CN207526256U - 一种电磁锁控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于航天系统技术领域，具体涉及一种电磁锁控制装置。包括DSP、两个并联的整体回路，整体回路接收DSP的信号处理后反馈给DSP。而在正常发射和地面测试时将舵面可靠解锁，以满足舵控系统极为恶劣的温度，振动，冲击及低压等工作环境下姿态控制的高可靠性需求。

Description

一种电磁锁控制装置

技术领域

本发明属于航天系统技术领域，具体涉及一种航天舵控系统电磁锁控制装置。

背景技术

舵机控制系统是姿态控制系统的执行机构，是飞行器中重要的制导和控制原件，其性能的优劣决定动态飞行特性。当前大功率、高精度航天舵机伺服控制通常采用永磁同步电机作为机电作动器能源，电机正反转通过丝杠转换为机电作动器的伸缩量，从而实现位置伺服。伺服控制驱动器控制永磁同步电机，同时采集机电作动器位置传感器的电信号，接收位置指令，实现位置伺服控制。现有基于永磁同步电机的舵机控制系统在下述两个方面存在不足：

高性能舵控系统应用无法满足其温度，振动，冲击及低压等恶劣工作环

境姿态控制偏航高可靠性需求。

高性能舵控系统应具备挂飞状态下的零位锁定功能，舵控系统加电后迅

速完成解锁，断电后完成零位锁定。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种电磁锁控制装置，在该装置工作时，舵机飞行时可将舵面锁定在零位，而在正常发射和地面测试时将舵面可靠解锁，以满足舵控系统极为恶劣的温度，振动，冲击及低压等工作环境下姿态控制的高可靠性需求。

为了解决上述问题，本发明一种电磁锁控制装置，包括DSP、两个并联的整体回路，整体回路接收DSP的信号处理后反馈给DSP；

整体回路包括控制回路、放大电路、作动器、反馈回路，DSP生成PWM 信号，将该信号以并行总线的形式连接至控制回路的输入端口，控制回路接收 DSP7发送的PWM信号，放大电路将以上PWM信号隔离、放大后，以导线形式连接至作动器的输入端；作动器分别将电机转子位置信号、电机相电流信号和位移传感器输出信号以导线形式输出至反馈回路，反馈回路分别将以上3种信号转换完成后，将电机相电流信号和位移传感器输出信号以可供DSP片内AD 接收的模拟量形式输出至DSP的片内AD端口，电机转子位置信号通过SPI总线方式传输至DSP的配置成SPI总线的GPIO，以供DSP以SPI总线形式读取。

还包括锁定电路、监测电路、制动装置I和制动装置II，DSP向锁定电路发出控制指令，锁定电路将控制指令反向后进行滤波、光耦隔离后传输给制动装置I和制动装置II和监测电路，监测电路实时采集制动装置的状态、并将制动装置I和制动装置II状态实时传输给DSP，DSP确定制动装置I和制动装置II 的锁定状态。

监测电路通过光电耦合器隔离并采集制动装置I或制动装置II电源模块的输出；通确定电阻光耦副边电平跳变的阈值，将其设定为略低于电源模块的输出电压。当电源模块有输出时，光耦的管脚为逻辑“0”，反之，则为逻辑“1”；通过DSP的输入管脚test便可检测电磁锁供电状态，从而确定电磁锁的锁定状态。

对于控制回路，PWM信号以并行总线的形式连接至放大电路的输入管脚，放大电路的输出管脚通过导线连接至隔离电路的输入管脚，隔离电路通过光耦隔离放大电路的输出信号，隔离电路电源将一次电源转换成供光耦副边和功率驱动电路工作的二次电源；隔离电路电源一共产生相互隔离的4路二次电源以导线形式连接至功率驱动电路，以便于功率驱动电路使用；功率驱动电路接收隔离电路的输出信号，并将动力电源斩波，将最初的PWM波转换成功率信号，最终以导线形式连接至作动器。

对于反馈回路，电流传感器信号转换电路采集作动器的永磁同步电机的相电流信号，并将该信号转换至DSP内AD可采集的范围，DSP采集该信号进行电流闭环控制使用；电机转子位置解算电路采集作动器的永磁同步电机的转子位置，解调后通过SPI总线传递至DSP，DSP采集该信号进行速度闭环控制使用；位置传感器信号转换电路采集作动器的线位移传感器的电信号，并将该信号转换至DSP片内AD可采集的范围，DSP采集该信号进行位置闭环控制使用。

