本發(fā)明涉及電路控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種集成小型化電動(dòng)舵機(jī)控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在以電子技術(shù)和信息技術(shù)為主要推動(dòng)力,數(shù)字化技術(shù)為核心的新軍事革命背景之下,導(dǎo)彈武器系統(tǒng)正向小型化、智能化、系列化的方向發(fā)展。導(dǎo)彈電動(dòng)舵機(jī)作為控制導(dǎo)彈飛行姿態(tài)和軌跡的關(guān)鍵部件，在整個(gè)導(dǎo)彈控制系統(tǒng)中的作用極為重要，其性能好壞直接影響導(dǎo)彈飛行控制系統(tǒng)性能的高低。隨著新一代導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的發(fā)展，對(duì)電動(dòng)舵機(jī)提出了更高的要求，促使導(dǎo)彈電動(dòng)舵機(jī)器向著體積小、重量輕、控制性能高的方向發(fā)展。降低電動(dòng)舵機(jī)控制電路的體積，成為新一代導(dǎo)彈電動(dòng)舵機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵內(nèi)容。

傳統(tǒng)的導(dǎo)彈電動(dòng)舵機(jī)控制電路采用模擬式接口、分立式控制方式，如與彈上飛控裝置、舵機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置傳感器之間均采用模擬接口方式，由于電動(dòng)舵機(jī)在運(yùn)行過程中，不僅導(dǎo)彈整體電磁環(huán)境比較復(fù)雜，而且無(wú)刷電機(jī)產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁場(chǎng)干擾，需要搭建復(fù)雜的調(diào)理及濾波電路對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行抗干擾處理，處理后的信號(hào)再送入模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量傳給cpu，而且模擬器件固有的溫漂、參數(shù)分散、元器件性能波動(dòng)等因素，使得控制電路性能不穩(wěn)定，因此傳統(tǒng)模擬接口方式不僅使得控制電路體積較大，而且精度和可靠性較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述的分析，本發(fā)明旨在提供一種集成小型化電動(dòng)舵機(jī)控制系統(tǒng)，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的諸多技術(shù)問題。

本發(fā)明的目的主要是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

在基于本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種集成小型化電動(dòng)舵機(jī)控制系統(tǒng)，包括：驅(qū)動(dòng)電路、電源電路、控制電路以及外部接口；電源電路對(duì)外與彈上電源連接，將彈上電源電壓轉(zhuǎn)換成控制電路內(nèi)部元器件需要的低壓電向各元器件供電，控制電路對(duì)外與位置傳感器通過外部接口連接，內(nèi)部與驅(qū)動(dòng)電路連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，完成指令接收、算法處理、遙測(cè)發(fā)送，驅(qū)動(dòng)電路接收控制電路的脈寬信號(hào)、方向信號(hào)及使能信號(hào)，實(shí)現(xiàn)三相無(wú)刷直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制。

在基于本發(fā)明系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例中，外部接口包括spi數(shù)字接口，位置傳感器為數(shù)字式位置傳感器，通過spi數(shù)字接口與控制電路相連。

在基于本發(fā)明系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例中，電源電路包括：彈上電源采用+28v供電，使用隔離dc/dc模塊將+28v轉(zhuǎn)換為+5v，為高速光耦及通訊接口電路供電；使用ti公司tps767d301芯片為dsp供電，保證dsp可靠穩(wěn)定工作；使用spx1117系列芯片生成+2.5v、+1.2v給fpga供電；使用兩片隔離dc/dc芯片分別生成隔離+5v為驅(qū)動(dòng)電路和同步422通訊接口電路供電。

在基于本發(fā)明系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例中，控制電路采用dsp+fpga架構(gòu)；dsp與fpga之間的數(shù)據(jù)交互使用16位并行總線模式，fpga通過接收dsp的地址總線信號(hào)，對(duì)同步422通訊接口進(jìn)行讀寫操作，將多種外設(shè)接口集成到fpga中，dsp、fpga采用bga封裝。

