CN106547234A - 一种飞行器电动舵机调控系统及调控方法 - Google Patents

一种飞行器电动舵机调控系统及调控方法 Download PDF

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Abstract

一种飞行器电动舵机调控系统及调控方法涉及舵机调控领域，包括：AD转换芯片、数字信号处理器和EEPROM；上位机发送调零指令，数字信号处理器接收后，控制AD转换芯片采集舵机电位器的编码信息，处理得到舵机零位基准电压值，并将零位基准电压值发送至数字信号处理器；所述数字信号处理器将零位基准电压值写入EEPROM进行冗余设计，并同时发送回上位机与设定舵机零位电压值范围进行对比；上位机发送舵偏指令，数字信号处理器接收后，读取EEPROM中舵机零位基准电压值并进行二次冗余设计；根据零位基准电压值，指令角度和当前的舵角对舵机进行控制。具备稳定性高、可靠性高、效率高、准确方便等优点，对于飞行器上其他调零装备具有借鉴作用。

Description

一种飞行器电动舵机调控系统及调控方法
技术领域
本发明涉及舵机调控领域，具体涉及一种飞行器电动舵机调控系统及调控方法。
背景技术
电动舵机具有精度高、响应快、体积小等优点，广泛应用在各类飞行器中作为执行机构，其性能好坏直接影响着飞行器的飞行品质，通常采用的控制方式是根据当前舵偏位置和舵偏指令进行比较，做差后通过控制器得到电机控制量，驱动电机转动，完成位置跟踪。电动舵机控制需要准确的检测舵片的绝对位置即当前舵偏位置，为此在进行单独调试和装上飞行器后均需进行调零，得到其零位值。能否规范、高效、高性能的调零，严重影响着电动舵机的性能和生产效率，进而影响飞行器的性能。
目前飞行器中电动舵机的调零需要单独设计舵机的调零系统中的相关仪器，将调零过程和控制过程完全分离开，成本高，同时降低了调零效率。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种飞行器电动舵机调控系统及调控方法，将调零过程和控制过程设计在一块芯片上进行处理，降低了成本，提高了系统稳定性和效率。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
一种飞行器电动舵机调控系统，该系统包括：AD转换芯片、数字信号处理器和EEPROM；上位机发送调零指令，数字信号处理器接收后，控制AD转换芯片采集舵机电位器的编码信息，处理得到舵机零位基准电压值，并将零位基准电压值发送至数字信号处理器；所述数字信号处理器将零位基准电压值写入EEPROM进行冗余设计，并同时发送回上位机与设定舵机零位电压值范围进行对比；上位机发送舵偏指令，数字信号处理器接收后，读取EEPROM中舵机零位基准电压值并进行二次冗余设计；根据零位基准电压值，指令角度和当前的舵角对舵机进行控制。
一种飞行器电动舵机调控系统的调控方法，该方法包括如下步骤：
步骤一：舵机调控系统安装到电动舵机的电位器上，手动调整使舵机的机械零位与基准轴线零位对齐；
步骤二：上位机发送调零指令，数字信号处理器接收后，控制AD转换芯片采集安装在传动机构上电位器的编码信息，处理得到舵机零位基准电压值，并将零位基准电压值发送至数字信号处理器；
步骤三：所述数字信号处理器将零位基准电压值写入EEPROM进行冗余设计，并同时发送回上位机与设定舵机零位电压值范围进行对比；如果零位基准电压值在设定舵机零位电压值范围内，完成舵机调零处理，进行步骤四；如果零位基准电压值不在设定舵机零位电压值范围内，则舵机调零失败，重返步骤一；
步骤四：上位机发送舵偏指令，数字信号处理器接收后，读取EEPROM中舵机零位基准电压值并进行二次冗余设计；根据零位基准电压值，指令角度和当前的舵角对舵机进行控制。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种飞行器电动舵机调控系统及其调控方法，系统将调零过程和控制过程设计在一块芯片上进行处理，仅根据当前通讯协议判定是执行调零过程还是控制过程，降低了调零成本，提高了调零效率；同时采用可反复擦写的软件存储设备，能够有效的保护关键数据，并且可以进行多次反复操作，具备稳定性高、可靠性高、效率高、准确方便等优点，对于飞行器上其他调零装备具有借鉴作用。
附图说明
图1本发明一种飞行器电动舵机调控系统的接口关系图。
图2本发明一种飞行器电动舵机调控系统的调控方法流程图。
图3本发明CAN中断处理流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
舵机调零分为机械调零和电调零。先采用机械工具进行装配和对准完成机械调零，再进行电调零。
