數(shù)字式飛行控制系統(tǒng)液壓伺服新方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及飛行控制領(lǐng)域，涉及一種數(shù)字式飛行控制系統(tǒng)液壓伺服新方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 飛行控制系統(tǒng)液壓伺服的核心模塊包括舵面位置反饋傳感器解調(diào)電路、位置反饋 信號(hào)與伺服指令綜合電路、前向增益及限幅等環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的飛控系統(tǒng)液壓伺服系統(tǒng)多以純 模擬電子元器件或者數(shù)模混合方式實(shí)現(xiàn)，雖然具有技術(shù)成熟，驗(yàn)證充分的優(yōu)勢(shì)，但是在伺服 精度、產(chǎn)品可靠性、產(chǎn)品維護(hù)性及產(chǎn)品小型化方面均存在著不足之處。特別是在產(chǎn)品研制的 初始階段，存在著諸如解調(diào)增益、濾波參數(shù)、前向增益的反復(fù)變化的情況，因此存在研制效 率低，研制人力、及財(cái)力成本高的缺陷。對(duì)照國(guó)外技術(shù)發(fā)展，以伺服系統(tǒng)與作動(dòng)器集成化為 一體的REU (遠(yuǎn)程電子控制單元）技術(shù)是液壓伺服的大趨勢(shì)，而REU的核心要求就是伺服系 統(tǒng)小型化，高集成度，傳統(tǒng)的液壓伺服技術(shù)不能滿足這方面應(yīng)用要求，存在著技術(shù)落后的風(fēng) 險(xiǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提出一種數(shù)字式飛行控制系統(tǒng)液壓伺服新方法，使系統(tǒng)的可靠性 及可維護(hù)性提高、系統(tǒng)的體積縮小、系統(tǒng)的模塊化及通用化增強(qiáng)，向國(guó)外REU技術(shù)靠近。
[0004] 本發(fā)明采取的技術(shù)方案為，一種數(shù)字式飛行控制系統(tǒng)液壓伺服新方法，包括：
[0005] 對(duì)模擬的傳感器高端信號(hào)和低端信號(hào)進(jìn)行采樣和A/D轉(zhuǎn)換，形成傳感器高端數(shù)字 采樣信號(hào)和傳感器低端數(shù)字采樣信號(hào)；
[0006] 對(duì)傳感器高端數(shù)字采樣信號(hào)取正絕對(duì)值，形成正脈動(dòng)信號(hào)，對(duì)傳感器低端數(shù)字采 樣信號(hào)取負(fù)絕對(duì)值，形成負(fù)脈動(dòng)信號(hào)；
[0007] 對(duì)所述正脈動(dòng)信號(hào)和所述負(fù)脈動(dòng)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波，形成與正脈動(dòng)信號(hào)有效值對(duì) 應(yīng)的正直流信號(hào)和與負(fù)脈動(dòng)信號(hào)有效值對(duì)應(yīng)的負(fù)直流信號(hào)；
[0008] 對(duì)所述正直流信號(hào)和負(fù)直流信號(hào)求差并乘以解調(diào)增益，得到傳感器位置解調(diào)信 號(hào)；
[0009] 將傳感器位置解調(diào)信號(hào)與PFC下傳數(shù)字指令進(jìn)行求和，形成控制誤差信號(hào)；
[0010] 對(duì)所述控制誤差信號(hào)進(jìn)行前向放大和限幅，形成伺服數(shù)字指令；
[0011] 對(duì)伺服數(shù)字指令進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，形成伺服模擬指令輸出。
[0012] 本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：本發(fā)明將原來(lái)模擬電路分立器件實(shí)現(xiàn)的解調(diào)和前 向伺服回路全部放入FPGA內(nèi)部以邏輯語(yǔ)言形式實(shí)現(xiàn)，因此在器件使用上僅有FPGA -種器 件，可靠性提高一個(gè)數(shù)量級(jí)，系統(tǒng)體積縮小至原來(lái)的1/2。
[0013] 本發(fā)明通過(guò)原理樣機(jī)在系統(tǒng)試驗(yàn)，與原模擬伺服電路對(duì)比測(cè)試，體現(xiàn)出了較高的 伺服精度。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1是數(shù)字伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，其中，I :采集及A/D轉(zhuǎn)換功能，II :數(shù)字解調(diào)功 能，III :數(shù)字伺服回路功能，IV :D/A轉(zhuǎn)換功能，V :伺服驅(qū)動(dòng)功能；