还包括总线接口电路，总线接口电路接收上位机通过总线发送的各个伺服作动器位置指令，以并行总线的形式将控制指令传递至DSP，将其传递至DSP， DSP解算控制指令后结合各个伺服作动器的反馈信号实现闭环控制，各路伺服作动器可以按照指令实现位置伺服功能。

本发明的有益技术效果在于：

(1)锁定状态全程可控：在电源上电后，可通过软件控制锁定机构的锁定与解锁状态。舵机正常发射和地面测试时将舵面可靠解锁，可以满足机械作动器在不上电情况下，保持一定锁紧力矩；且能够在上电瞬间保证状态不变，同时舵机飞行时可将舵面可靠锁定在零位，保证姿态控制实时追踪控制。

(2)具备隔离功能，当电磁锁故障发生时，可以将负载与电源隔离，避免造成更加严重的后果；

(3)电源适应范围宽：由于供电电源为热电池，电源电压会随工作时间变长而下降。为适应热电池工作特性，该电路电源电压适应范围宽，当电池电压在40V至16V范围内波动时，均可保证电磁锁稳定、可靠的工作。

附图说明

图1为本发明所提供的一种电磁锁控制装置的系统框图；

图2为本发明所提供的锁定电路原理图；

图3为本发明所提供的监测电路原理图；

图4为本发明所提供的控制回路原理图；

图5为本发明所提供的反馈回路原理图；

图中：1控制回路I、4控制回路II、、2作动器I、5作动器II、3反馈回路 I、6反馈回路II、7为DSP、8为总线接口电路、9为上位机、10为锁定电路、 11制动装置I、12制动装置II，13为监测电路、14为放大电路、15为隔离电路、 16为功率驱动电路、17为隔离电路电源、18为动力电源、19为电机转子位置解算电路、20为电流传感器信号转换电路、21为位置传感器信号转换电路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明一种电磁锁控制装置，如图1所示，系统工作原理如下：首先使用 DSP7的GPIO配置成ePWM功能，生成6个PWM信号，将该信号以并行总线的形式连接至控制回路Ⅰ1的输入端口，控制回路Ⅰ1接收DSP7发送的6路 PWM信号，放大电路14将以上PWM信号隔离、放大后，以导线形式连接至作动器Ⅰ2的输入端。作动器Ⅰ2分别将电机转子位置信号、电机相电流信号和位移传感器输出信号以导线形式输出至反馈回路Ⅰ3，反馈回路Ⅰ3分别将以上 3种信号转换完成后，将电机相电流信号和位移传感器输出信号以可供DSP片内AD接收的模拟量形式输出至DSP的片内AD端口，电机转子位置信号通过 SPI总线方式传输至DSP的配置成SPI总线的GPIO，以供DSP以SPI总线形式读取。

第Ⅱ路的实现方法与第一路相同。

控制回路I1、控制回路II4均为控制电路。

作动器I2、作动器II5均为作动器。

反馈回路I3、反馈回路II6均为反馈回路。

11制动装置I、12制动装置II均为电磁锁制动装置。

如图2所示，锁定电路的设计原理如下：

DSP7向锁定电路10发出控制指令，锁定电路10将控制指令反向后进行滤波、光耦隔离后传输给制动装置I11和制动装置II12和监测电路13，监测电路 13实时采集制动装置I11和制动装置II12的状态、并将制动装置I11和制动装置II12的状态实时传输给DSP7，DSP7确定制动装置I11和制动装置II12的锁定状态，从而实现对制动装置I11和制动装置II12的软硬件协同智能互锁解锁。

