CN112683115A - 一种基于cpld控制的鱼雷舵机驱动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于CPLD控制的鱼雷舵机驱动系统，包括上位机及舵电机，还包括CPLD和驱动电机模块,CPLD包括电机逻辑换向模块和PWM信号发生模块，通过采用CPLD处理上位机的控制信号，CPLD包括电机逻辑换向模块和PWM信号发生模块，上位机向电机逻辑换向模块和PWM信号发生模块发送控制信号，经过电机逻辑换向模块综合逻辑处理后通过驱动电机模块驱动舵电机，采用CPLD抗干扰能力强，能够克服复杂环境，具有可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及电动驱动技术领域，具体涉及一种基于CPLD控制的鱼雷舵机驱动系统。
背景技术
单套鱼雷舵机驱动电路配套3个舵电机，分别为横舵电机、上舵电机和下舵电机，舵机驱动电路位于鱼雷发动机尾端，鱼雷尾端有高温、振动、冲击、电磁干扰、自导信号干扰、发电机电压波动等复杂环境，目前，鱼雷的舵机系统一般采用DSP、单片机控制，在这种复杂环境下无法克服强干扰，存在死机的可能，从而影响武器系统的正常运行。
发明内容
为解决上述现有技术无法应对这种强干扰的复杂环境，影响到武器系统的正常运行，本发明提供一种基于CPLD控制的鱼雷舵机驱动系统。
本发明的技术方案是：一种基于CPLD控制的鱼雷舵机驱动系统，包括上位机及舵电机，还包括CPLD和驱动电机模块，所述的CPLD包括电机逻辑换向模块和PWM信号发生模块，所述上位机向电机逻辑换向模块和PWM信号发生模块发送控制信号，所述电机逻辑换向模块与驱动电机模块连接，所述驱动电机模块与舵电机连接，所述的舵电机还连接有霍尔传感器；
所述上位机通过操舵信号转换模块将操舵信号发送至电机逻辑换向模块；
所述上位机将调速码信号发送至PWM信号发生模块，所述的PWM信号发生模块将调速码信号转换为PWM信号输出至电机逻辑换向模块；
所述的霍尔传感器通过霍尔信号转换模块将霍尔信号反馈到电机逻辑换向模块；
所述电机逻辑换向模块根据接受的操舵信号、PWM信号并结合霍尔信号，由程序逻辑生成电机驱动信号并输出至驱动电机模块；
电机驱动信号通过驱动电机模块放大处理后驱动舵电机工作。
优选的，所述的操舵信号转换模块包括反向放大器U3A、电压跟随器U3B、反向放大器U4A和反向放大器U4B，操舵信号从所述电压跟随器U3B的输出端输出至反向放大器U3A的反相输入端，通过反向放大器U3A将操舵信号转换为电压信号，电压信号从所述反向放大器U3A的输出端分别输出至反向放大器U4A的同相输入端和反向放大器U4B的反相输入端，通过反向放大器U4A和反向放大器U4B将电压信号转换为电平信号发送到电机逻辑换向模块。
优选的，所述的霍尔信号转换模块为光耦隔离器。
优选的，所述驱动电机模块连接有用于检测舵电机绕组的电流是否过载的电流检测模块，所述电流检测模块为电流检测器，所述电流检测器将检测电流信号传输至电机逻辑换向模块，所述电机逻辑换向模块根据检测电流信号来控制舵电机的启停。
优选的，所述的CPLD还连接有储存模块，所述的储存模块用于记录鱼雷的上舵机、横舵机及下舵机的数据参数。
优选的，所述上位机向电机逻辑换向模块发送操雷信号。
优选的，在所述舵电机上设有限位开关，所述限位开关闭合向电机逻辑换向模块发送限位开关信号。
本发明的有益效果：本发明通过采用CPLD处理上位机的控制信号，CPLD包括电机逻辑换向模块和PWM信号发生模块，上位机向电机逻辑换向模块和PWM信号发生模块发送控制信号，经过电机逻辑换向模块综合逻辑处理后通过驱动电机模块驱动舵电机，采用CPLD抗干扰能力强，能够克服复杂环境，具有可靠性。
附图说明
图1为本发明驱动系统结构框图；