[0015] 圖2是本發(fā)明的數(shù)字解調(diào)器示意圖，（1):采集及A/D轉(zhuǎn)換控制器單元，（2):求絕 對(duì)值單元，（3):數(shù)字濾波器單元，（4):數(shù)字運(yùn)算單元；
[0016] 圖3是本發(fā)明IIR數(shù)字濾波器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。
[0017] 圖4是本發(fā)明數(shù)字伺服回路示意圖，（5):指令綜合單元，（6):參數(shù)化增益單元， (7):數(shù)字限幅單元；
[0018] 圖5是Verilog實(shí)現(xiàn)數(shù)字伺服參數(shù)化封裝模塊示意圖（忽略輸入輸出關(guān)系及相關(guān) 信號(hào))，（8):參數(shù)化解調(diào)模塊，其中ZO, Zl是濾波器一階及二階系數(shù)，Kf是解調(diào)增益，（9): 參數(shù)化伺服增益模塊，其中Kl是前向增益，（10):參數(shù)化限幅模塊，其中UMITED UP及 UMITED DOWN分別是上、下限幅值。
[0019] 圖6是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述，本發(fā)明組成框圖如圖1所示，共由五部分 組成：I.采集及A/D轉(zhuǎn)換；II.數(shù)字解調(diào)；III.數(shù)字伺服回路；IV. D/A轉(zhuǎn)換；V.伺服驅(qū)動(dòng)。
[0021] 本發(fā)明提供一種數(shù)字式飛行控制系統(tǒng)液壓伺服新方法，具體結(jié)構(gòu)如圖6所示，包 括：
[0022] S101、對(duì)模擬的傳感器高端信號(hào)和低端信號(hào)進(jìn)行采樣和A/D轉(zhuǎn)換，形成傳感器高 端數(shù)字采樣信號(hào)和傳感器低端數(shù)字采樣信號(hào)。
[0023] 交流形式的傳感器位置信號(hào)分成高低端經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器分別采集進(jìn)入FPGA，采集過(guò) 程受FPGA內(nèi)部的A/D采集控制器控制，圖2中（1 )，主要是采樣頻率信號(hào)產(chǎn)生，設(shè)計(jì)上采取 了取與基頻非整數(shù)倍的采樣頻率的設(shè)計(jì)方法，設(shè)傳感器激磁信號(hào)頻率為f〇,則采樣頻率fs 取為：fs=N · fo,其中N取大于2且非整數(shù)，實(shí)際取5~10之間的小數(shù)，即一定的過(guò)采樣；
[0024] S102、對(duì)傳感器高端數(shù)字采樣信號(hào)取正絕對(duì)值，形成正脈動(dòng)信號(hào)，對(duì)傳感器低端數(shù) 字采樣信號(hào)取負(fù)絕對(duì)值，形成負(fù)脈動(dòng)信號(hào)。
[0025] 對(duì)于采集進(jìn)入FPGA內(nèi)部的數(shù)據(jù)，根據(jù)模擬無(wú)相移解調(diào)器的原理，需要對(duì)其進(jìn)行整 流處理，本方案采取了求絕對(duì)值的方式予以實(shí)現(xiàn)，即對(duì)傳感器高端信號(hào)采集數(shù)據(jù)取正絕對(duì) 值，對(duì)傳感器低端信號(hào)采集數(shù)據(jù)取負(fù)絕對(duì)值，見圖2中（2)。
[0026] S103、對(duì)所述正脈動(dòng)信號(hào)和所述負(fù)脈動(dòng)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波，形成與正脈動(dòng)信號(hào)有 效值對(duì)應(yīng)的正直流信號(hào)和與負(fù)脈動(dòng)信號(hào)有效值對(duì)應(yīng)的負(fù)直流信號(hào)。
[0027] 根據(jù)模擬解調(diào)器原理，對(duì)整流后的信號(hào)需要進(jìn)行濾波處理。對(duì)應(yīng)數(shù)字解調(diào)中也需 要設(shè)計(jì)相應(yīng)的數(shù)字濾波器，由于濾波器中涉及較多乘法運(yùn)算，若采用數(shù)學(xué)方式實(shí)現(xiàn)，則需要 占用大量的邏輯資源，不利于提高單片F(xiàn)PGA實(shí)現(xiàn)通道容量。因此，本方案在設(shè)計(jì)上采取了 移位累加求和的方式實(shí)現(xiàn)乘法器。
[0028] S104、對(duì)所述正直流信號(hào)和負(fù)直流信號(hào)求差并乘以解調(diào)增益，得到傳感器位置解 調(diào)信號(hào)。
[0029] 不同的工程應(yīng)用對(duì)象，其傳感器位置信號(hào)解調(diào)增益不盡相同，因此為便于通用化 及型號(hào)研制初期變化較大等情況，見圖2中（4)及。
