CN113114141B - 电动舵机动力电供电电压补偿方法、装置及设备 - Google Patents

Abstract

本申请揭示了一种电动舵机动力电供电电压补偿方法、装置及设备，该方法包括获取动力电额定电压U_e的第一调制信号u_ce；采集所述动力电的电压U；根据采集的所述动力的电压U，计算得到动力电电压补偿系数K_U；根据所述第一调制信号U_e以及所述动力电电压补偿系数K_U，计算得到所述动力电的第二调制信号u_cp；将所述第二调制信号u_cp发送给驱动器，以触发所述驱动器对所述第二调制信号u_cp进行逻辑变换得到功率放大信号，所述功率放大信号用于驱动执行机构跟踪舵控指令。本申请通过对电动舵机动力电电压进行采集，根据动力电电压的变化实时调节调制信号，实现对不同动力电电压下舵机性能的下降进行补偿。

Description

电动舵机动力电供电电压补偿方法、装置及设备

技术领域

本发明属于机械设计技术领域，涉及一种电动舵机动力电供电电压补偿方法、装置及设备。

背景技术

电动舵机一般由控制器、驱动器和执行机构组成，控制器接收外部设备发送来的角度控制指令，结合执行机构发来的舵偏角反馈信息，计算产生调制信号，通过驱动器功率放大后驱动执行机构带动舵面偏转，实现对角度控制指令的实时跟踪。

一般电动舵机在工作过程中，需要外部提供两个电源，分为控制电和动力电，控制电为控制器以及驱动器逻辑电路部分供电，动力电为驱动器桥式电路供电，作为舵机转动的动力源，动力电的幅值大小与信号品质直接决定了电动舵机性能的优劣。在导弹武器领域，动力电一般由弹上热电池提供，近年导弹在朝着长航时、小体积、大机动的方向发展，这就要求热电池体积小、电容量大，为了在有限的体积下提高热电池容量，需要把初始电压提高，随着电量的消耗，热电池输出电压逐渐下降，在飞行结束时刻任然要保证热电池具有相当幅值的输出电压，这就使得电动舵机动力电供电范围为额定电压的±20％以上，会严重影响舵机的工作性能，在动力电电压高于额定电压时，舵机动态特性增强，舵机控制系统容易不稳定，动力电电压低于额定电压时，舵机动态特性下降，无法达到导弹控制系统的要求，严重时会使导弹飞行失败。

目前，通常通过提高舵机的稳定裕度的方式，来应对动力电电压高于额定电压，舵机控制系统容易不稳定的问题，同时通过增加舵机动态特性的裕量，来应对动力电电压低于额定电压，舵机动态特性下降的问题，但是这两种方法本身就是矛盾的，稳定裕度的提升必然要牺牲动态特性，动态特性的提升又要牺牲稳定裕度，工程人员只能通过大量的调试在二者之间寻找一个平衡点，这就大大增加了研制的难度，阻碍研发效率的提升，无法适应导弹技术发展的需要。

发明内容

为了解决相关技术的问题，本申请提供了一种电动舵机动力电供电电压补偿方法、装置及设备，技术方案如下：

第一方面，本申请提供了一种电动舵机动力电供电电压补偿方法，所述方法包括：

获取动力电额定电压U_e的第一调制信号u_ce；

采集所述动力电的电压U；

根据采集的所述动力的电压U，计算得到动力电电压补偿系数K_U；

根据所述第一调制信号u_ce以及所述动力电电压补偿系数K_U，计算得到所述动力电的第二调制信号u_cp；

将所述第二调制信号u_cp发送给驱动器，以触发所述驱动器对所述第二调制信号u_cp进行逻辑变换得到功率放大信号，所述功率放大信号用于驱动执行机构跟踪舵控指令。

可选的，所述获取动力电额定电压U_e的第一调制信号u_ce，包括：

根据接收到的舵机控制指令以及所述执行机构输出的舵反馈，计算得到所述驱动器施加所述动力电的额定电压U_e时的第一调制信号u_ce。

可选的，所述动力电额定电压U_e小于预定电压，所述动力电电压补偿系数K_U为：

可选的，所述动力电额定电压U_e大于预定电压，所述动力电电压补偿系数K_U为：

其中，U_a＝(∑U)/n，n根据所述电动舵机运行时的瞬态尖峰、反电动势大小与持续时间长短来设定。

可选的，所述动力电额定电压U_e大于预定电压，所述根据采集的所述动力的电压U，计算得到动力电电压补偿系数K_U，包括：

计算采集到的所述动力电的电压U与所述动力电额定电压U_e的比值U/U_e；

将所述比值U/U_e所在的范围区间对应的计数器加1，将其余范围区间的计数器清零；

当范围区间的计数器达到预定数值时，将各个范围区间的计数器清零，将达到所述预定数值的计数器对应的范围区间的相应系数确定为所述动力电电压补偿系数K_U。

可选的，所述范围区间包括：第一范围区间U/U_e≤0.8、第二范围区间0.8＜U/U_e≤0.9、第三范围区间0.9＜U/U_e≤1.1、第四范围区间1.1＜U/U_e≤1.2和第五范围区间U/U_e＞1.2，