在基于本發(fā)明系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例中，外部接口包括用于導(dǎo)彈電動(dòng)舵機(jī)與彈上控制器的同步422通訊接口，采用fpga實(shí)現(xiàn)同步422通訊接口；dsp通過數(shù)據(jù)總線、地址總線和讀寫信號(hào)線控制fpga的工作狀態(tài)，通過中斷信號(hào)線讀取接收數(shù)據(jù)，fpga的接收與發(fā)送信號(hào)經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)，連接到外部同步422總線上。

在基于本發(fā)明系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例中，控制電路包括發(fā)送通道和接收通道；工作時(shí)，發(fā)送通道產(chǎn)生同步發(fā)送時(shí)鐘，接收dsp的數(shù)據(jù)存入fifo，在收到dsp的發(fā)送使能信號(hào)后開始發(fā)送數(shù)據(jù)，并在發(fā)送數(shù)據(jù)段前加上預(yù)先約定的起始標(biāo)志，對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)做crc校驗(yàn)，并對(duì)包括crc校驗(yàn)值在內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行“插零”操作，最后附上三個(gè)幀尾標(biāo)志。

在基于本發(fā)明系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例中，工作時(shí)，接收通道實(shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)流中是否有預(yù)先約定的起始標(biāo)志，如果存在則開始接收數(shù)據(jù)；當(dāng)檢測(cè)到數(shù)據(jù)流中有“1f”信號(hào)時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行“刪零”操作，對(duì)經(jīng)過“刪零”操作后的數(shù)據(jù)進(jìn)行crc校驗(yàn)，把接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換并存入接收fifo，當(dāng)接收到幀尾標(biāo)志后，向dsp發(fā)送接收數(shù)據(jù)中斷。

在基于本發(fā)明系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)電路接收控制電路的脈寬信號(hào)、方向信號(hào)、使能信號(hào)經(jīng)電平匹配和高速光耦隔離，與霍爾傳感器的霍爾信號(hào)一起傳輸給驅(qū)動(dòng)電路，經(jīng)柵極驅(qū)動(dòng)芯片譯碼后，驅(qū)動(dòng)三相橋電路。

在基于本發(fā)明系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例中，將控制電路與驅(qū)動(dòng)電路一體化設(shè)計(jì)，控制電路與驅(qū)動(dòng)電路之間的連線直接從印制板走線。

本發(fā)明有益效果如下：

(1)模擬功能數(shù)字化設(shè)計(jì)，采用數(shù)字接口取代模擬接口，避免模擬器件固有的溫漂、參數(shù)分散、元器件性能波動(dòng)等因素，進(jìn)一步提高了控制性能；(2)高集成一體化設(shè)計(jì)，采用集成取代分立方式，控制電路和驅(qū)動(dòng)電路高度耦合，減小了控制電路體積，提高了系統(tǒng)可靠性；(3)軟硬件功能滲透化設(shè)計(jì)，采用大規(guī)模集成電路及多功能的微處理器取代分立元器件方式，顯著減少元器件種類，提高了功率密度。

本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分的從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在所寫的說明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。

附圖說明

附圖僅用于示出具體實(shí)施例的目的，而并不認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制，在整個(gè)附圖中，相同的參考符號(hào)表示相同的部件。

圖1為集成小型化電動(dòng)舵機(jī)控制電路工作原理框圖；

圖2為集成小型化電動(dòng)舵機(jī)控制電路組成結(jié)構(gòu)框圖；

圖3為電源電路內(nèi)部信號(hào)接口關(guān)系；

圖4為控制電路內(nèi)部信號(hào)接口關(guān)系；

圖5為基于fpga的同步422通訊接口；

圖6為驅(qū)動(dòng)電路原理框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖來(lái)具體描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中，附圖構(gòu)成本申請(qǐng)一部分，并與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于闡釋本發(fā)明的原理。