如图1所示，舵机主要有机械传动机构和调控系统两部分组成，其中电位器安装在机械结构上，调控系统包括AD转换芯片、DSP芯片、EEPROM及电源转换芯片等。本发明DSP芯片采用TMS320F28335。舵机上位机模拟飞行器飞控系统发送指令给舵机调控系统，一为舵机调零指令，一为舵机控制指令。上位机发送调零指令，DSP芯片接收后，控制AD转换芯片采集舵机电位器的编码信息，处理得到舵机零位基准电压值，并将零位基准电压值发送至DSP芯片；所述DSP芯片将零位基准电压值写入EEPROM进行冗余设计，并同时发送回上位机与设定舵机零位电压值范围进行对比；上位机发送舵偏指令，DSP芯片接收后，读取EEPROM中舵机零位基准电压值并进行二次冗余设计；根据零位基准电压值，指定角度和当前的舵角对舵机进行控制。
如图2所示，本发明实施例的舵机调控系统的调零流程如下：
步骤一：舵机首先进行机械调零。舵机安装到飞行器后，舵机调零系统安装到舵机传动机构上，装配舵机的机械零位与飞行器上舵舱基准轴线零位对齐，采用三维扫描仪进行验证，直至满足设计精度需求，完成机械调零。
步骤二：舵机调控系统通过CAN总线接收到上位机发出的舵机调零指令。在DSP芯片中完成CAN通讯协议的配置，并使能其中断，其处理流程如图3所示。首先CAN口初始化，配置其通信波特率为1Mbps，配置邮箱传送方式，配置30邮箱为CAN接收邮箱，配置中断，使能邮箱中断，启动传送或接收。舵机上位机发送指令时，CAN中断响应，处理中断。
AD转换芯片与电位器相连，采集电位器电压编码信息，然后在DSP芯片上编程处理为所需的数字量，即当前的电位器电压值，具体的处理规则与所选用的AD芯片及电位器类型有关。DSP芯片自带12位的AD转换器，分辨率为60°/212＝0.0146°，分辨率较低。为了保证系统的采集精度，本发明外扩一个16位的AD转换芯片，选择AD公司的AD7606转换芯片。本发明所选择的电位器为非线绕角位移传感器，其特征是线性尺度式，电阻值的变化与旋转角度或移动距离呈线性关系。DSP芯片通过外部存储器(Xinf)接口与AD7606相连，从而对AD7606进行配置操作和数据读取。采用±10V输入电压下的最低有效位为305.175μV，则舵机电位器电压值Up为：
Up＝Upcode×305.175 (1)
其中Upcode为舵机电位器电压编码信息。在完成机械调零后，舵机电位器电压值Up即为舵机零位基准电压值。
步骤三：DSP芯片将舵机零位基准电压值写入EEPROM并进行软件冗余设计。EEPROM选择ADSP芯片TMEL公司的AT25128B，存储空间为128kb，其存储时间可达100年，可重复擦写1000000次。通过DSP芯片的SPI接口外扩一个EEPROM。采用主控制器模式实现SPI和EEPROM连接。首先确定时钟频率，SPI时钟设计时序为有相位延迟的上升沿。SPI在SPICLK信号的上升沿之前的半个周期发送数据，在SPICLK的上升沿接收数据。SPI与EEPROM接口实现4信号线协议方式，DSP芯片为通信主端，EEPROM为通信从端。根据AT25128B的写时序将舵机零位电压写入EEPROM。EEPROM在读写过程中总线收到干扰，造成EEPROM数据丢失，需要通过软件进行可靠性设计。对数据进行分区储存、数据编码和校验以增加数据的可信性。采用三次备份手段，将舵机零位基准电压值存放在三个不同的PAGE内，且PAGE内的地址均不相同，写入三次数据，并在每份数据后加入校验机制。
舵机通过CAN总线向上位机发送舵机零位基准电压值。根据CAN通信协议，配置邮箱0为CAN发送邮箱，在DSP芯片中进行程序设计，上位机安装的CAN测试软件接收并显示舵机零位基准电压值。
判断舵机零位基准电压值是否在规定范围内。本发明规定如果上位机中读取的舵机零位基准电压值在4～6之间则满足要求，调零处理成功，结束调零处理；如果不在此范围内，则不满足要求，返回机械调零处理，直到所测得的舵机零位电压值在4～6之间结束调零处理。
舵机调控系统控制流程如下：
步骤四：舵机调控系统通过CAN总线接收上位机发出的舵机舵偏指令，舵机指令的接收需要根据CAN通信协议进行配置，配置邮箱31为舵机指令接收邮箱，使能接收中断，接收舵机指令。
DSP芯片读取EEPROM中舵机零位基准电压值并进行软件二次冗余设计。根据EEPROM的读时序，读取EEPROM的数据组并进行校验检测。读取时，如果三个地址数据全相同，则选用该数据；如果两个相同，一个不同，采用大数判决，使用相同的数，并将存有不同数据的地址中写入相同数据；如果三值均不相同，加载默认的设置参数，并在更新数据时，刷新所有的数据组。根据舵机零位基准电压值和当前采集的舵机的电位器电压值进行做差，并乘以电压与角度转换系数6得到当前舵偏角。
Up为舵机电位器电压值，Uz为舵机零位电压值，舵机当前舵偏角Pfd为：
Pfd＝6×(Up-Uz) (2)
舵机控制处理。由舵机的指令角度和舵机的当前舵偏角根据相应的控制算法实现舵机控制。本发明实施例采用传统的PI控制器完成。