所述第一范围区间的相应系数为0.8，所述第二范围区间的相应系数为0.9，所述第三范围区间的相应系数为1.0，所述第四范围区间的相应系数为1.1，所述第五范围区间的相应系数为1.2；

所述预定数值根据所述电动舵机运行时的瞬态尖峰、反电动势大小与持续时间长短来设定。

可选的，所述根据所述第一调制信号u_ce以及所述动力电电压补偿系数K_U，计算得到所述动力电的第二调制信号u_cp，包括：

将所述第一调制信号u_ce与所述动力电电压补偿系数K_U相乘，得到所述动力电的第二调制信号u_cp。

第二方面，本申请还提供了一种电动舵机动力电供电电压补偿装置，所述装置包括：

控制量运算模块，被配置为获取动力电额定电压U_e的第一调制信号u_ce；

动力电采集模块，被配置为采集所述动力电的电压U；

动力电分析模块，被配置为根据采集的所述动力的电压U，计算得到动力电电压补偿系数K_U；

所述控制量运算模块，还被配置为根据所述第一调制信号U_e以及所述动力电电压补偿系数K_U，计算得到所述动力电的第二调制信号u_cp；

调制信号发送模块，被配置为将所述第二调制信号u_cp发送给驱动器，以触发所述驱动器对所述第二调制信号u_cp进行逻辑变换得到功率放大信号，所述功率放大信号用于驱动执行机构跟踪舵控指令。

第三方面，本申请还提供了一种电动舵机动力电供电电压补偿设备，所述设备包括控制器、驱动器和执行机构，其中：

所述控制器被配置为获取动力电额定电压U_e的第一调制信号u_ce，采集所述动力电的电压U，根据采集的所述动力的电压U，计算得到动力电电压补偿系数K_U，根据所述第一调制信号U_e以及所述动力电电压补偿系数K_U，计算得到所述动力电的第二调制信号u_cp，将所述第二调制信号u_cp发送给驱动器；

所述驱动器被配置为对所述第二调制信号u_cp进行逻辑变换得到功率放大信号，将所述功率放大信号发送给所述执行机构；

所述执行机构被配置为根据所述功率放大信号跟踪舵控指令。

基于上述技术方案，本申请至少可以实现如下有益效果：

对电动舵机动力电电压进行采集，根据动力电电压的变化实时调节调制信号，实现对不同动力电电压下舵机性能的下降进行补偿。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是本申请一个实施例中提供的电动舵机动力电供电电压补偿设备的结构示意图；

图2是本申请一个实施例中提供的电动舵机动力电供电电压补偿方法的流程图；

图3是本申请一个实施例中提供的小功率电动舵机动力电电压补偿系数的计算方法的流程图；

图4是本申请一个实施例中提供的大功率电动舵机动力电电压补偿系数的计算方法的流程图；

图5是本申请另一个实施例中提供的大功率电动舵机动力电电压补偿系数的计算方法的流程图；

图6是本申请一个实施例中提供的某大功率电动舵机运行过程中动力电电压波动测试图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

图1是本申请一个实施例中提供的电动舵机动力电供电电压补偿设备的结构示意图，本申请提供的电动舵机动力电供电电压补偿设备可以包括控制器10、驱动器20和执行机构30。

其中，控制器10可以包括控制量运算模块11、动力电采集模块12和动力电分析模块13。

控制器10、驱动器20和执行机构30，以及控制器10中的控制量运算模块11、动力电采集模块12和动力电分析模块13所执行的对应操作可以结合下面图2至图5所示的方法步骤进行解释说明。

图2是本申请一个实施例中提供的电动舵机动力电供电电压补偿方法的流程图，本申请提供的电动舵机动力电供电电压补偿方法可以包括如下步骤：

步骤201，获取动力电额定电压U_e的第一调制信号u_ce；

在实际应用中，控制器10可以获取动力电额定电压U_e的调制信号，为了便于理解，这里将动力电额定电压U_e的调制信号记为第一调制信号u_ce；具体的，控制器10中的控制量运算模块11可以用于获取动力电额定电压U_e的第一调制信号u_ce。