電動(dòng)舵機(jī)控制電路原理框圖如圖1所示，電動(dòng)舵機(jī)工作過程為：控制電路實(shí)時(shí)接收彈上飛控裝置給出的舵面偏角指令信號(hào)，采集位置傳感器反饋信號(hào)，通過控制算法運(yùn)算處理，向驅(qū)動(dòng)電路輸出控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)的控制，經(jīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)減速后，保證舵面在規(guī)定的響應(yīng)時(shí)間內(nèi)以一定的精度趨近給定偏角信號(hào)，從而改變導(dǎo)彈的航姿或航行軌跡。

本申請(qǐng)實(shí)施例提供了一種集成小型化電動(dòng)舵機(jī)控制系統(tǒng)，原理框圖如圖2所示，包括驅(qū)動(dòng)電路、電源電路、控制電路以及外部接口；電源電路對(duì)外與彈上電源連接，將彈上電源電壓轉(zhuǎn)換成控制電路內(nèi)部元器件需要的低壓電向各元器件供電，控制電路對(duì)外與位置傳感器通過數(shù)字接口連接，內(nèi)部與驅(qū)動(dòng)電路連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，完成指令接收、算法處理、遙測(cè)發(fā)送，驅(qū)動(dòng)電路接收控制電路的脈寬信號(hào)、方向信號(hào)及使能信號(hào)，實(shí)現(xiàn)三相無(wú)刷直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制。

電源電路內(nèi)部信號(hào)接口關(guān)系如圖3所示，彈上電源采用+28v供電，組成本發(fā)明實(shí)施例電路的元器件需要的供電電壓包括+5v、+3.3v、+1.9v、+1.2v，因此需要電源轉(zhuǎn)換電路。為防止+28v電源對(duì)控制平臺(tái)的影響，使用隔離dc/dc模塊將+28v轉(zhuǎn)換為+5v，為高速光耦及通訊接口電路供電。使用ti公司tps767d301芯片為dsp供電，保證dsp可靠穩(wěn)定工作。使用spx1117系列芯片生成+2.5v、+1.2v給fpga供電。使用兩片隔離dc/dc芯片分別生成隔離+5v為驅(qū)動(dòng)電路和同步422通訊接口電路供電。

控制電路采用dsp+fpga架構(gòu)，為滿足控制電路雙向數(shù)據(jù)傳輸以及高速通訊要求，dsp與fpga之間的數(shù)據(jù)交互使用16位并行總線(xd0～xd15)模式，fpga通過接收dsp的地址總線信號(hào)(xa0～xa7)，對(duì)同步422通訊接口進(jìn)行讀寫操作，控制電路內(nèi)部信號(hào)接口關(guān)系如圖4所示，采用數(shù)字式位置傳感器，由模擬接口改為數(shù)字接口，省去模擬信號(hào)調(diào)理電路、采集電路。將控制電路與驅(qū)動(dòng)電路一體化設(shè)計(jì)，控制電路與驅(qū)動(dòng)電路之間的連線直接從印制板走線，大大減少兩者之間的連線。充分利用dsp快速計(jì)算能力和fpga高速并行處理能力，將多種外設(shè)接口集成到fpga中。位置傳感器中采用spi總線連接，一個(gè)控制電路可以外接多路傳感器，減少了接口芯片數(shù)量，降低了印制板面積。dsp、fpga等大規(guī)模集成電路采用bga封裝，降低了整體面積。

模擬功能數(shù)字化設(shè)計(jì)，采用數(shù)字接口取代模擬接口，避免模擬器件固有的溫漂、參數(shù)分散、元器件性能波動(dòng)等因素，進(jìn)一步提高了控制性能。