图2为操舵信号转换模块中一路信号电路图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明技术方案如下：一种基于CPLD控制的鱼雷舵机驱动系统，如图1所示，包括上位机及舵电机，还包括CPLD、驱动电机模块，CPLD包括电机逻辑换向模块和PWM信号发生模块，CPLD采用Altera公司的EPM1270T144I5N，驱动电机模块采用IR2108+IRF540N三相H桥，上位机向电机逻辑换向模块和PWM信号发生模块发送控制信号，电机逻辑换向模块与驱动电机模块连接，驱动电机模块与舵电机连接，所述的舵电机还连接有霍尔传感器；
上位机通过操舵信号转换模块将操舵信号发送至电机逻辑换向模块；
上位机将调速码信号发送至CPLD，调速码信号控制各舵电机的转速，调速码信号为I2C格式，CPLD根据I2C通讯协议将调速码信号解调后发送至PWM信号发生模块，PWM信号发生模块将解调后的调速码信号转换为PWM信号，并输出至电机逻辑换向模块；
霍尔传感器采集各舵机上电机当前位置信息，霍尔传感器再通过位置信号转换模块将霍尔信号反馈到电机逻辑换向模块；
电机逻辑换向模块根据接受的操舵信号、PWM信号并结合霍尔信号，上位机还向电机逻辑换向模块发送操雷信号，操雷信号用于驱动横舵机的电机使鱼雷自动上浮，电机逻辑换向模块还要结合操雷信号，再由程序逻辑生成电机驱动信号并输出至驱动电机模块；
电机驱动信号通过驱动电机模块放大处理后驱动舵电机工作。
为了使CPLD稳定地接受到上位机发送的操舵信号，上位机通过操舵信号转换模块将操舵信号发送至电机逻辑换向模块,根据图2所示，操舵信号转换模块为信号转换电路，信号转换电路包括电压跟随器U1、反向放大器U2、反向放大器U3A和反向放大器U3B，电压跟随器U1、反向放大器U2、反向放大器U3A和反向放大器U3B采用AD823AR型号，电压跟随器U1采用提高输入阻抗，隔离信号抗干扰，反向放大器U2为加偏置的反向放大器，反向放大器U3A和反向放大器U3B组成窗口比较器；
操舵信号从信号转换电路输入端依次经过电阻R1和电阻R2输入到电压跟随器U1同相输入端，在电阻R1与电阻R2之间的连接点连接有接地的电容C1，在电阻R2与电压跟随器U1之间的连接点连接有接地的电容C2，电压跟随器U1的反相输入端与其输出端连接；
操舵信号从电压跟随器U1输出端经过电阻R3输入到反向放大器U2的反相输入端，反向放大器U2同相输入端分别连接电阻R4和电阻R5，电阻R4接地，反向放大器U2同相输入端通过电阻R6与其输出端连接，通过反向放大器U2将操舵信号转换为电压信号；
电压信号从反向放大器U2输出端输出，通过电阻R7分别输入至反向放大器U3A的同相输入端和反向放大器U3B反相输入端，反向放大器U3A反相输入端分别连接有电阻R8、电阻R9和电容C6，电阻R8和电容C6接地，反向放大器U3A将电压信号转换为电平信号通过电阻R10输出至信号转换电路输出端OUT1，输出端接入接地的电容C7；反向放大器U3B同相输入端分别连接有电阻R11和电阻R12，电阻R12连接有电容C6，电阻R12和电容C8接地，通过反向放大器U3B将电压信号转换为电平信号通过电阻R13输出至信号转换电路输出端OUT2，输出端接入接地的电容C9，输出端OUT1和输出端OUT2将电平信号输出至电路逻辑换向模块，当电平信号为高电平时，比较器输出为“1”，当电平信号为低电平时，比较器输出为“0”。
表1操舵信号的电压值和窗口比较器输出的对应关系表
| 输入端 | 比较器输出OUT1 | 比较器输出OUT2 | 操舵信号 |
| 3.5V～5V | 0 | 1 | 正转 |
| -2V～2V | 1 | 1 | 停止 |
| -5V～-3.5V | 1 | 0 | 反转 |