可选的，控制器10可以根据接收到的舵机控制指令以及执行机构30输出的舵反馈，计算得到驱动器20施加动力电的额定电压U_e时的第一调制信号u_ce。

步骤202，采集动力电的电压U；

采集动力电的电压U时可以通过控制器10来实现，具体的，控制器10中的动力电采集模块12可以用于采集动力电的电压U，将采集到的动力电的电压U发送给动力电分析模块13。

在实际应用中，为了可以对电机机动力电供电电压进行实时补偿，控制器10可以实时采集动力电的电压U，或者每隔预定时间间隔采集动力电的电压U。

步骤203，根据采集的动力的电压U，计算得到动力电电压补偿系数K_U；

控制器10根据采集的动力的电压U后可以计算得到动力电电压补偿系数K_U。具体的，控制器10中的动力电分析模块13可以用于实现根据采集的动力的电压U计算得到动力电电压补偿系数K_U的步骤。

在实际应用中，动力电额定电压可以分为小功率动力电，和大功率动力电。

当动力电额定电压为小功率动力电时，即，动力电额定电压U_e小于预定电压，如图3所示，其是本申请一个实施例中提供的小功率电动舵机动力电电压补偿系数的计算方法的流程图，动力电分析模块13在根据采集的动力电的电压U计算得到动力电电压补偿系数K_U时，包括如下步骤：

步骤S11，计算采集到的动力电的电压U与动力电额定电压U_e的比值U/U_e；

步骤S12，判断U/U_e是否小于或等于0.8；

步骤S13，若U/U_e小于或等于0.8，则将K_U确定为0.8；

步骤S14，若U/U_e大于0.8，则判断U/U_e是否大于1.2,；

步骤S15，若U/U_e大于1.2，则将K_U确定为1.2；

步骤S16，若U/U_e不大于1.2，则将K_U确定为U/U_e。

动力电分析模块13在计算出K_U后，会将计算出的K_U发送给控制量运算模块11。

也就是说，当动力电额定定电压U_e小于预定电压，动力电电压补偿系数K_U为：

当动力电额定电压为大功率动力电时，即，动力电额定电压U_e大于预定电压，在根据采集的动力电的电压U计算得到动力电电压补偿系数K_U时，可以包括如下两种方式：

第一种方式，如图4所示，其是本申请一个实施例中提供的大功率电动舵机动力电电压补偿系数的计算方法的流程图，动力电分析模块13在根据采集的动力电的电压U计算得到动力电电压补偿系数K_U时，包括如下步骤：

步骤S21，计算当前时刻前n个采集周期内的动力电电压平均值U_a；

步骤S22，计算动力电电压平均值U_a与动力电额定电压U_e的比值U_a/U_e；

步骤S23，判断U_a/U_e是否小于或等于0.8；

步骤S24，若U_a/U_e小于或等于0.8，则将K_U确定为0.8；

步骤S25，若U_a/U_e大于0.8，则判断U_a/U_e是否大于1.2；

步骤S26，若U_a/U_e大于1.2，则将K_U确定为1.2；

步骤S27，若U_a/U_e不大于1.2，则将K_U确定为U_a/U_e。

动力电分析模块13在计算出K_U后，会将计算出的K_U发送给控制量运算模块11。

也就是说，当动力电额定定电压U_e大于预定电压，在第一种可能的实现方式中，动力电电压补偿系数K_U为：

其中，U_a＝(∑U)/n，n根据电动舵机运行时的瞬态尖峰、反电动势大小与持续时间长短来设定。

第二种方式，动力电分析模块13在根据采集的动力电的电压U计算得到动力电电压补偿系数K_U时，首先，计算采集到的动力电的电压U与动力电额定电压U_e的比值U/U_e，然后，将比值U/U_e所在的范围区间对应的计数器加1，将其余范围区间的计数器清零；当范围区间的计数器达到预定数值时，将各个范围区间的计数器清零，将达到预定数值的计数器对应的范围区间的相应系数确定为动力电电压补偿系数K_U。

这里所讲的范围区间可以包括：第一范围区间U/U_e≤0.8、第二范围区间0.8＜U/U_e≤0.9、第三范围区间0.9＜U/U_e≤1.1、第四范围区间1.1＜U/U_e≤1.2和第五范围区间U/U_e＞1.2，第一范围区间的相应系数为0.8，第二范围区间的相应系数为0.9，第三范围区间的相应系数为1.0，第四范围区间的相应系数为1.1，第五范围区间的相应系数为1.2；预定数值根据电动舵机运行时的瞬态尖峰、反电动势大小与持续时间长短来设定。