為解決電動(dòng)舵機(jī)集成小型化問題，本文設(shè)計(jì)的用于導(dǎo)彈電動(dòng)舵機(jī)與彈上控制器的同步422通訊接口，硬件功能軟件化，如圖5所示，利用fpga實(shí)現(xiàn)同步422通訊接口，通訊誤碼率不大于10^-6，crc校驗(yàn)支持ccitt16，相比之前使用的專用通訊接口芯片，縮短了舵系統(tǒng)控制器的研制周期，減小了控制器的體積，降低了控制器功耗，而且便于二次開發(fā)。電路連接關(guān)系為，cpu通過數(shù)據(jù)總線、地址總線和讀寫信號(hào)線控制fpga的工作狀態(tài)，通過中斷信號(hào)線讀取接收數(shù)據(jù)，fpga的接收與發(fā)送信號(hào)經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)，連接到外部同步422總線上。發(fā)送通道的主要功能是產(chǎn)生同步發(fā)送時(shí)鐘，接收dsp的數(shù)據(jù)存入fifo，并在收到dsp的發(fā)送使能信號(hào)后開始發(fā)送數(shù)據(jù)，并在發(fā)送數(shù)據(jù)段前加上“7e”起始標(biāo)志，對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)做crc校驗(yàn)，并對(duì)包括crc校驗(yàn)值在內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行“插零”操作，最后附上三個(gè)“7e”結(jié)束標(biāo)志。接收通道的主要功能是實(shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)流中是否有“7e”標(biāo)志，如果存在幀頭標(biāo)志就開始接收數(shù)據(jù)。當(dāng)檢測(cè)到數(shù)據(jù)流中有“1f”信號(hào)時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行“刪零”操作，對(duì)經(jīng)過“刪零”操作后的數(shù)據(jù)進(jìn)行crc校驗(yàn)，把接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換并存入接收fifo，當(dāng)接收到幀尾標(biāo)志后，向dsp發(fā)送接收數(shù)據(jù)中斷。

驅(qū)動(dòng)電路原理圖如圖6所示：驅(qū)動(dòng)電路接收控制電路的脈寬信號(hào)、方向信號(hào)、使能信號(hào)經(jīng)電平匹配和高速光耦隔離，與霍爾傳感器采集到的霍爾信號(hào)一起傳輸給驅(qū)動(dòng)電路，經(jīng)柵極驅(qū)動(dòng)芯片譯碼后，驅(qū)動(dòng)三相橋電路，使三相繞組分時(shí)導(dǎo)通，霍爾傳感器與電機(jī)相連用于采集電機(jī)信號(hào)。柵極驅(qū)動(dòng)芯片采用si9979。驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)原則為：(1)開關(guān)管開通瞬時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)能提供足夠大的充電電流使mosfet柵源極間電壓迅速上升到所需值，保證開關(guān)管能快速開通且不存在上升沿的高頻振蕩；(2)開關(guān)管導(dǎo)通期間驅(qū)動(dòng)電路能保證mosfet柵源極間電壓保持穩(wěn)定；(3)關(guān)斷瞬間驅(qū)動(dòng)電路能提供一個(gè)盡可能低阻抗的通路供mosfet柵源極問電容電壓的快速泄放，保證開關(guān)管能快速關(guān)斷。

具體地，經(jīng)過設(shè)計(jì)控制電路印制板的體積為80mmx50mmx20mm。

本發(fā)明有益效果如下：

(1)模擬功能數(shù)字化設(shè)計(jì)，采用數(shù)字接口取代模擬接口，避免模擬器件固有的溫漂、參數(shù)分散、元器件性能波動(dòng)等因素，進(jìn)一步提高了控制性能；(2)高集成一體化設(shè)計(jì)，采用集成取代分立方式，控制電路和驅(qū)動(dòng)電路高度耦合，減小了控制電路體積，提高了系統(tǒng)可靠性；(3)軟硬件功能滲透化設(shè)計(jì)，采用大規(guī)模集成電路及多功能的微處理器取代分立元器件方式，顯著減少元器件種類，提高了功率密度。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法的全部或部分流程，可以通過計(jì)算機(jī)程序來(lái)指令相關(guān)的硬件來(lái)完成，所述的程序可存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中。其中，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)為磁盤、光盤、只讀存儲(chǔ)記憶體或隨機(jī)存儲(chǔ)記憶體等。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。