一種微電機(jī)舵系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種微電機(jī)舵系統(tǒng)，屬于機(jī)電控制領(lǐng)域。其包括舵控制器、驅(qū)動(dòng)電路、微電機(jī)伺服機(jī)構(gòu)、通信接口以及反饋檢測電路，其中，所述通信接口輸出端與所述舵控制器第一輸入端相電連接，所述舵控制器輸出端與所述驅(qū)動(dòng)電路輸入端相電連接，所述驅(qū)動(dòng)電路輸出端與所述微電機(jī)伺服機(jī)構(gòu)輸入端相電連接，所述微電機(jī)伺服機(jī)構(gòu)的第一輸出端連接外界被控制對象，所述微電機(jī)伺服機(jī)構(gòu)的第二輸出端與所述反饋檢測電路輸入端相電連接，所述反饋檢測電路輸出端與所述舵控制器的第二輸出端相電連接。本實(shí)用新型系統(tǒng)采用高集成度芯片，使得整個(gè)系統(tǒng)體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，功率體積比大。
【專利說明】
一種微電機(jī)舵系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于機(jī)電控制領(lǐng)域，涉及一種基于微電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)和微電機(jī)伺服機(jī)構(gòu)的舵系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著電力電子技術(shù)、機(jī)械精密加工技術(shù)、新材料技術(shù)，伺服控制算法研究等的快速發(fā)展以及電機(jī)制造工藝水平的提高，伺服系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域也越來越豐富，其中小體積，高精度，低功耗成為伺服系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)重要方向。
[0003]微電機(jī)是一種體積小，效率高的伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)，在醫(yī)療電器，精密伺服控制，玩具制造等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)有電動(dòng)舵伺服機(jī)構(gòu)對空間的要求越來越高，最大的功率輸出-體積比已經(jīng)成為舵系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要考量標(biāo)準(zhǔn)。
[0004]為適應(yīng)多種復(fù)雜的戰(zhàn)場環(huán)境，許多低成本，高精度小型武器系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。武器系統(tǒng)各組成單元的集成化和模塊化要求也越來越高，與此同時(shí)為適應(yīng)小型打擊武器對其配套舵系統(tǒng)的要求，舵系統(tǒng)的小型化技術(shù)成為當(dāng)前舵伺服機(jī)構(gòu)發(fā)展的重要方向。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本實(shí)用新型提供了一種微電機(jī)舵系統(tǒng)，其通過改進(jìn)舵控制器和驅(qū)動(dòng)電路，從而使整個(gè)舵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)緊湊，體積減小，其能降低了整個(gè)系統(tǒng)的功耗。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種微電機(jī)舵系統(tǒng)，其特征在于，其包括舵控制器、驅(qū)動(dòng)電路、微電機(jī)伺服機(jī)構(gòu)、通信接口以及反饋檢測電路，其中，所述通信接口輸出端與所述舵控制器第一輸入端相電連接，所述舵控制器輸出端與所述驅(qū)動(dòng)電路輸入端相電連接，所述驅(qū)動(dòng)電路輸出端與所述微電機(jī)伺服機(jī)構(gòu)輸入端相電連接，所述微電機(jī)伺服機(jī)構(gòu)的第一輸出端連接外界被控制對象，所述微電機(jī)伺服機(jī)構(gòu)的第二輸出端與所述反饋檢測電路輸入端相電連接，所述反饋檢測電路輸出端與所述舵控制器的第二輸出端相電連接。
[0007]進(jìn)一步的，所述驅(qū)動(dòng)電路采用MC33886微電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。驅(qū)動(dòng)電路采用小型集成式MC33886微電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，并配合有光電隔離放大模塊，能大大減小驅(qū)動(dòng)電路部分的體積和能耗。
[0008]進(jìn)一步的，所述通信接口采用RS422總線接口，所述舵控制器采用高速數(shù)字信號處理器TMS320F2812，所述反饋檢測電路采用AD7606采樣芯片。實(shí)際工程實(shí)踐中，反饋檢測電路通過AD7606采樣芯片獲取位置傳感器反饋的電壓信號，經(jīng)舵控制器運(yùn)算后產(chǎn)生相應(yīng)的電機(jī)控制信號，并通過驅(qū)動(dòng)電路控制微電機(jī)伺服機(jī)構(gòu)的電機(jī)按照要求運(yùn)行。微電機(jī)伺服機(jī)構(gòu)采用高精度大減速比的諧波減速器以及減速齒輪機(jī)構(gòu)組成，能較好的控制被控制對象。