为了便于理解，下面结合图5进行解释说明。图5是本申请另一个实施例中提供的大功率电动舵机动力电电压补偿系数的计算方法的流程图，包括如下步骤：

步骤S31，计算采集到的动力电的电压U与动力电额定电压U_e的比值U/U_e；

步骤S321，判断U/U_e是否小于或等于0.8；

步骤S322，若U/U_e小于或等于0.8，则计数器count_0.8累加1，其他计数器清零；

步骤S323，判断count_0.8是否大于或等于m；

步骤S324，若count_0.8大于或等于m，则计数器清零，将K_U确定为0.8；

步骤S331，若U/U_e大于0.8，判断U/U_e是否小于或等于0.9；

步骤S332，若U/U_e是否小于或等于0.9，则计数器count_0.9累加1，其他计数器清零；

步骤S333，判断count_0.9是否大于或等于m；

步骤S334，若count_0.9大于或等于m，则计数器清零，将K_U确定为0.9；

步骤S341，若U/U_e大于0.9，则判断U/U_e是否大于1.1且小于或等于1.2；

步骤S342，若U/U_e大于1.1且小于或等于1.2，则计数器count_1.1累加1，其他计数器清零；

步骤S343，判断count_1.1是否大于或等于m；

步骤S344，若count_1.1大于或等于m，则计数器清零，将K_U确定为1.1；

步骤S351，若U/U_e不大于1.1或大于1.2，则判断U/U_e是否大于1.2；

步骤S352，若U/U_e大于1.2，则计数器count_1.2累加1，其他计数器清零；

步骤S353，判断count_1.2是否大于或等于m；

步骤S354，若count_1.2大于或等于m，则计数器清零，将K_U确定为1.2；

步骤S361，若U/U_e不大于1.1，则计数器count_1.0累加1，其他计数器清零；

步骤S362，判断count_1.0是否大于或等于m；

步骤S363，若count_1.0大于或等于m，则计数器清零，将K_U确定为1.0。

在动力电分析模块13在计算出K_U后，会将计算出的K_U发送给控制量运算模块11。

步骤204，根据第一调制信号u_ce以及动力电电压补偿系数K_U，计算得到动力电的第二调制信号u_cp；

控制器10根据第一调制信号u_ce以及动力电电压补偿系数K_U，计算得到动力电的第二调制信号u_cp，比如，将第一调制信号u_ce与动力电电压补偿系数K_U相乘，得到动力电的第二调制信号u_cp，即u_cp＝K_Uu_ce。

具体的，控制器10中的控制量运算模块11用于根据第一调制信号u_ce以及动力电电压补偿系数K_U，计算得到动力电的第二调制信号u_cp，并将第二调制信号u_cp发送给驱动器20,。

步骤205，将第二调制信号u_cp发送给驱动器，以触发驱动器对第二调制信号u_cp进行逻辑变换得到功率放大信号，功率放大信号用于驱动执行机构跟踪舵控指令。

控制器10将第二调制信号u_cp发送给驱动器20后，驱动器20对第二调制信号u_cp进行逻辑变换得到功率放大信号u_p，驱动执行机构30运行，驱动器20将功率放大信号u_p发送给执行机构30，驱动执行机构30跟踪舵机控制指令。

图6是本申请一个实施例中提供的某大功率电动舵机运行过程中动力电电压波动测试图，从图6中可以看出，对电动舵机动力电电压进行采集，根据动力电电压的变化实时调节调制信号，消除因动力电电压供电范围大而产生舵机性能的下降的影响，可以有效克服现有电动舵机动力电供电电压适应性弱、调试难度大、研发效率低的问题。

综上所述，本申请提供的电动舵机动力电供电电压补偿方法，通过对电动舵机动力电电压进行采集，根据动力电电压的变化实时调节调制信号，实现对不同动力电电压下舵机性能的下降进行补偿。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由本申请的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (7)

1.一种电动舵机动力电供电电压补偿方法，其特征在于，所述方法包括：

获取动力电额定电压U_e的第一调制信号u_ce；

采集所述动力电的电压U；

根据采集的所述动力电的电压U，计算得到动力电电压补偿系数K_U；所述动力电额定电压U_e大于预定电压，所述动力电电压补偿系数K_U为：

其中，U_a＝(∑U)/n，n根据所述电动舵机运行时的瞬态尖峰、反电动势大小与持续时间长短来设定；

根据所述第一调制信号u_ce以及所述动力电电压补偿系数K_U，计算得到所述动力电的第二调制信号u_cp；所述根据所述第一调制信号u_ce以及所述动力电电压补偿系数K_U，计算得到所述动力电的第二调制信号u_cp，包括：

