專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于單通道雙處理器結(jié)構(gòu)的高性能三余度舵機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)電伺服控制技術(shù)，涉及一種單通道雙處理器結(jié)構(gòu)的高 性能三余度舵機(jī)。
背景技術(shù)：
伺服作動(dòng)系統(tǒng)是飛行器控制系統(tǒng)的執(zhí)行部件，用于實(shí)現(xiàn)飛行器舵面 的位置控制，是組成飛行控制系統(tǒng)的重要分系統(tǒng)之一。研制高性能、高可 靠的伺服舵機(jī)對(duì)于提高伺服作動(dòng)系統(tǒng)乃至整個(gè)飛行控制系統(tǒng)的性能有著 重要意義。
充分利用數(shù)字處理技術(shù)和冗余技術(shù)，向模塊化、智能化和高可靠性 方向發(fā)展，是飛行作動(dòng)控制的必然趨勢(shì)。目前，余度舵機(jī)已獲得廣泛應(yīng) 用，通常的結(jié)構(gòu)是以飛控計(jì)算機(jī)為核心，采集飛行器當(dāng)前狀態(tài)，計(jì)算舵 機(jī)控制信號(hào)，并輸出給余度舵機(jī)，同時(shí)，飛控計(jì)算機(jī)還擔(dān)負(fù)著余度舵機(jī) 的監(jiān)控管理任務(wù)。這種舵回路結(jié)構(gòu)存在的缺點(diǎn)是
對(duì)飛控計(jì)算機(jī)的性能要求苛刻。飛控機(jī)需要消耗大量資源用于作動(dòng) 系統(tǒng)的控制律計(jì)算和余度管理，而作動(dòng)控制僅僅是飛控機(jī)諸多飛行管理 任務(wù)之一。
飛控機(jī)與舵機(jī)的性能耦合強(qiáng)烈。舵機(jī)性能參數(shù)或配置的變化，必然 導(dǎo)致飛控機(jī)軟硬件的修改，同樣，飛控機(jī)參數(shù)的變化，也會(huì)影響舵機(jī)性 能的發(fā)揮，無(wú)法實(shí)現(xiàn)舵機(jī)的模塊化。
本發(fā)明在余度舵機(jī)的單通道內(nèi)，用雙數(shù)字處理器分擔(dān)運(yùn)動(dòng)控制和余 度管理任務(wù)，構(gòu)成高性能三余度舵機(jī)， 一方面減輕了飛控機(jī)負(fù)擔(dān)，另一 方面提高了舵機(jī)的控制性能和可靠性，真正實(shí)現(xiàn)了余度舵機(jī)的模塊化、 集成化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、能夠自主完成伺服控制和余度 管理任務(wù)的高性能三余度舵機(jī)。
本發(fā)明的技術(shù)方案是采取基于單通道雙處理器結(jié)構(gòu)的三余度配置， 每個(gè)余度通道在硬件上主要包括前級(jí)控制處理器(FCP) 09，次級(jí)控
制處理器(SCP) 10，故障隔離模塊21， LVDT位置傳感器18，電流傳感 器24，作動(dòng)筒20，數(shù)據(jù)交叉?zhèn)鬏斖ǖ?CCDL) 23等。前級(jí)控制處理器
(FCP)和次級(jí)控制處理器(SCP)，其特征在于前級(jí)控制處理器09和 次級(jí)控制處理器10集成在舵機(jī)內(nèi)部，采用DSP數(shù)字芯片。前級(jí)處理器 接受飛控機(jī)04和LVDT傳感器18的信號(hào)，形成表決/監(jiān)控面，完成余度 管理及數(shù)據(jù)分配任務(wù)；次級(jí)處理器采集電流、速度、位移等狀態(tài)信號(hào)， 完成多環(huán)反饋運(yùn)動(dòng)控制律計(jì)算，向作動(dòng)器發(fā)出最終控制指令。雙處理器 通過(guò)雙端口 RAM 11通訊，并實(shí)時(shí)監(jiān)控對(duì)方工作狀態(tài)，使單通道具備了 一定的自監(jiān)控(BIT)能力，為整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到二次故障正常工作
