CN108227537A - 一种基于rvdt位置反馈的飞机步进电机伺服控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于RVDT位置反馈的飞机步进电机伺服控制系统,包括数据接口、软件接口、硬件接口和作动器接口;所述数据接口与机电管理计算机连接;所述软件接口与所述数据接口连接;所述硬件接口与作动器接口连接;所述作动器接口与负载连接。
Description
技术领域
本发明属于电机控制技术领域,尤其涉及一种基于RVDT位置反馈的飞机步进电机伺服控制系统及方法。
背景技术
飞机环境控制系统和燃油热管理系统中包括大量由电机拖动的阀门,用于实现环境控制和热能管理。传统电动阀门采用普通有刷直流电机作为驱动,该类电机存在寿命短、控制精度低的缺点,限制了阀门的高精度闭环应用。新一代电动阀门采用无刷电机作为驱动,虽解决了寿命短的问题,但无刷电机在低速时控制精度不高,无法实现精确角度调节。根据飞机对成品可靠性、启闭角度可控性及环境要求的不断提高,目前生产的电动阀门很难满足飞机的新要求,为此新一代飞机采用步进电机作为阀门的驱动源,提高产品的可靠性及耐环境要求。
步进电机是一种可实现角度控制的开环伺服电机,通过控制器的配合,实现阀门角度调节,其本质为一种将电脉冲信号转化为相应角位移的执行机构。传统步进电机控制系统一般采用开环位置控制,其控制精度和效率低,易发生启动振动失步及停止过冲的现象,降低了系统运行可靠性和定位精度,限制了步进电机应用领域。
发明内容
本发明目的:提出一种基于RVDT位置反馈的飞机步进电机伺服控制系统及方法,解决产品的可靠性和耐环境要求。
一种基于RVDT位置反馈的飞机步进电机伺服控制系统,包括数据接口、软件接口、硬件接口和作动器接口;所述数据接口与机电管理计算机连接;所述软件接口与所述数据接口连接;所述硬件接口与作动器接口连接;所述作动器接口与负载连接。
所述一种基于RVDT位置反馈的飞机步进电机伺服控制系统,所述数据接口采用高速串行通讯总线与机电管理计算机连接,所述高速串行通讯总线采用IEEE-1394B;所述数据接口接收机电管理计算机控制指令,并将接收到的控制指令发送软件接口;所述数据接口接收软件接口发送的状态信息和BIT结果,并将接收到的状态信息和BIT结果发送至机电管理计算机,实现数据共享。
所述一种基于RVDT位置反馈的飞机步进电机伺服控制系统,所述软件接口包括逻辑控制单元、BIT单元和位置解算单元,其中:
所述逻辑控制单元实现以下功能:
(1)接收数据接口发送的机电管理计算机控制指令,产生步进电机驱动信号,驱动功率驱动单元工作;
(2)接收位置解算单元结果,产生步进电机驱动信号,驱动功率驱动单元工作,使步进电机伺服阀转动到目标位置,实现位置闭环控制;
(3)依据BIT单元传递的反馈信号实现故障诊断与隔离;
所述BIT单元,接收硬件接口发送的状态信息,实现BIT逻辑判断;
所述位置解算单元从硬件接口中的信号调理单元取得RVDT位置传感器反馈信号。
所述一种基于RVDT位置反馈的飞机步进电机伺服控制系统,所述软件接口集成于控制器内,所述控制器采用DSP+FPGA架构。
所述一种基于RVDT位置反馈的飞机步进电机伺服控制系统,所述硬件接口包括功率驱动单元和信号调理单元,其中:
所述功率驱动单元,接收逻辑控制单元发送的步进电机驱动信号,实现所述步进电机驱动信号的功率放大,驱动电机伺服阀门转动;所述功率驱动单元,向BIT单元传输功率驱动单元状态信息;
所述信号调理单元,产生RVDT位置传感器激励信号并采集位置反馈信号,将所述位置反馈信号调理后传递给所述位置解算单元;所述信号调理单元,向BIT单元传输信号调理单元状态信息。
所述一种基于RVDT位置反馈的飞机步进电机伺服控制系统,所述作动器接口包括步进电机伺服阀单元和RVDT位置传感器单元,其中:
所述步进电机伺服阀单元,接收所述功率驱动单元发送的功率放大信号,实现步进电机伺服阀单元位置调节;
所述RVDT位置传感器单元,接收信号调理单元发送的激励信号,生成位置反馈信号,将生成的位置反馈信号发送至信号调理单元。
所述一种基于RVDT位置反馈的飞机步进电机伺服控制系统,所述步进电机伺服阀单元采用两相混合式步进电机,以满足飞机工作空间受限且需高分辨率、低速、大转矩的伺服控制需求;
所述一种基于RVDT位置反馈的飞机步进电机伺服控制系统,所述步进电机伺服阀单元采用减速比装置,以提高步进电机运行效率。
一种基于RVDT位置反馈的飞机步进电机伺服控制方法,包括以下步骤:
步骤1软件接口的逻辑控制单元通过数据接口接收机电管理计算机电机伺服阀转动参数,并结合位置解算单元的解算结果,经逻辑运算,产生硬件接口功率驱动单元驱动信号;
