的数据量进行数据的平滑处理，使处理后的数据作为舵机偏转信号时不会出现速度和电流的过冲。轨迹生成模块将整形后的轨迹信号送入并转串模块，将并行的数据链转换成串行的数据链。舵机算法模块将接收到的串行位置信号、串行轨迹信号、PID参数修改数据、串行电流信号进行PID运算处理。舵机算法模块输出的串行控制信号由串转并模块转换成四路舵机所需的并行控制信号输出给舵机驱动控制模块。舵机驱动控制模块根据舵机算法模块传来的数据，进行并行处理并输出四路舵机功率驱动MOSFET所需的PWM驱动信号。

整个控制模块由Verilog HDL硬件描述语言编写生成，仅调用了浮点加法器、乘法器以及定点转浮点和浮点转定点IP核，其中算法控制模块采用的是串行流水线的方式编程，其余模块采用并行的方式编程。

信号调理及AD转换模块完成位置、电流传感器的信号调理与采集。信号调理电路将电位器的多路-7V～+7V电压信号和电流传感器输出的0V～5V电压信号转换成舵机控制器所需要的-10V～10V电压信号。再将调理后的信号送入AD转换器进行数据采集。信号调理电路用AD公司的AD7606和多路OPA4251运算放大器实现，经过控制模块实现对信号的多路同时采样。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。

Claims (8)

1.一种通用小型化数字电动舵机控制器，其特征在于，包括信号调理模块、AD采样模块、控制模块、舵机驱动模块、位移检测电路和电流检测电路；控制模块包括并转串模块、舵机算法模块、串转并模块和舵机驱动控制模块；其中，

位移检测电路检测m个舵机的舵面偏角并输出m路模拟位置信号，m≥2；

电流检测电路检测m个舵机的电流大小并输出m路模拟电流信号；

信号调理模块对m路模拟位置信号和m路模拟电流信号进行抗混叠滤波和信号放大；

AD采样模块对信号调理模块输出的舵机的m路模拟位置信号和m路模拟电流信号进行采样和模数转换，输出m路数字位置信号和m路数字电流信号送入并转串模块；

并转串模块接收上位机的m路舵机偏角指令信号转换成一路串行指令信号，将AD采样模块送入的m路数字位置信号和m路数字电流信号分别转换成一路串行位置信号和一路串行电流信号，并将串行位置信号、串行电流信号和串行指令信号送入舵机算法模块；所述舵机偏角指令信号为上位机对舵机舵片的位置轨迹命令信息；

舵机算法模块包括FIFO1、FIFO2、FIFO3、FIFO4、电流环PID算法模块和位置环PID算法模块；FIFO1、FIFO2和FIFO4分别接收并存储串行指令信号、串行位置信号和串行电流信号；位置环PID算法模块调用串行指令信号作为位置环输入信号，调用串行位置信号作为位置环反馈信号；根据位置PID运算的参数数据分别对每路舵机进行位置环PID运算，并将各路舵机的运算结果拼接得到位置环调节输出量，存入FIFO3中；电流环PID算法模块调用位置环调节输出量作为电流环输入信号，调用串行电流信号作为电流环反馈信号；根据电流PID运算的参数数据分别对每路舵机进行电流环PID运算，并将各路舵机的运算结果拼接得到串行控制信号；

串转并模块将舵机算法模块运算输出的一路串行控制信号转换成舵机需要的m路并行控制信号输出给舵机驱动控制模块；

舵机驱动控制模块接收m路并行控制信号生成m路PWM驱动信号；

舵机驱动模块接收m路PWM驱动信号，进行隔离和放大后驱动舵机运动。

2.一种如权利要求1所述的通用小型化数字电动舵机控制器，其特征在于，所述并转串模块和上位机之间还有轨迹生成模块，轨迹生成模块接收上位机传来的舵机偏角指令信号，对舵机偏角指令信号进行平滑处理和整形。

3.一种如权利要求2所述的通用小型化数字电动舵机控制器，其特征在于，所述轨迹生成模块对舵机偏角指令信号进行平滑处理和整形的过程为：对舵机偏角指令信号以上位机的发送频率计算出舵机位置轨迹的离散速度信号和离散加速度信号，并分别限制其最大值；以舵机算法模块的运算频率对加速度信号进行积分，得到某时刻的一次积分后的速度值；将一次积分后的速度值和该时刻离散速度信号的速度值分别与上一时刻的速度值做差；取与上一时刻的速度值做差的差值绝对值较小的速度值作为这一时刻的比较后的速度值；对比较后的速度进行积分，得到处理后的舵机偏角指令信号。

4.一种如权利要求1所述的通用小型化数字电动舵机控制器，其特征在于，所述控制器还包括存储模块，存储模块接收并存储上位机送入的PID参数修改数据，每隔固定时间将PID参数修改数据送入舵机算法模块；所述PID参数修改数据包括舵机算法模块中进行电流PID运算和位置PID运算的参数数据。

5.一种如权利要求1所述的通用小型化数字电动舵机控制器，其特征在于，所述控制模块还包括故障检测与保护模块，所述故障检测与保护模块接收AD采样模块送来的数字位置信号和数字电流信号，进行位置和电流的异常判断，将故障数据输出给舵机驱动控制模块，所述舵机驱动控制模块根据故障数据对PWM驱动信号进行限制占空比保护或关断PWM驱动信号。

6.一种如权利要求1所述的通用小型化数字电动舵机控制器，其特征在于，所述舵机驱动模块包括三相桥驱动芯片和功率MOSFET；三相桥驱动芯片将PWM驱动信号放大，转换为功率MOSFET的栅极驱动信号，功率MOSFET组成的三相桥驱动电路输出三相桥驱动信号驱动舵机转动。

7.一种如权利要求6所述的通用小型化数字电动舵机控制器，其特征在于，所述舵机驱动模块还包括霍尔电流检测芯片，三相桥驱动电路的总电流经霍尔电流检测芯片和电流检测电路处理生成模拟电流信号。

8.一种利用权利要求1至7之一所述的通用小型化数字电动舵机控制器的舵机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.从上位机获取舵面偏角指令信号，将舵机算法模块中的位置运算数ns置零；所述位置环运算数为位置环的运算次数；

S2.将舵机偏角指令信号送入并转串模块处理得到串行指令信号，并存入FIFO1中；

S3.将电流环运算数ni置零，ns加一，启动AD采样模块采集模拟位置信号，经过并转串模块得到串行位置信号，并存入FIFO2中；所述电流环运算数为电流环的运算次数；

S4.取出FIFO1中的串行指令信号和FIFO2中的串行位置信号，在舵机算法模块中进行位置环串行PID运算，根据位置偏差算出位置环调节输出量，存入FIFO3中，将其作为电流环给定；

S5.将ni加一，启动AD采样模块采集模拟电流信号，送入并转串模块得到串行电流信号，并存入FIFO4中；

S6.取出FIFO3中的位置环调节输出量和FIFO4中的串行电流信号，进行电流环串行PID运算，根据电流偏差算出串行控制信号作为电流环调节输出量；

S7.将串行控制信号依次送入串转并模块和舵机驱动控制模块处理得到PWM驱动信号；

S8.将PWM驱动信号经过舵机驱动模块处理驱动舵机运动；

S9.若ni<i，则返回步骤S5，若ni≥i，则进行步骤S10，i为大于或等于1的正整数；

S10.若ns<s，则返回步骤S2，若ns≥s，则返回步骤S1，s为大于或等于1为正整数。