(FO/FO/FS)提供保證。數(shù)據(jù)交叉?zhèn)鬏斖ǖ篮凸收细綦x模塊，其特征在 于進(jìn)行各通道間信息的交互，于舵機(jī)內(nèi)部完成表決監(jiān)控、故障診斷和 隔離，實(shí)現(xiàn)了舵機(jī)的自主工作，最大限度減少了飛控機(jī)和余度舵機(jī)之間 的性能耦合。舵機(jī)多環(huán)反饋運(yùn)動(dòng)控制律，其特征在于從內(nèi)至外依次為 伺服閥電流控制環(huán)，舵機(jī)速度控制環(huán)，舵機(jī)位置控制環(huán)。多環(huán)控制策略 有利于將干擾量及時(shí)補(bǔ)償、消除于內(nèi)環(huán)，避免對(duì)外環(huán)輸出造成影響；有 利于提高系統(tǒng)剛度；可以賦予的內(nèi)環(huán)較高的響應(yīng)速度，改善舵機(jī)整體動(dòng) 態(tài)特性。
與常規(guī)余度舵機(jī)相比，本舵機(jī)可自主完成伺服控制與余度管理任務(wù)，具有很高的控制性能與可靠性，簡(jiǎn)化了舵機(jī)與飛控機(jī)的接口，實(shí)現(xiàn)了伺
服作動(dòng)集成化。


圖1是高性能三余度舵機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖。
圖2是單通道結(jié)構(gòu)原理圖。
具體實(shí)施例方式
高性能三余度舵機(jī)應(yīng)完成兩個(gè)任務(wù)閉環(huán)伺服控制和自身余度管理。 下面分別對(duì)其工作流程做詳細(xì)說(shuō)明。
以單通道閉環(huán)控制為例，飛行控制計(jì)算機(jī)04通過(guò)1553B總線(也可 以是其它形式的總線或通訊方式)將飛控指令送入前級(jí)DSP處理器09; 前級(jí)處理器通過(guò)雙端口 RAM 11再將其傳給次級(jí)處理器10。次級(jí)處理器利 用A/D轉(zhuǎn)換器14同時(shí)采集作動(dòng)筒位移信號(hào)，作動(dòng)筒速度信號(hào)和伺服閥電 流信號(hào)，進(jìn)行位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)的反饋控制計(jì)算，最終控制量通 過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器07輸出。驅(qū)動(dòng)電路15將D/A電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成伺服閥16的 驅(qū)動(dòng)電流，控制作動(dòng)筒20運(yùn)動(dòng)。三個(gè)通道同步工作，經(jīng)力綜合后驅(qū)動(dòng)飛 行器舵面，完成伺服作動(dòng)。
為實(shí)現(xiàn)余度管理，LVDT傳感器18檢測(cè)本通道作動(dòng)筒20的輸出位移， 經(jīng)解調(diào)濾波電路22處理后，由A/D轉(zhuǎn)換器13采集進(jìn)入前級(jí)處理器。前 級(jí)處理器通過(guò)CCDL交叉數(shù)據(jù)傳輸通道23將本通道位置信號(hào)發(fā)給其它兩 通道。這樣每個(gè)通道的前級(jí)處理器均能感知三個(gè)通道的作動(dòng)筒位移，并 通過(guò)各自的表決/監(jiān)控面判斷是否有通道異常。三余度表決/監(jiān)控面可以 有效地檢測(cè)到系統(tǒng)的一次故障，當(dāng)發(fā)生二次故障時(shí)(即剩下的兩個(gè)通道 出現(xiàn)數(shù)據(jù)分離)，表決/監(jiān)控面就無(wú)能為力了。這種情況下，需要通道具 有自監(jiān)控(BIT)能力。本發(fā)明中，每個(gè)通道的前級(jí)處理器和次級(jí)處理器 在開(kāi)機(jī)上電后就按照預(yù)設(shè)的協(xié)議，不斷讀寫(xiě)雙端口 RAM 11的某個(gè)特定區(qū) 域，若其中一個(gè)處理器發(fā)生故障，另一個(gè)處理器能快速識(shí)別，并發(fā)通道自我隔離信號(hào)。另外，作動(dòng)器的微動(dòng)開(kāi)關(guān)19可以感受運(yùn)動(dòng)的同步情況， 檢測(cè)出本通道的機(jī)械故障并告知處理器。每個(gè)通道的前級(jí)和次級(jí)處理器 均可以向隔離模塊21發(fā)出隔離請(qǐng)求。隔離模塊對(duì)雙處理器的請(qǐng)求取或， 通過(guò)電磁閥17隔離故障通道。通過(guò)三通道監(jiān)控/表決以及單通道雙處理 器互監(jiān)控策略，可以使三余度舵機(jī)達(dá)到二次故障正常工作(F0/F0/FS) 的可靠性水平。