步骤2硬件接口的功率驱动单元接收逻辑控制单元发送的驱动信号,并将所述驱动信号放大;
步骤3经功率驱动单元放大的驱动信号作用于作动器接口步进电机伺服阀单元,带动负载转动,实现负载位置调节;
步骤4RVDT位置传感器单元接收信号调理单元发送的激励信号生成位置反馈信号,并将生成的位置反馈信号发送至信号调理单元;
步骤5信号调理单元接收RVDT位置传感器单元发送的反馈信号,经调理,将调理结果输入位置解算单元;
步骤6位置解算单元采集信号调理单元结果,经解算,将解算结果输入逻辑控制单元;
步骤7逻辑控制单元接收位置解算单元发送的位置解算结果,并结合机电管理计算机电机伺服阀转动参数,产生硬件接口功率驱动单元驱动信号,执行步骤2和步骤3,驱动步进电机伺服阀单元实现位置修正。
所述一种基于RVDT位置反馈的飞机步进电机伺服控制方法,还包括步骤8:软件接口BIT单元,接收硬件接口功率驱动单元和信号调理单元发送的BIT信号,并经逻辑运算,发送逻辑控制单元,进行故障诊断与隔离。
本发明的有益效果:
本发明所述一种基于RVDT位置反馈的飞机步进电机伺服控制系统及方法实现了步进电机伺服阀的精确调节,有效提高了飞机对伺服阀产品可靠性、启闭角度可控性及耐环境要求。本发明的步进电机伺服阀单元采用两相混合式步进电机,以满足飞机工作空间受限且需高分辨率、低速、大转矩的伺服控制需求;通过配置减速比装置,提高了步进电机运行效率。通过配置RVDT位置传感器单元实现伺服阀门位置反馈,提高了系统精度和可靠性。本发明所述系统及方法扩展了步进电机应用领域,具备控制精度高、体积小、效率高和工作可靠的特性。
附图说明
本发明的上述优点以及实施方式的描述结合下面附图将变得清晰且容易理解,其中:
图1为本发明的一种基于RVDT位置反馈的飞机步进电机伺服控制系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。
图1是本发明提供的一种基于RVDT位置反馈的飞机步进电机伺服控制系统的结构示意图。参照图1所示,系统包括数据接口、软件接口、硬件接口和作动器接口;所述数据接口与机电管理计算机连接;所述软件接口与所述数据接口连接;所述硬件接口与作动器接口连接;所述作动器接口与负载连接。系统采用IEEE-1394B高速串行通讯总线与机电管理计算机连接,接收机电管理计算机步进电机控制指令并上传系统状态信息和BIT结果。系统软件接口集成于控制器内,控制器采用DSP+FPGA的架构,包括逻辑控制单元、BIT单元和位置解算单元,其中逻辑控制单元产生电机驱动信号,BIT单元接收硬件接口发送的状态信息,实现BIT逻辑判断;位置解算单元解算步进电机伺服阀单元的位置。系统硬件接口包括功率驱动单元和信号调理单元,功率驱动单元实现步进电机驱动信号的功率放大,驱动电机伺服阀门转动并反馈状态信息;信号调理单元产生RVDT位置传感器激励信号并采集位置反馈信号,并反馈状态信息。系统作动器接口包括步进电机伺服阀单元和RVDT位置传感器单元,步进电机伺服阀单元接收所述功率驱动单元发送的功率放大信号,实现步进电机伺服阀单元位置调节;RVDT位置传感器单元接收信号调理单元发送的激励信号,生成位置反馈信号。
系统采用两相混合式步进电机,以满足飞机工作空间受限且需高分辨率、低速、大转矩的伺服控制需求;系统步进电机伺服阀单元采用减速比装置,以提高步进电机运行效率。
本发明还提供了一种基于RVDT位置反馈的飞机步进电机伺服控制方法,包括以下步骤:
步骤1软件接口的逻辑控制单元通过数据接口接收机电管理计算机电机伺服阀转动参数,并结合位置解算单元的解算结果,经逻辑运算,产生硬件接口功率驱动单元驱动信号;
步骤2硬件接口的功率驱动单元接收逻辑控制单元发送的驱动信号,并将所述驱动信号放大;
步骤3经功率驱动单元放大的驱动信号作用于作动器接口步进电机伺服阀单元,带动负载转动,实现负载位置调节;
步骤4RVDT位置传感器单元接收信号调理单元发送的激励信号生成位置反馈信号,并将生成的位置反馈信号发送至信号调理单元;
步骤5信号调理单元接收RVDT位置传感器单元发送的反馈信号,经调理,将调理结果输入位置解算单元;
步骤6位置解算单元采集信号调理单元结果,经解算,将解算结果输入逻辑控制单元;
步骤7逻辑控制单元接收位置解算单元发送的位置解算结果,并结合机电管理计算机电机伺服阀转动参数,产生硬件接口功率驱动单元驱动信号,执行步骤2和步骤3,驱动步进电机伺服阀单元实现位置修正。
步骤8:软件接口BIT单元,接收硬件接口功率驱动单元和信号调理单元发送的BIT信号,并经逻辑运算,发送逻辑控制单元,进行故障诊断与隔离。