将所述第一调制信号u_ce与所述动力电电压补偿系数K_U相乘，得到所述动力电的第二调制信号u_cp；

将所述第二调制信号u_cp发送给驱动器，以触发所述驱动器对所述第二调制信号u_cp进行逻辑变换得到功率放大信号，所述功率放大信号用于驱动执行机构跟踪舵控指令。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取动力电额定电压U_e的第一调制信号u_ce，包括：

根据接收到的舵机控制指令以及所述执行机构输出的舵反馈，计算得到所述驱动器施加所述动力电的额定电压U_e时的第一调制信号u_ce。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述动力电额定电压U_e小于预定电压，所述动力电电压补偿系数K_U为：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述动力电额定电压U_e大于预定电压，所述根据采集的所述动力电的电压U，计算得到动力电电压补偿系数K_U，包括：

计算采集到的所述动力电的电压U与所述动力电额定电压U_e的比值U/U_e；

将所述比值U/U_e所在的范围区间对应的计数器加1，将其余范围区间的计数器清零；

当范围区间的计数器达到预定数值时，将各个范围区间的计数器清零，将达到所述预定数值的计数器对应的范围区间的相应系数确定为所述动力电电压补偿系数K_U。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述范围区间包括：第一范围区间U/U_e≤0.8、第二范围区间0.8＜U/U_e≤0.9、第三范围区间0.9＜U/U_e≤1.1、第四范围区间1.1＜U/U_e≤1.2和第五范围区间U/U_e＞1.2，

所述第一范围区间的相应系数为0.8，所述第二范围区间的相应系数为0.9，所述第三范围区间的相应系数为1.0，所述第四范围区间的相应系数为1.1，所述第五范围区间的相应系数为1.2；

所述预定数值根据所述电动舵机运行时的瞬态尖峰、反电动势大小与持续时间长短来设定。

6.一种电动舵机动力电供电电压补偿装置，其特征在于，所述装置包括：

控制量运算模块，被配置为获取动力电额定电压U_e的第一调制信号u_ce；

动力电采集模块，被配置为采集所述动力电的电压U；

动力电分析模块，被配置为根据采集的所述动力电的电压U，计算得到动力电电压补偿系数K_U；所述动力电额定电压U_e大于预定电压，所述动力电电压补偿系数K_U为：

其中，U_a＝(∑U)/n，n根据所述电动舵机运行时的瞬态尖峰、反电动势大小与持续时间长短来设定；

所述控制量运算模块，还被配置为根据所述第一调制信号u_ce以及所述动力电电压补偿系数K_U，计算得到所述动力电的第二调制信号u_cp；根据所述第一调制信号u_ce以及所述动力电电压补偿系数K_U，计算得到所述动力电的第二调制信号u_cp，包括：

将所述第一调制信号u_ce与所述动力电电压补偿系数K_U相乘，得到所述动力电的第二调制信号u_cp；

调制信号发送模块，被配置为将所述第二调制信号u_cp发送给驱动器，以触发所述驱动器对所述第二调制信号u_cp进行逻辑变换得到功率放大信号，所述功率放大信号用于驱动执行机构跟踪舵控指令。

7.一种电动舵机动力电供电电压补偿设备，其特征在于，所述设备包括控制器、驱动器和执行机构，其中：

所述控制器被配置为获取动力电额定电压U_e的第一调制信号u_ce，采集所述动力电的电压U，根据采集的所述动力电的电压U，计算得到动力电电压补偿系数K_U，根据所述第一调制信号u_ce以及所述动力电电压补偿系数K_U，计算得到所述动力电的第二调制信号u_cp，将所述第二调制信号u_cp发送给驱动器；所述动力电额定电压U_e大于预定电压，所述动力电电压补偿系数K_U为：

其中，U_a＝(∑U)/n，n根据所述电动舵机运行时的瞬态尖峰、反电动势大小与持续时间长短来设定；根据所述第一调制信号u_ce以及所述动力电电压补偿系数K_U，计算得到所述动力电的第二调制信号u_cp，包括：

将所述第一调制信号u_ce与所述动力电电压补偿系数K_U相乘，得到所述动力电的第二调制信号u_cp；

所述驱动器被配置为对所述第二调制信号u_cp进行逻辑变换得到功率放大信号，将所述功率放大信号发送给所述执行机构；

所述执行机构被配置为根据所述功率放大信号跟踪舵控指令。