權(quán)利要求
1，一種基于單通道雙處理器結(jié)構(gòu)的高性能三余度舵機(jī)，其特征在于由三余度作動(dòng)器控制器02和三余度作動(dòng)器03構(gòu)成。每個(gè)余度通道的硬件包括前級(jí)控制處理器(FCP)09，次級(jí)控制處理器(SCP)10，故障隔離模塊21，LVDT位置傳感器18，電流傳感器24，作動(dòng)筒20，數(shù)據(jù)交叉?zhèn)鬏斖ǖ?CCDL)23等。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的前級(jí)控制處理器(FCP)和次級(jí)控制處理器 (SCP)，其特征在于前級(jí)控制處理器09和次級(jí)控制處理器10集成在舵機(jī)內(nèi)部，采用高 速DSP數(shù)字芯片。前級(jí)處理器接受飛控機(jī)04和LVDT傳感器18的信號(hào)， 形成表決/監(jiān)控面，完成余度管理及數(shù)據(jù)分配任務(wù)；次級(jí)處理器采集電 流、速度、位移等狀態(tài)信號(hào)，完成多環(huán)反饋運(yùn)動(dòng)控制律計(jì)算，向作動(dòng)器 發(fā)出最終控制指令。雙處理器通過(guò)雙端口隱11通訊，并實(shí)時(shí)監(jiān)控對(duì) 方工作狀態(tài)，使單通道具備了一定的自監(jiān)控(BIT)能力，為整個(gè)系統(tǒng) 達(dá)到二次故障正常工作(F0/F0/FS)提供保證。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)交叉?zhèn)鬏斖ǖ?CCDL)和故障隔離模 塊，其特征在于-能夠在沒(méi)有飛控計(jì)算機(jī)參與的情況下，進(jìn)行各通道間信息的交互， 于舵機(jī)內(nèi)部完成表決監(jiān)控、故障診斷和隔離，實(shí)現(xiàn)了舵機(jī)的自主工作， 最大限度減少了飛控機(jī)與余度舵機(jī)之間的性能耦合。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的舵機(jī)多環(huán)反饋運(yùn)動(dòng)控制律，其特征在于從內(nèi)至外依次為伺服閥電流控制環(huán)，舵機(jī)速度控制環(huán)，舵機(jī)位置控 制環(huán)。多環(huán)控制策略有利于將干擾量及時(shí)補(bǔ)償、消除于內(nèi)環(huán)，避免對(duì)外環(huán)輸出造成影響；有利于提高系統(tǒng)剛度；可以賦予的內(nèi)環(huán)較高的響應(yīng)速 度，改善舵機(jī)整體動(dòng)態(tài)特性。
全文摘要
本發(fā)明屬于伺服控制領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了一種基于單通道雙處理器結(jié)構(gòu)的高性能三余度舵機(jī)，涉及以高速數(shù)字處理器(DSP)為核心的嵌入式控制模塊及其冗余配置和管理方案。其單通道硬件主要包括前級(jí)處理器(FCP)09，次級(jí)處理器(SCP)10，故障隔離模塊21，LVDT位移傳感器18，電流傳感器24，作動(dòng)筒20，數(shù)據(jù)交叉?zhèn)鬏斖ǖ?CCDL)23等。與傳統(tǒng)的飛控計(jì)算機(jī)+作動(dòng)器的舵回路模式相比，本發(fā)明減輕了飛控機(jī)的工作量，舵面閉環(huán)控制和余度管理任務(wù)封裝到余度舵機(jī)內(nèi)部完成，消除了飛控機(jī)和舵機(jī)之間的性能耦合。通過(guò)采用多環(huán)控制，雙處理器互監(jiān)控，數(shù)據(jù)交叉?zhèn)鬏數(shù)炔呗裕行岣吡硕鏅C(jī)的控制性能與可靠性。
文檔編號(hào)G05B19/418GK101609329SQ20081011522
公開(kāi)日2009年12月23日 申請(qǐng)日期2008年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月19日
發(fā)明者康榮杰, 焦宗夏, 王少萍, 陳麗莎 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)