Claims (10)
1.一种基于RVDT位置反馈的飞机步进电机伺服控制系统,其特征在于:包括数据接口、软件接口、硬件接口和作动器接口;所述数据接口与机电管理计算机连接;所述软件接口与所述数据接口连接;所述硬件接口与作动器接口连接;所述作动器接口与负载连接。
2.根据权利要求1所述一种基于RVDT位置反馈的飞机步进电机伺服控制系统,其特征在于所述数据接口采用高速串行通讯总线与机电管理计算机连接,所述高速串行通讯总线采用IEEE-1394B;所述数据接口接收机电管理计算机控制指令,并将接收到的控制指令发送软件接口;所述数据接口接收软件接口发送的状态信息和BIT结果,并将接收到的状态信息和BIT结果发送至机电管理计算机,实现数据共享。
3.根据权利要求2所述一种基于RVDT位置反馈的飞机步进电机伺服控制系统,其特征在于所述软件接口包括逻辑控制单元、BIT单元和位置解算单元,其中:
所述逻辑控制单元实现以下功能:
(1)接收数据接口发送的机电管理计算机控制指令,产生步进电机驱动信号,驱动功率驱动单元工作;
(2)接收位置解算单元结果,产生步进电机驱动信号,驱动功率驱动单元工作,使步进电机伺服阀转动到目标位置,实现位置闭环控制;
(3)依据BIT单元传递的反馈信号实现故障诊断与隔离;
所述BIT单元,接收硬件接口发送的状态信息,实现BIT逻辑判断;
所述位置解算单元从硬件接口中的信号调理单元取得RVDT位置传感器反馈信号。
4.根据权利要求3所述一种基于RVDT位置反馈的飞机步进电机伺服控制系统,其特征在于所述软件接口集成于控制器内,所述控制器采用DSP+FPGA架构。
5.根据权利要求3所述一种基于RVDT位置反馈的飞机步进电机伺服控制系统,其特征在于所述硬件接口包括功率驱动单元和信号调理单元,其中:
所述功率驱动单元,接收逻辑控制单元发送的步进电机驱动信号,实现所述步进电机驱动信号的功率放大,驱动电机伺服阀门转动;所述功率驱动单元,向BIT单元传输功率驱动单元状态信息;
所述信号调理单元,产生RVDT位置传感器激励信号并采集位置反馈信号,将所述位置反馈信号调理后传递给所述位置解算单元;所述信号调理单元,向BIT单元传输信号调理单元状态信息。
6.根据权利要求5所述一种基于RVDT位置反馈的飞机步进电机伺服控制系统,其特征在于所述作动器接口包括步进电机伺服阀单元和RVDT位置传感器单元,其中:
所述步进电机伺服阀单元,接收所述功率驱动单元发送的功率放大信号,实现步进电机伺服阀单元位置调节;
所述RVDT位置传感器单元,接收信号调理单元发送的激励信号,生成位置反馈信号,将生成的位置反馈信号发送至信号调理单元。
7.根据权利要求6所述一种基于RVDT位置反馈的飞机步进电机伺服控制系统,其特征在于:所述步进电机伺服阀单元采用两相混合式步进电机,以满足飞机工作空间受限且需高分辨率、低速、大转矩的伺服控制需求。
8.根据权利要求6所述一种基于RVDT位置反馈的飞机步进电机伺服控制系统,其特征在于:所述步进电机伺服阀单元采用减速比装置,以提高步进电机运行效率。
9.一种基于RVDT位置反馈的飞机步进电机伺服控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1软件接口的逻辑控制单元通过数据接口接收机电管理计算机电机伺服阀转动参数,并结合位置解算单元的解算结果,经逻辑运算,产生硬件接口功率驱动单元驱动信号;
步骤2硬件接口的功率驱动单元接收逻辑控制单元发送的驱动信号,并将所述驱动信号放大;
步骤3经功率驱动单元放大的驱动信号作用于作动器接口步进电机伺服阀单元,带动负载转动,实现负载位置调节;
步骤4 RVDT位置传感器单元接收信号调理单元发送的激励信号生成位置反馈信号,并将生成的位置反馈信号发送至信号调理单元;
步骤5信号调理单元接收RVDT位置传感器单元发送的反馈信号,经调理,将调理结果输入位置解算单元;
步骤6位置解算单元采集信号调理单元结果,经解算,将解算结果输入逻辑控制单元;
步骤7逻辑控制单元接收位置解算单元发送的位置解算结果,并结合机电管理计算机电机伺服阀转动参数,产生硬件接口功率驱动单元驱动信号,执行步骤2和步骤3,驱动步进电机伺服阀单元实现位置修正。
10.根据权利要求9所述一种基于RVDT位置反馈的飞机步进电机伺服控制方法,其特征在于,还包括步骤8:软件接口BIT单元,接收硬件接口功率驱动单元和信号调理单元发送的BIT信号,并经逻辑运算,发送逻辑控制单元,进行故障诊断与隔离。
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