其连接关系如下：

DSP7的控制信号ctrl管脚经过下拉电阻输出至锁定电路10，锁定电路10接收由DSP7输出的控制信号，锁定电路10通过非门将控制信号反向，同时增大该信号的输出电流，使该信号能够驱动光耦，光耦输出信号输出控制电源模块。该电源模块起到稳定输出电压、隔离和控制输出电源开关三个作用；由于电源模块原边直接连接外部电源，外部电源会存在一定波动，电源模块的引入可以稳定制动装置I11或制动装置II12的供电电压。电源模块同时具备隔离功能，当电磁锁失效后，不会影响到电源模块原边的28V电路，通过控制该引脚与 28VGND的导通状态为制动装置I11或制动装置II12的摩擦片式电磁锁供电，可使达到控制制动装置I11或制动装置II12锁定与解锁的状态。

如图3所示，监测电路的设计原理如下：

监测电路13通过光电耦合器隔离并采集制动装置I11或制动装置II12电源模块的输出。通过调整电阻的阻值，确定光耦的原边工作电流，通过光耦参数，计算电阻的阻值，确定电阻光耦副边电平跳变的阈值，将其设定为略低于电源模块的输出电压。当电源模块有输出时，光耦的管脚为逻辑“0”，反之，则为逻辑“1”；通过DSP的输入管脚test便可检测电磁锁供电状态，从而确定电磁锁的锁定状态。

其连接关系如下：

制动装置I11和制动装置II12电源模块输出信号输出给监测电路13，监测电路13通过光电耦合器进行隔离，通过调整电阻参数确定阈值，当电源模块的输出超出该阈值时，认为锁定机构锁定；反之则认为解锁，并将制动装置I11 和制动装置II12电源模块的解锁锁定状态实时传输给DSP7管脚test。

如图4所示，控制回路的设计原理如下：由DSP7发出0-3.3V的PWM信号至放大电路14，放大电路14接收DSP7发送的6路PWM信号，将该信号放大至0-5V，并提高输出能力；隔离电路15接收放大电路14的信号，通过光电耦合器实现控制部分与功率部分的电气隔离。隔离电路电源17为隔离电路光电耦合器的副边供电。功率驱动电路16接收隔离电路的输出信号，并通过该信号控制功率驱动电路内部的IGBT开关。动力电源18为IGBT供电，最终输出的PWM信号直接施加于伺服作动器Ⅰ内部的永磁同步电机上，实现电机控制。

其连接关系如下：首先由DSP7的GPIO配置成ePWM功能，生成6个PWM 信号，将该信号以并行总线的形式连接至放大电路14的输入管脚，放大电路的输出管脚通过导线连接至隔离电路15的输入管脚，隔离电路通过光耦PC817隔离放大电路的输出信号，隔离电路电源17将一次电源28V转换成供光耦副边和功率驱动电路16工作的二次电源15V。隔离电路电源17一共产生相互隔离的4 路二次电源15V，以导线形式连接至功率驱动电路16，以便于功率驱动电路16 使用。功率驱动电路16接收隔离电路15的输出信号，并将动力电源18斩波，将最初的PWM波转换成功率信号，最终以导线形式连接至作动器。

如图5所示，反馈回路设计原理如下：电流传感器信号转换电路20采集作动器的永磁同步电机的相电流信号，并将该信号转换至DSP7内AD可采集的范围，DSP7采集该信号进行电流闭环控制使用；电机转子位置解算电路19采集作动器的永磁同步电机的转子位置，解调后通过SPI总线传递至DSP7，DSP7 采集该信号进行速度闭环控制使用；位置传感器信号转换电路21采集作动器的线位移传感器的电信号，并将该信号转换至DSP7片内AD可采集的范围，DSP7 采集该信号进行位置闭环控制使用；

其连接关系如下：电流传感器信号转换电路20通过导线连接作动器的永磁同步电机的相电流端子，通过霍尔电流传感器LEM100P采集该电流信号，并将该信号通过运算放大器AD8692转换至0到3.3V的电压信号，以导线形式连接至DSP片内AD。位置传感器信号转换电路21通过导线连接作动器的线位移传感器信号输出端，并将该信号通过运算放大器AD8692转换至0到3.3V的电压信号，以导线形式连接至DSP7片内AD。电机转子位置解算电路19通过导线连接作动器的永磁同步电机的转子位置采集传感器输出端，使用AD2S1210 采集电机的转子位置，并将其转换为数字量，通过SPI串行总线传输至DSP配置成SPI总线的GPIO，以供DSP以SPI总线形式读取。