[0030] S105、將傳感器位置解調(diào)信號(hào)與PFC下傳數(shù)字指令進(jìn)行求和，形成控制誤差信號(hào)。
[0031] 對(duì)照模擬伺服，由于傳感器反饋信號(hào)與PFC指令信號(hào)極性相反，因此在FPGA內(nèi)部 將解調(diào)信號(hào)與PFC指令進(jìn)行求和形式的綜合運(yùn)算，以得到伺服誤差信號(hào)，見圖3中（5)。
[0032] S106、對(duì)所述控制誤差信號(hào)進(jìn)行前向放大和限幅，形成伺服數(shù)字指令。
[0033] 對(duì)誤差信號(hào)乘上前向增益進(jìn)行放大，并設(shè)置相應(yīng)的數(shù)字上下限幅值對(duì)其限幅以滿 足前向伺服要求，見圖3中（6)，（7)及圖4中（9)，（10)。
[0034] S107、對(duì)伺服數(shù)字指令進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，形成伺服模擬指令輸出。
[0035] 由于伺服驅(qū)動(dòng)部分具有一定的功率，需要以模擬器件實(shí)現(xiàn)，因此PFGA內(nèi)部形成的 數(shù)字伺服指令需要經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換形成模擬指令輸出，以送入驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行電流驅(qū)動(dòng)，見圖3中 V。
[0036] 進(jìn)一步的，還可以包括：
[0037] S108、對(duì)所述正直流信號(hào)和負(fù)直流信號(hào)求和，得到傳感器和值數(shù)字信號(hào)。
[0038] 從系統(tǒng)可靠性和安全性方面考慮，需要對(duì)伺服系統(tǒng)進(jìn)行安全監(jiān)控，而傳感器是伺 服系統(tǒng)中最重要的反饋機(jī)構(gòu)，因此需要對(duì)其工作狀態(tài)是否良好進(jìn)行在線監(jiān)控。通過(guò)將高 低端解調(diào)信號(hào)進(jìn)行求和運(yùn)算，得到代表傳感器是否存在激磁異常或斷線故障的和值數(shù)字信 號(hào)，見圖2中（5)。
[0039] S109、對(duì)傳感器和值數(shù)字信號(hào)進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，形成傳感器和值模擬信號(hào)進(jìn)行傳感 器斷線模擬監(jiān)控。
[0040] 將和值數(shù)字信號(hào)D/A轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，在外部設(shè)置一定檢測(cè)門限，以對(duì)傳感器工 作狀態(tài)進(jìn)行判斷。
[0041] 具體的，對(duì)所述正脈動(dòng)信號(hào)和所述負(fù)脈動(dòng)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波的步驟包括：
[0042] S1031、對(duì)所述正脈動(dòng)信號(hào)和所述負(fù)脈動(dòng)信號(hào)乘以同一個(gè)系統(tǒng)函數(shù)，得到與正脈動(dòng) 信號(hào)有效值對(duì)應(yīng)的正直流信號(hào)和與負(fù)脈動(dòng)信號(hào)有效值對(duì)應(yīng)的負(fù)直流信號(hào)；
[0043] 經(jīng)整流后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)入數(shù)字濾波器進(jìn)行濾波處理，產(chǎn)生等效的直流信號(hào)。數(shù)字 濾波器采用脈沖響應(yīng)不變法設(shè)計(jì)IIR濾波器，由于常見的濾波器以一階及二階為主，因此 設(shè)計(jì)中直接設(shè)計(jì)成二階形式，通過(guò)設(shè)置相應(yīng)參數(shù)可轉(zhuǎn)化為一階。系統(tǒng)函數(shù)經(jīng)抽樣后形成的 傳遞函數(shù)形式為
