CN204270190U - 一种舵系统指令电流的控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种舵系统指令电流的控制电路，包括指令电流转换装置，连接在所述指令电流转换装置的输入端的指令信号输入装置，连接在所述指令电流转换装置的输入端的反馈信号输入装置，输入端与所述指令电流转换装置的输出端连接的指令电流采样装置，以及与所述指令电流采样装置的输出端连接的采样电流放大装置。本实用新型将舵系统指令电流控制电路尺寸降低，同时对出现偶然的大偏差信号时将输出给舵机的电流限制在允许的范围内，起到保护舵机的作用，由此解决舵机控制零漂和由于大电流导致的舵机工作异常的问题。

Description

一种舵系统指令电流的控制电路

技术领域

本实用新型属于舵机控制技术领域，更具体地，涉及一种舵系统指令电流的控制电路。

背景技术

电液舵机作为制导武器飞行控制系统的执行机构，具有多指标、多层次、多关联以及动态等特点。电液舵机装置以电动机带动油泵，利用高压油泵产生的推力推动操舵机构。它具有工作平稳，结构紧凑，重量轻，体积小，控制容易，易于实现自动化，零件寿命长，推舵力矩范围广等多种优点。

它有供电电源和指令控制接口，指令控制主要控制舵机的转速。目前的舵系统指令电流控制电路大都是由晶体管或运算放大器等分立元件组成。对于小型化的要求，应尽可能采用集成电路来降低重量和尺寸，同时提高可靠性，降低系统成本。

舵系统控制中要求舵机的指令电流控制电路具有足够的输出功率，且输出特性应具有饱和(限幅)特性，以便在出现偶然的大偏差信号时将输出给舵机的电流限制在允许的范围内，起到保护舵机的作用。要求控制电路具有较小的零漂和噪声。与舵机的线圈匹配良好。要求输入阻抗低，输出阻抗高。具有良好的频率特性。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种舵系统指令电流的控制电路，其目的在于将舵系统指令电流控制电路尺寸降低，同时对出现偶然的大偏差信号时将输出给舵机的电流限制在允许的范围 内，起到保护舵机的作用，由此解决舵机控制电路零漂大和由于大电流导致的舵机工作异常的技术问题。

本实用新型提供了一种舵系统指令电流的控制电路，包括指令电流转换装置，连接在所述指令电流转换装置的输入端的指令信号输入装置，连接在所述指令电流转换装置的输入端的反馈信号输入装置，输入端与所述指令电流转换装置的输出端连接的指令电流采样装置，以及与所述指令电流采样装置的输出端连接的采样电流放大装置。

更进一步地，所述指令信号输入装置包括第一开关S1、第二开关S3、第一电阻R1和第二电阻R3；所述第一电阻R1的一端通过所述第一开关S1连接至舵机补偿输出电压，所述第二电阻R3的一端通过所述第二开关S3连接至舵机指令输出电压，所涉第一电阻R1的另一端和所述第二电阻R3的另一端与所述指令电流转换装置的输入端连接。

更进一步地，所述反馈信号输入装置包括第三电阻R2、第四电阻R4、第三开关S2和第四开关S4；所述第三电阻R2的一端通过所述第三开关S2连接至第一舵机反馈信号，所述第四电阻R4的一端通过所述第四开关S4连接至第二舵机反馈信号，所述第三电阻R2的另一端和所述第四电阻R4的另一端与所述指令电流转换装置的输入端连接。

更进一步地，所述指令电流转换装置包括：第一二极管V1、第二二极管V2、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R8、第一放大器N5和电容C1；所述第一放大器N5的正相输入端(6引脚)通过所述第七电阻R8接地，所述第一二极管V1的阴极连接至所述第一放大器N5的正相输入端，所述第一二极管V1的阳极连接至所述第一放大器N5的反向输入端(5引脚)，所述第二二极管V2的阳极连接至所述第一放大器N5的反向输入端，所述第二二极管V2的阴极连接至所述第一放大器N5的正相输入端，所述电容C1连接在所述第一放大器N5的输出端(11引脚)与第一放大器N5的补偿端COMP(2引脚)之间，第一放大器N5的输出端连接至舵机指令 信号I+，舵机指令信号I+为输入到舵机线圈中的指令信号。所述电阻R5连接在第一放大器N5的电流补偿正端Isc+(1引脚)与第一放大器N5的电源正端V+(12引脚)之间，所述电阻R6连接在所述电流补偿负端Isc-(9引脚)与第一放大器N5的电源负端V-(10引脚)之间。

更进一步地，指令电流采样装置包括依次串联连接在所述指令电流转换装置的输出端与地之间的第八电阻R7和第九电阻R9。

更进一步地，所述采样电流放大装置包括：第十电阻R10、第十一电阻R11和第二放大器N3；所述第二放大器N3的正输入端(3引脚)接收舵机指令信号I-，其中舵机指令信号I-为从舵机线圈中输出的指令信号，所述第二放大器N3的负输入端(2引脚)接地，所述第十电阻R10连接在所述第二放大器N3的第一补偿端Rg1(1引脚)与第二放大器N3的第二补偿端Rg2(8引脚)之间，所述第十一电阻R11的一端连接至所述第二放大器N3的输出端(6引脚)，所述第十一电阻R11的另一端用于输出舵机1指令电流自检信号。

