本發(fā)明涉及電路控制技術領域，尤其涉及一種集成小型化電動舵機控制系統(tǒng)。

背景技術：

在以電子技術和信息技術為主要推動力,數字化技術為核心的新軍事革命背景之下,導彈武器系統(tǒng)正向小型化、智能化、系列化的方向發(fā)展。導彈電動舵機作為控制導彈飛行姿態(tài)和軌跡的關鍵部件，在整個導彈控制系統(tǒng)中的作用極為重要，其性能好壞直接影響導彈飛行控制系統(tǒng)性能的高低。隨著新一代導彈武器系統(tǒng)的發(fā)展，對電動舵機提出了更高的要求，促使導彈電動舵機器向著體積小、重量輕、控制性能高的方向發(fā)展。降低電動舵機控制電路的體積，成為新一代導彈電動舵機設計的關鍵內容。

傳統(tǒng)的導彈電動舵機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、舵機執(zhí)行機構位置傳感器之間均采用模擬接口方式，由于電動舵機在運行過程中，不僅導彈整體電磁環(huán)境比較復雜，而且無刷電機產生較強的電磁場干擾，需要搭建復雜的調理及濾波電路對模擬信號進行抗干擾處理，處理后的信號再送入模數轉換電路，轉換成數字量傳給cpu，而且模擬器件固有的溫漂、參數分散、元器件性能波動等因素，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。

技術實現要素：

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

本發(fā)明的目的主要是通過以下技術方案實現的：

在基于本發(fā)明的一個實施例中，提供了一種集成小型化電動舵機控制系統(tǒng)，包括：驅動電路、電源電路、控制電路以及外部接口；電源電路對外與彈上電源連接，將彈上電源電壓轉換成控制電路內部元器件需要的低壓電向各元器件供電，控制電路對外與位置傳感器通過外部接口連接，內部與驅動電路連接，進行數據傳輸，完成指令接收、算法處理、遙測發(fā)送，驅動電路接收控制電路的脈寬信號、方向信號及使能信號，實現三相無刷直流電機的驅動控制。

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

在基于本發(fā)明系統(tǒng)的另一個實施例中，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為驅動電路和同步422通訊接口電路供電。

在基于本發(fā)明系統(tǒng)的另一個實施例中，控制電路采用dsp+fpga架構；dsp與fpga之間的數據交互使用16位并行總線模式，fpga通過接收dsp的地址總線信號，對同步422通訊接口進行讀寫操作，將多種外設接口集成到fpga中，dsp、fpga采用bga封裝。

在基于本發(fā)明系統(tǒng)的另一個實施例中，外部接口包括用于導彈電動舵機與彈上控制器的同步422通訊接口，采用fpga實現同步422通訊接口；dsp通過數據總線、地址總線和讀寫信號線控制fpga的工作狀態(tài)，通過中斷信號線讀取接收數據，fpga的接收與發(fā)送信號經過電平轉換電路轉換為差分信號，連接到外部同步422總線上。

在基于本發(fā)明系統(tǒng)的另一個實施例中，控制電路包括發(fā)送通道和接收通道；工作時，發(fā)送通道產生同步發(fā)送時鐘，接收dsp的數據存入fifo，在收到dsp的發(fā)送使能信號后開始發(fā)送數據，并在發(fā)送數據段前加上預先約定的起始標志，對發(fā)送數據做crc校驗，并對包括crc校驗值在內的數據進行“插零”操作，最后附上三個幀尾標志。

在基于本發(fā)明系統(tǒng)的另一個實施例中，工作時，接收通道實時檢測數據流中是否有預先約定的起始標志，如果存在則開始接收數據；當檢測到數據流中有“1f”信號時，對數據進行“刪零”操作，對經過“刪零”操作后的數據進行crc校驗，把接收到的數據進行串并轉換并存入接收fifo，當接收到幀尾標志后，向dsp發(fā)送接收數據中斷。

在基于本發(fā)明系統(tǒng)的另一個實施例中，驅動電路接收控制電路的脈寬信號、方向信號、使能信號經電平匹配和高速光耦隔離，與霍爾傳感器的霍爾信號一起傳輸給驅動電路，經柵極驅動芯片譯碼后，驅動三相橋電路。

在基于本發(fā)明系統(tǒng)的另一個實施例中，將控制電路與驅動電路一體化設計，控制電路與驅動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)模擬功能數字化設計，采用數字接口取代模擬接口，避免模擬器件固有的溫漂、參數分散、元器件性能波動等因素，進一步提高了控制性能；(2)高集成一體化設計，采用集成取代分立方式，控制電路和驅動電路高度耦合，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計，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，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在所寫的說明書、權利要求書、以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。

附圖說明

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

圖1為集成小型化電動舵機控制電路工作原理框圖；

圖2為集成小型化電動舵機控制電路組成結構框圖；

圖3為電源電路內部信號接口關系；

圖4為控制電路內部信號接口關系；

圖5為基于fpga的同步422通訊接口；

圖6為驅動電路原理框圖。

具體實施方式

下面結合附圖來具體描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中，附圖構成本申請一部分，并與本發(fā)明的實施例一起用于闡釋本發(fā)明的原理。