[0009]本實(shí)用新型中，舵系統(tǒng)接收外部舵偏轉(zhuǎn)控制信號，同時(shí)通過反饋檢測電路獲取反饋信號，舵控制器將兩路信號經(jīng)過數(shù)字信號處理電路后，產(chǎn)生電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制信號，電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制信號經(jīng)光耦隔離、放大后通過微電機(jī)功率驅(qū)動(dòng)電路直接驅(qū)動(dòng)微電機(jī)旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過減速機(jī)構(gòu)帶動(dòng)輸出軸和位置檢測傳感器輸出軸運(yùn)動(dòng)，并通過位置傳感器獲得位置反饋信號，從而控制輸出軸偏轉(zhuǎn)到給定的位置，實(shí)現(xiàn)微電機(jī)舵系統(tǒng)的閉環(huán)控制。
[0010]總體而言，通過本實(shí)用新型所構(gòu)思的以上技術(shù)方案能夠取得下列有益效果:
[0011]本實(shí)用新型與現(xiàn)有舵系統(tǒng)相比，其驅(qū)動(dòng)電路和舵控制器中分別利用高集成度的微電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片和數(shù)字信號處理器，使系統(tǒng)體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，功率體積比大，在單位體積的條件下，提高了系統(tǒng)的負(fù)載能力，能夠滿足許多高精度小型化武器對其伺服機(jī)構(gòu)的空間要求。
【附圖說明】
[0012]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例中微電機(jī)舵系統(tǒng)中各個(gè)組成部件間的連接關(guān)系示意圖；
[0013]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例中微電機(jī)舵系統(tǒng)的工作原理圖；
[0014]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例中微電機(jī)舵系統(tǒng)的控制器中控制軟件的工作流程示意圖；
[0015]圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例中微電機(jī)伺服機(jī)構(gòu)的外形圖；
[0016]圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例中微電機(jī)舵系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)安裝圖。
[0017]在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中:
[0018]1、舵控制器2、驅(qū)動(dòng)電路 3、微電機(jī)伺服機(jī)構(gòu)
[0019]4、通信接口 5、反饋檢測電路
【具體實(shí)施方式】
[0020]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。此外，下面所描述的本實(shí)用新型各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0021]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例中微電機(jī)舵系統(tǒng)中各個(gè)組成部件間的連接關(guān)系示意圖，由圖可知，其包括舵控制器1、驅(qū)動(dòng)電路2、微電機(jī)伺服機(jī)構(gòu)3、通信接口 4以及反饋檢測電路5，其中，所述通信接口 4輸出端與所述舵控制器I第一輸入端相電連接，所述舵控制器I輸出端與所述驅(qū)動(dòng)電路2輸入端相電連接，所述驅(qū)動(dòng)電路2輸出端與所述微電機(jī)伺服機(jī)構(gòu)3輸入端相電連接，所述微電機(jī)伺服機(jī)構(gòu)3的第一輸出端連接外界被控制對象，所述微電機(jī)伺服機(jī)構(gòu)3的第二輸出端與所述反饋檢測電路5輸入端相電連接，所述反饋檢測電路5輸出端與所述舵控制器I的第二輸出端相電連接。
[0022]其中，舵控制器I采用具有豐富的外設(shè)單元和高速數(shù)字運(yùn)算功能的數(shù)字信號處理器TMS320F2812為處理單元，驅(qū)動(dòng)電路2采用MC33886微電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。通信接口 4采用RS422總線接口，舵控制器I采用高速數(shù)字信號處理器TMS320F2812，反饋檢測電路采用AD7606采樣芯片。
[0023]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例中微電機(jī)舵系統(tǒng)的工作原理圖，圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例中微電機(jī)舵系統(tǒng)的控制器中控制軟件的工作流程示意圖。由圖可知，本實(shí)用新型的微電機(jī)舵系統(tǒng)的工作過程大致為:
[0024]舵控制器I通過接收RS422總線接口4控制量，與反饋量比較產(chǎn)生誤差量。根據(jù)相應(yīng)的誤差量，舵控制器I對舵機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向及運(yùn)動(dòng)速率控制量進(jìn)行運(yùn)算，輸出四組具有一定占空比的PffM波，經(jīng)光電隔離后，輸出至驅(qū)動(dòng)電路。驅(qū)動(dòng)電路2主要采用了集成式的小型驅(qū)動(dòng)芯片MC33886，其驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，封裝體積小且外圍電路簡單，當(dāng)舵控制器的電機(jī)控制信號經(jīng)光耦傳送至驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路將相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號進(jìn)行處理及放大后形成電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號，并傳輸至微電機(jī)伺服機(jī)構(gòu)。微電機(jī)伺服機(jī)構(gòu)3采用了小體積高精度且減速比較大的諧波減速器，微電機(jī)借助齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和諧波減速器帶動(dòng)舵機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)位置檢測傳感器輸出軸跟隨舵機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，感知舵機(jī)軸的位置，并反饋至舵控制器I。反饋檢測電路5用于將微電機(jī)的電壓信號反饋給舵控制器I，舵控制器通過控制算法實(shí)現(xiàn)舵系統(tǒng)的位置閉環(huán)控制。
[0025]本實(shí)用新型中，舵控制器將外部設(shè)備發(fā)送來的舵偏轉(zhuǎn)控制信號與舵機(jī)角度傳感器采集的舵偏角度反饋信號經(jīng)舵控制器的控制算法計(jì)算、調(diào)制后產(chǎn)生四組電機(jī)控制PWM輸出信號，通過驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)微電機(jī)伺服機(jī)構(gòu)的微電機(jī)，以實(shí)現(xiàn)對舵機(jī)閉環(huán)控制。本實(shí)用新型中，控制電路及驅(qū)動(dòng)電路采用高集成度的器件，其體積更小、精度更高，可以很好的與微電機(jī)匹配構(gòu)成小體積的舵系統(tǒng)，提高舵伺服機(jī)構(gòu)的單位體積輸出力矩。
[0026]圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例中微電機(jī)伺服機(jī)構(gòu)的外形圖，圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例中微電機(jī)舵系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)安裝圖。由圖可知，本實(shí)用新型的舵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較小，其中圖4中呈圓柱狀結(jié)構(gòu)為微電機(jī)，該微電機(jī)的直徑約為20_，高度約為50mm，舵控制器大小約為60_ X60mm，其尺寸大小比現(xiàn)有的舵系統(tǒng)大大縮小。
[0027]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種微電機(jī)舵系統(tǒng)，其特征在于，其包括舵控制器(I)、驅(qū)動(dòng)電路(2)、微電機(jī)伺服機(jī)構(gòu)(3)、通信接口(4)以及反饋檢測電路(5)，其中，所述通信接口(4)輸出端與所述舵控制器(I)第一輸入端相電連接，所述舵控制器(I)輸出端與所述驅(qū)動(dòng)電路(2)輸入端相電連接，所述驅(qū)動(dòng)電路(2)輸出端與所述微電機(jī)伺服機(jī)構(gòu)(3)輸入端相電連接，所述微電機(jī)伺服機(jī)構(gòu)(3)的第一輸出端連接外界被控制對象，所述微電機(jī)伺服機(jī)構(gòu)(3)的第二輸出端與所述反饋檢測電路(5)輸入端相電連接，所述反饋檢測電路(5)輸出端與所述舵控制器(I)的第二輸出端相電連接。2.如權(quán)利要求1所述的一種微電機(jī)舵系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)電路(2)采用MC33886微電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。3.如權(quán)利要求1或2所述的一種微電機(jī)舵系統(tǒng)，其特征在于，所述通信接口(4)采用RS422總線接口，所述舵控制器(I)采用高速數(shù)字信號處理器TMS320F2812，所述反饋檢測電路采用AD7606采樣芯片。
【文檔編號】G05B19/04GK205540061SQ201620301117
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月12日
【發(fā)明人】劉佳, 彭濤, 胡琪波, 張金鐸, 周雙艷, 白雷
【申請人】湖北三江航天紅峰控制有限公司