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種數(shù)字式飛行控制系統(tǒng)液壓伺服新方法，其特征在于，包括： 對(duì)模擬的傳感器高端信號(hào)和低端信號(hào)進(jìn)行采樣和A/D轉(zhuǎn)換，形成傳感器高端數(shù)字采樣 信號(hào)和傳感器低端數(shù)字采樣信號(hào)； 對(duì)傳感器高端數(shù)字采樣信號(hào)取正絕對(duì)值，形成正脈動(dòng)信號(hào)，對(duì)傳感器低端數(shù)字采樣信 號(hào)取負(fù)絕對(duì)值，形成負(fù)脈動(dòng)信號(hào)； 對(duì)所述正脈動(dòng)信號(hào)和所述負(fù)脈動(dòng)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波，形成與正脈動(dòng)信號(hào)有效值對(duì)應(yīng)的 正直流信號(hào)和與負(fù)脈動(dòng)信號(hào)有效值對(duì)應(yīng)的負(fù)直流信號(hào)； 對(duì)所述正直流信號(hào)和負(fù)直流信號(hào)求差并乘以解調(diào)增益，得到傳感器位置解調(diào)信號(hào)； 將傳感器位置解調(diào)信號(hào)與PFC下傳數(shù)字指令進(jìn)行求和，形成控制誤差信號(hào)； 對(duì)所述控制誤差信號(hào)進(jìn)行前向放大和限幅，形成伺服數(shù)字指令； 對(duì)伺服數(shù)字指令進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，形成伺服模擬指令輸出。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字式飛行控制系統(tǒng)液壓伺服新方法，其特征在于，還包 括： 對(duì)所述正直流信號(hào)和負(fù)直流信號(hào)求和，得到傳感器和值數(shù)字信號(hào)； 對(duì)傳感器和值數(shù)字信號(hào)進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，形成傳感器和值模擬信號(hào)進(jìn)行傳感器斷線模擬 監(jiān)控。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字式飛行控制系統(tǒng)液壓伺服新方法，其特征在于，對(duì)所 述正脈動(dòng)信號(hào)和所述負(fù)脈動(dòng)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波的步驟包括： 對(duì)所述正脈動(dòng)信號(hào)和所述負(fù)脈動(dòng)信號(hào)乘以同一個(gè)系統(tǒng)函數(shù)，得到與正脈動(dòng)信號(hào)有效值 對(duì)應(yīng)的正直流信號(hào)和與負(fù)脈動(dòng)信號(hào)有效值對(duì)應(yīng)的負(fù)直流信號(hào)；
應(yīng)的S域函數(shù)的極點(diǎn)值、T為采樣間隔時(shí)間、N為系統(tǒng)函數(shù)階數(shù)。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字式飛行控制系統(tǒng)液壓伺服新方法，其特征在于，解調(diào) 增益和對(duì)所述控制誤差信號(hào)進(jìn)行前向放大的增益參數(shù)化設(shè)計(jì)。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字式飛行控制系統(tǒng)液壓伺服新方法，其特征在于，對(duì)所 述控制誤差信號(hào)限幅為參數(shù)化設(shè)計(jì)。
【專利摘要】本發(fā)明提出一種數(shù)字式飛行控制系統(tǒng)液壓伺服新方法，使系統(tǒng)的可靠性及可維護(hù)性提高、系統(tǒng)的體積縮小、系統(tǒng)的模塊化及通用化增強(qiáng)，向國(guó)外REU技術(shù)靠近。本發(fā)明技術(shù)方案為：對(duì)模擬的傳感器高端信號(hào)和低端信號(hào)進(jìn)行采樣和A/D轉(zhuǎn)換，形成傳感器高端數(shù)字采樣信號(hào)和傳感器低端數(shù)字采樣信號(hào)；對(duì)傳感器高端數(shù)字采樣信號(hào)取正絕對(duì)值，形成正脈動(dòng)信號(hào)，對(duì)傳感器低端數(shù)字采樣信號(hào)取負(fù)絕對(duì)值，形成負(fù)脈動(dòng)信號(hào)；對(duì)所述正脈動(dòng)信號(hào)和所述負(fù)脈動(dòng)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波，形成與正脈動(dòng)信號(hào)有效值對(duì)應(yīng)的正直流信號(hào)和與負(fù)脈動(dòng)信號(hào)有效值對(duì)應(yīng)的負(fù)直流信號(hào)。
【IPC分類】B64C13-40
【公開號(hào)】CN104709461
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310675759
【發(fā)明人】袁毅, 彭宏業(yè), 申亨博, 陳曉沖, 李小民, 張朝陽(yáng), 韓志華, 謝奕勝
【申請(qǐng)人】中國(guó)航空工業(yè)第六一八研究所
【公開日】2015年6月17日
【申請(qǐng)日】2013年12月11日