電動舵機控制電路原理框圖如圖1所示，電動舵機工作過程為：控制電路實時接收彈上飛控裝置給出的舵面偏角指令信號，采集位置傳感器反饋信號，通過控制算法運算處理，向驅動電路輸出控制信號，實現對無刷直流電機的控制，經執(zhí)行機構減速后，保證舵面在規(guī)定的響應時間內以一定的精度趨近給定偏角信號，從而改變導彈的航姿或航行軌跡。

本申請實施例提供了一種集成小型化電動舵機控制系統(tǒng)，原理框圖如圖2所示，包括驅動電路、電源電路、控制電路以及外部接口；電源電路對外與彈上電源連接，將彈上電源電壓轉換成控制電路內部元器件需要的低壓電向各元器件供電，控制電路對外與位置傳感器通過數字接口連接，內部與驅動電路連接，進行數據傳輸，完成指令接收、算法處理、遙測發(fā)送，驅動電路接收控制電路的脈寬信號、方向信號及使能信號，實現三相無刷直流電機的驅動控制。

電源電路內部信號接口關系如圖3所示，彈上電源采用+28v供電，組成本發(fā)明實施例電路的元器件需要的供電電壓包括+5v、+3.3v、+1.9v、+1.2v，因此需要電源轉換電路。為防止+28v電源對控制平臺的影響，使用隔離dc/dc模塊將+28v轉換為+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為驅動電路和同步422通訊接口電路供電。

控制電路采用dsp+fpga架構，為滿足控制電路雙向數據傳輸以及高速通訊要求，dsp與fpga之間的數據交互使用16位并行總線(xd0～xd15)模式，fpga通過接收dsp的地址總線信號(xa0～xa7)，對同步422通訊接口進行讀寫操作，控制電路內部信號接口關系如圖4所示，采用數字式位置傳感器，由模擬接口改為數字接口，省去模擬信號調理電路、采集電路。將控制電路與驅動電路一體化設計，控制電路與驅動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快速計算能力和fpga高速并行處理能力，將多種外設接口集成到fpga中。位置傳感器中采用spi總線連接，一個控制電路可以外接多路傳感器，減少了接口芯片數量，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。

模擬功能數字化設計，采用數字接口取代模擬接口，避免模擬器件固有的溫漂、參數分散、元器件性能波動等因素，進一步提高了控制性能。

為解決電動舵機集成小型化問題，本文設計的用于導彈電動舵機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實現同步422通訊接口，通訊誤碼率不大于10^-6，crc校驗支持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)。電路連接關系為，cpu通過數據總線、地址總線和讀寫信號線控制fpga的工作狀態(tài)，通過中斷信號線讀取接收數據，fpga的接收與發(fā)送信號經過電平轉換電路轉換為差分信號，連接到外部同步422總線上。發(fā)送通道的主要功能是產生同步發(fā)送時鐘，接收dsp的數據存入fifo，并在收到dsp的發(fā)送使能信號后開始發(fā)送數據，并在發(fā)送數據段前加上“7e”起始標志，對發(fā)送數據做crc校驗，并對包括crc校驗值在內的數據進行“插零”操作，最后附上三個“7e”結束標志。接收通道的主要功能是實時檢測數據流中是否有“7e”標志，如果存在幀頭標志就開始接收數據。當檢測到數據流中有“1f”信號時，對數據進行“刪零”操作，對經過“刪零”操作后的數據進行crc校驗，把接收到的數據進行串并轉換并存入接收fifo，當接收到幀尾標志后，向dsp發(fā)送接收數據中斷。

驅動電路原理圖如圖6所示：驅動電路接收控制電路的脈寬信號、方向信號、使能信號經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一起傳輸給驅動電路，經柵極驅動芯片譯碼后，驅動三相橋電路，使三相繞組分時導通，霍爾傳感器與電機相連用于采集電機信號。柵極驅動芯片采用si9979。驅動電路的設計原則為：(1)開關管開通瞬時，驅動電路應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，保證開關管能快速開通且不存在上升沿的高頻振蕩；(2)開關管導通期間驅動電路能保證mosfet柵源極間電壓保持穩(wěn)定；(3)關斷瞬間驅動電路能提供一個盡可能低阻抗的通路供mosfet柵源極問電容電壓的快速泄放，保證開關管能快速關斷。

具體地，經過設計控制電路印制板的體積為80mmx50mmx20mm。

本發(fā)明有益效果如下：

(1)模擬功能數字化設計，采用數字接口取代模擬接口，避免模擬器件固有的溫漂、參數分散、元器件性能波動等因素，進一步提高了控制性能；(2)高集成一體化設計，采用集成取代分立方式，控制電路和驅動電路高度耦合，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計，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。

本領域技術人員可以理解，實現上述實施例方法的全部或部分流程，可以通過計算機程序來指令相關的硬件來完成，所述的程序可存儲于計算機可讀存儲介質中。其中，所述計算機可讀存儲介質為磁盤、光盤、只讀存儲記憶體或隨機存儲記憶體等。

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