本实用新型由于电路结构简单、零漂小、指令输出电流精度高、电路稳定性好，降低了控制电路成本；缩小了控制电路体积；提高了舵机运行平稳性。

附图说明

图1为本实用新型提供的舵系统指令电流控制电路的结构框图。

图2为本实用新型提供的舵系统指令电流控制电路的原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

舵机指令主要包括指令电流和补偿电流，补偿电流主要用于当指令电流为零时，如果舵机发生偏转，施加的不让舵机偏转的电流。指令电流和补偿电流可以通过任何能够输出模拟量的设备输出。舵机有两路反馈信号，两路反馈信号与指令电流和补偿电流共同作为舵机的指令，舵机的两路反馈信号能够转化为舵机的偏转角度。最大优势在于电路结构简单，只需要一个功率运算放大芯片FX0041和一个仪表放大芯片AD620，外加几个电阻就可以实现整个电路，输出的指令电流精度高、稳定性好。

本实用新型通过FX0041和AD620，实现舵机指令的控制，改变以往复杂的电路设计，硬件电路接口简单，减少了硬件投入成本。

本实用新型涉及到指令信号输入装置1、反馈信号输入装置2、指令电流转换装置3、指令电流采样装置4和采样电流放大装置5。

通过FX0041和AD620，实现舵机指令的控制。

本实用新型提供一种舵机指令控制电路，舵机指令主要包括指令电流和补偿电流，补偿电流主要用于当指令电流为零时，如果舵机发生偏转，施加的不让舵机偏转的电流。指令电流和补偿电流可以通过任何能够输出模拟量的设备输出。舵机有两路反馈信号，两路反馈信号与指令电流和补偿电流共同做为舵机的指令，舵机的两路反馈信号能够转化为舵机的偏转角度。最大优势在于电路结构简单，只需要一个功率运算放大芯片FX0041和一个仪表放大芯片AD620，外加几个电阻就可以实现整个电路，输出的指令电流精度高、稳定性好。

下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。

舵机指令电流控制电路组成框图见附图1所示，主要由指令信号输入装置、反馈信号输入装置、指令电流转换装置、指令电流采样装置和采样电流放大装置组成，舵机指令电流控制电路主要功能是将控制计算机输出的电压控制信号转换为对应的指令电流信号并进行采样。

指令信号输入装置和反馈信号输入装置主要由相应电阻组成；指 令电流转换装置主要由功率运算放大芯片FX0041构成，主要将控制计算机发出的指令电压信号等比例转换为对应的指令电流信号；指令电流采样装置主要由相应高精度电阻组成，电流流过电阻将对应的电流信号转换为电压信号；采样电流放大装置主要由AD620构成，将采集的指令小信号进行放大供控制计算机进行处理。舵机指令电流控制电路见图2所示。

舵机指令电流控制电路由FX0041、AD620、开关、二极管以及相应外围器件构成，如图2所示，开关S1、电阻R1、电阻R2、开关S2串联连接，其中S1左侧与控制计算机补偿电压输出端相连，开关S2右侧与舵机反馈信号1相连；开关S3、电阻R3、电阻R4、开关S4串联连接，其中S3左侧与控制计算机指令电压输出端相连，开关S4右侧与舵机反馈信号2相连；电阻R1和电阻R2的连接点处与电阻R3和电阻R4的连接点处相连，并连接到第一放大器N5的5引脚处；第一放大器N5的6引脚通过电阻R8接地；第一放大器N5的5引脚与V1的负端和V2的正端相连，第一放大器N5的6引脚与V1的正端和V2的负端相连；第一放大器N5的1和12引脚之间连接一个电阻，N5的12引脚与+15V电源相连；第一放大器N5的9和10引脚之间连接一个电阻，第一放大器N5的10引脚与-15V电源相连；第一放大器N5的2和11引脚之间连接电容C1，第一放大器N5的11引脚作为指令电流输出端；第一放大器N5的3引脚接地；N3的1和8引脚之间跨接电阻R10；N3的7引脚接到+15V电源，N3的4引脚接到-15V电源；N3的6引脚连接到R11的左侧，R11的右侧做为指令电流采样输出端；N3的5引脚接地；电阻R7与R9串联，电阻R7的左侧连接至第一放大器N5的5引脚处，电阻R9右侧接地；第二放大器N3的2引脚接地；第二放大器N3的3引脚连接至电阻R7与电阻R9连接点处；电阻R7与电阻R9连接点处作为舵机指令信号输出端。