当输入端的操舵信号的电压值在[3.5V，5V]时，电机逻辑换向模块根据表1对应输出的操舵信号控制舵电机正向转动，当输入端的操舵信号的电压值在[-2V，2V]时，电机逻辑换向模块根据表1对应输出的操舵信号控制舵电机停止转动，当输入端的操舵信号的电压值在[-5V，-3.5V]时，电机逻辑换向模块根据表1对应输出的操舵信号控制舵电机反向转动。
霍尔信号转换模块采用型号为TLP117的光耦隔离器，光耦隔离器隔离输入端和输出端的信号，霍尔信号经过光耦隔离器进行滤波，将干扰的信号剔除，起到抗干扰的作用。
为了防止舵机中电流过载影响舵机正常过载，因此电机驱动模块连接有用于检测舵电机绕组的电流是否超过限定值的电流检测模块，电流检测模块为电流检测器，电流检测器将检测电流信号传输至电机逻辑换向模块，电机逻辑换向模块根据检测电流信号来控制舵电机的启停。
CPLD还连接有储存模块，储存模块采用Winbond公司的W25Q64FVSSI的Flash芯片，Flash芯片用于记录鱼雷的上舵机、横舵机及下舵机的数据参数，通过舵机的数据参数为产品故障排查、故障定位和归零工作提供可靠参数。
限位开关设置在舵机组件上，当限位开关闭合向电机逻辑换向模块发送限位开关信号，电机逻辑换向模块控制舵电机停止工作，限位开关用于控制舵机最大偏转角度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种基于CPLD控制的鱼雷舵机驱动系统，包括上位机及舵电机，其特征在于：还包括CPLD和驱动电机模块，所述的CPLD包括电机逻辑换向模块和PWM信号发生模块，所述上位机向电机逻辑换向模块和PWM信号发生模块发送控制信号，所述电机逻辑换向模块与驱动电机模块连接，所述驱动电机模块与舵电机连接，所述的舵电机还连接有霍尔传感器；
所述上位机通过操舵信号转换模块将操舵信号发送至电机逻辑换向模块；
所述上位机将调速码信号发送至PWM信号发生模块，所述的PWM信号发生模块将调速码信号转换为PWM信号输出至电机逻辑换向模块；
所述的霍尔传感器通过霍尔信号转换模块将霍尔信号反馈到电机逻辑换向模块；
所述电机逻辑换向模块根据接受的操舵信号、PWM信号并结合霍尔信号，由程序逻辑生成电机驱动信号并输出至驱动电机模块；
电机驱动信号通过驱动电机模块放大处理后驱动舵电机工作。
2.根据权利要求1所述的一种基于CPLD控制的鱼雷舵机驱动系统，其特征在于：所述的操舵信号转换模块包括反向放大器U3A、电压跟随器U3B、反向放大器U4A和反向放大器U4B，操舵信号从所述电压跟随器U3B的输出端输出至反向放大器U3A的反相输入端，通过反向放大器U3A将操舵信号转换为电压信号，电压信号从所述反向放大器U3A的输出端分别输出至反向放大器U4A的同相输入端和反向放大器U4B的反相输入端，通过反向放大器U4A和反向放大器U4B将电压信号转换为电平信号发送到电机逻辑换向模块。
3.根据权利要求1所述的一种基于CPLD控制的鱼雷舵机驱动系统，其特征在于：所述的霍尔信号转换模块为光耦隔离器。
4.根据权利要求1所述的一种基于CPLD控制的鱼雷舵机驱动系统，其特征在于：所述驱动电机模块连接有用于检测舵电机绕组的电流是否过载的电流检测模块，所述电流检测模块为电流检测器，所述电流检测器将检测电流信号传输至电机逻辑换向模块，所述电机逻辑换向模块根据检测电流信号来控制舵电机的启停。
5.根据权利要求1所述的一种基于CPLD控制的鱼雷舵机驱动系统，其特征在于：所述的CPLD还连接有储存模块，所述的储存模块用于记录鱼雷的上舵机、横舵机及下舵机的数据参数。
6.根据权利要求1所述的一种基于CPLD控制的鱼雷舵机驱动系统，其特征在于：所述上位机向电机逻辑换向模块发送操雷信号。
7.根据权利要求1所述的一种基于CPLD控制的鱼雷舵机驱动系统，其特征在于：在所述舵电机上设有限位开关，所述限位开关闭合向电机逻辑换向模块发送限位开关信号。
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