总线接口电路14使用BU61580接收上位机通过1553B总线发送的各个伺服作动器位置指令，以并行总线的形式将控制指令传递至DSP，将其传递至 DSP7，DSP7解算控制指令后结合各个伺服作动器的反馈信号实现闭环控制，各路伺服作动器可以按照指令实现位置伺服功能。

Claims (6)

1.一种电磁锁控制装置，其特征在于：包括DSP(7)、两个并联的整体回路，整体回路接收DSP(7)的信号处理后反馈给DSP(7)；

整体回路包括控制回路、放大电路、作动器、反馈回路，DSP(7)生成PWM信号，将该信号以并行总线的形式连接至控制回路的输入端口，控制回路接收DSP(7)发送的PWM信号，放大电路将以上PWM信号隔离、放大后，以导线形式连接至作动器的输入端；作动器分别将电机转子位置信号、电机相电流信号和位移传感器输出信号以导线形式输出至反馈回路，反馈回路分别将以上3种信号转换完成后，将电机相电流信号和位移传感器输出信号以可供DSP片内AD接收的模拟量形式输出至DSP的片内AD端口，电机转子位置信号通过SPI总线方式传输至DSP的配置成SPI总线的GPIO，以供DSP以SPI总线形式读取。

2.根据权利要求1所述的一种电磁锁控制装置，其特征在于：还包括锁定电路(10)、监测电路(13)、制动装置I(11)和制动装置II(12)，DSP(7)向锁定电路(10)发出控制指令，锁定电路(10)将控制指令反向后进行滤波、光耦隔离后传输给制动装置I(11)和制动装置II(12)和监测电路(13)，监测电路(13)实时采集制动装置的状态、并将制动装置I(11)和制动装置II(12)状态实时传输给DSP(7)，DSP(7)确定制动装置I(11)和制动装置II(12)的锁定状态。

3.根据权利要求2所述的一种电磁锁控制装置，其特征在于：监测电路(13)通过光电耦合器隔离并采集制动装置I(11)或制动装置II(12)电源模块的输出；通确定电阻光耦副边电平跳变的阈值，将其设定为略低于电源模块的输出电压；当电源模块有输出时，光耦的管脚为逻辑“0”，反之，则为逻辑“1”；通过DSP的输入管脚test便可检测电磁锁供电状态，从而确定电磁锁的锁定状态。

4.根据权利要求3所述的一种电磁锁控制装置，其特征在于：对于控制回路，PWM信号以并行总线的形式连接至放大电路(14)的输入管脚，放大电路的输出管脚通过导线连接至隔离电路(15)的输入管脚，隔离电路通过光耦隔离放大电路的输出信号，隔离电路电源(17)将一次电源转换成供光耦副边和功率驱动电路(16)工作的二次电源；隔离电路电源(17)一共产生相互隔离的4路二次电源以导线形式连接至功率驱动电路(16)，以便于功率驱动电路(16)使用；功率驱动电路(16)接收隔离电路(15)的输出信号，并将动力电源(18)斩波，将最初的PWM波转换成功率信号，最终以导线形式连接至作动器。

5.根据权利要求4所述的一种电磁锁控制装置，其特征在于：对于反馈回路，电流传感器信号转换电路(20)采集作动器的永磁同步电机的相电流信号，并将该信号转换至DSP(7)内AD可采集的范围，DSP(7)采集该信号进行电流闭环控制使用；电机转子位置解算电路(19)采集作动器的永磁同步电机的转子位置，解调后通过SPI总线传递至DSP(7)，DSP(7)采集该信号进行速度闭环控制使用；位置传感器信号转换电路(21)采集作动器的线位移传感器的电信号，并将该信号转换至DSP(7)片内AD可采集的范围，DSP(7)采集该信号进行位置闭环控制使用。

6.根据权利要求5所述的一种电磁锁控制装置，其特征在于：还包括总线接口电路(8)，总线接口电路(8)接收上位机通过总线发送的各个伺服作动器位置指令，以并行总线的形式将控制指令传递至DSP，将其传递至DSP(7)，DSP(7)解算控制指令后结合各个伺服作动器的反馈信号实现闭环控制，各路伺服作动器可以按照指令实现位置伺服功能。