控制计算机输出的电压控制信号分补偿和指令两类，控制计算机可以是任何能够输出模拟量的设备，其中指令信号受舵机限动点信号管制。为 了保护舵机伺服线圈过流而烧坏，指令电流输出设计通过二极管V1、V2具有限幅特性，以便在出现偶然的大偏差信号时，将输出给舵机伺服线圈的电流限制在允许的范围内。

流过舵机线圈的指令控制电流I与U_k、U_b、UF1、UF2的关系如公式1所示： $I=(\frac{R7}{R8}+1)\×(\frac{U_k}{R2}+\frac{U_b}{R1}+\frac{\mathrm{UF}1}{R5}+\frac{\mathrm{UF}2}{R6})....\left(1\right)$

其中U_k为指令电压，U_b为补偿电压，UF1为反馈电压1，UF2为反馈电压2。

由于产品处于开环控制方式，UF1、UF2未引入闭环，只与控制指令电压Uk、补偿电压Ub有关，此时电流I如公式2所示：

$I=(\frac{R7}{R8}+1)\×(\frac{U_k}{R2}+\frac{U_b}{R1}).....\left(2\right)$

如果在实际测试中需要将控制电流I控制在±30mA以内，指令电压U_k控制在±10V以内，可以选R7＝1KΩ，R8＝10Ω，R2＝33KΩ，R1＝100KΩ，则控制电流与指令电压和补偿电压的关系如公式3所示：I＝3.06U_k+1.01U_b(mA).....(3)。

指令控制电流的自检电路主要是对控制电路输出的指令电流信号进行实时测试，对电流负反馈电路中的反馈电阻R9两端电压进行采样，就可以得到控制电路输出到舵机的指令电流的大小。该信号经过仪表放大芯片AD620进行放大后接入到控制计算机的模拟输入端，控制计算机的模拟输入端可以是任何能够采集模拟量的设备。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种舵系统指令电流的控制电路，其特征在于，包括指令电流转换装置(3)，连接在所述指令电流转换装置的输入端的指令信号输入装置(1)，连接在所述指令电流转换装置的输入端的反馈信号输入装置(2)，输入端与所述指令电流转换装置(3)的输出端连接的指令电流采样装置(4)，以及与所述指令电流采样装置(4)的输出端连接的采样电流放大装置(5)。

2.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述指令信号输入装置(1)包括第一开关S1、第二开关S3、第一电阻R1和第二电阻R3；

所述第一电阻R1的一端通过所述第一开关S1连接至舵机补偿输出电压，所述第二电阻R3的一端通过所述第二开关S3连接至舵机指令输出电压，所涉第一电阻R1的另一端和所述第二电阻R3的另一端与所述指令电流转换装置(3)的输入端连接。

3.如权利要求1或2所述的控制电路，其特征在于，所述反馈信号输入装置(2)包括第三电阻R2、第四电阻R4、第三开关S2和第四开关S4；

所述第三电阻R2的一端通过所述第三开关S2连接至第一舵机反馈信号，所述第四电阻R4的一端通过所述第四开关S4连接至第二舵机反馈信号，所述第三电阻R2的另一端和所述第四电阻R4的另一端与所述指令电流转换装置(3)的输入端连接。

4.如权利要求3所述的控制电路，其特征在于，所述指令电流转换装置(3)包括：第一二极管V1、第二二极管V2、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R8、第一放大器N5和电容C1；

所述第一放大器N5的正相输入端通过所述第七电阻R8接地，所述第一二极管V1的阴极连接至所述第一放大器N5的正相输入端，所述第一二极管V1的阳极连接至所述第一放大器N5的反向输入端，所述第二二极管V2的阳极连接至所述第一放大器N5的反向输入端，所述第二二极管V2 的阴极连接至所述第一放大器N5的正相输入端，所述电容C1连接在所述第一放大器N5的输出端与所述第一放大器N5的补偿端之间，所述第一放大器N5的输出端连接至舵机指令信号I+，舵机指令信号I+为输入到舵机线圈中的指令信号；所述电阻R5连接在所述第一放大器N5的电流补偿正端与所述第一放大器N5的电源正端之间，所述电阻R6连接在所述电流补偿负端与所述第一放大器N5的电源负端之间。

5.如权利要求3所述的控制电路，其特征在于，指令电流采样装置(4)包括依次串联连接在所述指令电流转换装置(3)的输出端与地之间的第八电阻R7和第九电阻R9。

6.如权利要求3所述的控制电路，其特征在于，所述采样电流放大装置(5)包括：第十电阻R10、第十一电阻R11和第二放大器N3；

所述第二放大器N3的正输入端接收舵机指令信号I-，其中舵机指令信号I-为从舵机线圈中输出的指令信号，所述第二放大器N3的负输入端接地，所述第十电阻R10连接在所述第二放大器N3的第一补偿端Rg1与第二放大器N3的第二补偿端Rg2之间，所述第十一电阻R11的一端连接至所述第二放大器N3的输出端，所述第十一电阻R11的另一端用于输出舵机指令电流自检信号。