Claims (4)

1.一种飞行器电动舵机调控系统，其特征在于，该系统包括：AD转换芯片、数字信号处理器和EEPROM；上位机发送调零指令，数字信号处理器接收后，控制AD转换芯片采集舵机电位器的编码信息，处理得到舵机零位基准电压值，并将零位基准电压值发送至数字信号处理器；所述数字信号处理器将零位基准电压值写入EEPROM进行冗余设计，并同时发送回上位机与设定舵机零位电压值范围进行对比；上位机发送舵偏指令，数字信号处理器接收后，读取EEPROM中舵机零位基准电压值并进行二次冗余设计；根据零位基准电压值，指定角度和当前的舵角对舵机进行控制。
2.根据权利要求1中的一种飞行器电动舵机调控系统，其特征在于，所述冗余设计为对零位基准电压值进行分区储存、数据编码和校验；采用三次备份手段，将舵机零位基准电压值存放在三个不同的PAGE内，且PAGE内的地址均不相同，写入三次数据，并在每份数据后加入校验机制。
3.根据权利要求1中的一种飞行器电动舵机调控系统，其特征在于，所述二次冗余设计为读取时，如果三个地址数据全相同，则选用该数据；如果两个相同，一个不同，采用大数判决，使用相同的数，并将存有不同数据的地址中写入相同数据；如果三值均不相同，加载默认的设置参数，并在更新数据时，刷新所有的数据组。
4.根据权利要求1中的一种飞行器电动舵机调控系统的调控方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤一：舵机调控系统安装到电动舵机的电位器上，手动调整使舵机的机械零位与基准轴线零位对齐；
步骤二：上位机发送调零指令，数字信号处理器接收后，控制AD转换芯片采集安装在传动机构上电位器的编码信息，处理得到舵机零位基准电压值，并将零位基准电压值发送至数字信号处理器；
步骤三：所述数字信号处理器将零位基准电压值写入EEPROM进行冗余设计，并同时发送回上位机与设定舵机零位电压值范围进行对比；如果零位基准电压值在设定舵机零位电压值范围内，完成舵机调零处理，进行步骤四；如果零位基准电压值不在设定舵机零位电压值范围内，则舵机调零失败，重返步骤一；
步骤四：上位机发送舵偏指令，数字信号处理器接收后，读取EEPROM中舵机零位基准电压值并进行二次冗余设计；根据零位基准电压值，指定角度和当前的舵角对舵机进行控制。
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