一种基于无刷直流电动机的电动执行器控制系统的制作方法

本发明涉及一种基于无刷直流电动机的电动执行器控制系统，适用于机械领域。

背景技术：

随着电子技术和航空技术的飞速发展，全电飞机已成为新一代飞机的必然发展趋势，未来飞机上会大量采用一体化电动执行器取代传统的液压系统或气动系统。电动执行器通过控制电动机的运行直接或间接控制目标负载运动，实现对控制目标的位置跟随。航空用电动执行器中，位置伺服控制是其最常见的控制形式，它以电能为动力，把从调节器或上位机接收到的标准数字信号转换为对应的机械位移(转角、直线位移)，从而控制执行机构来完成自动调节任务。

技术实现要素：

本发明提出了一种基于无刷直流电动机的电动执行器控制系统，该控制系统能够带动机械执行机构稳定、可靠的运行，控制系统性能满足技术要求，达到了预期目的。

本发明所采用的技术方案是。

所述控制系统采用TI公司的TMS320F28335，其具备处理速度快、精度高、易于实现和接口丰富等特点。TMS320F28335核心系统电路需要的供电电压为1.8 V和3.3 V的数字供电电压以及模拟供电电压，而DSP外围提供的电源电压为5V，因此需要对5V的电压进行转换为1.8V和3.3V，并且数字电与模拟电隔离。采用ASMlll7-1.8和ASMlll7-3.3两种型号的电源转换芯片，输入电压为5V，输出电压分别为1.8V和3.3V，每片ASMlll7最大输出1000mA的电流。

所述功率逆变电路拓扑由六个MOS-FET功率管和RCD缓冲吸收电路构成三相桥式逆变电路。在MOSFET功率管内部需要有一个反馈二极管，可将电机向直流侧反馈能量，同时起着使电机电流连续的作用，有时可称为续流二极管。

所述系统采用美国IR公司生产的IR2130驱动芯片。驱动电路是针对执行器中的无刷直流电动机，DSP产生的6路PWM脉冲信号作为IR2130的6路输入，3路驱动下桥臂，3路驱动上桥臂。IR2130芯片可同时控制6个大功率管的导通和关断顺序，通过输出H01～H03分别控制三相全桥逆变电路的上半桥VTl，VB，VT5导通关断；而IR2130的输出L01-L03分别控制三相全桥驱动电路的下半桥VT2，VT4，VT6导通关断，从而实现控制电机转速和正反转的目的。IR2130芯片内部的电流比较电路可以进行电机比较电流的设定，设定值可以作为软件保护电路的参考值，这样可以使电路能够适用于不同功率电机的控制。

所述控制系统采用在MOSFET功率管的一端串联0.05Q、1/2W的电阻到接地端。采样电阻两端的电压经过运算放大器，送至DSP的AD转换模块，根据检测结果可以判断是否有过流产生。经过TL082高速运算放大器，将检测到的信号放大10倍后转脂肪DSP的AD转换管脚，其中D70为BAV99可保证送至DSP的电压在0～3.3V之间变化，防止过电压对DSP管脚的损坏。

所述母线电压检测电路采用直接在直流母线电压上设置高精度分压电阻，采集到的电压经过运算处理经过光电隔离后送入到DSP中，不仅保证了系统控制电路和逆变功率电路的隔离而且结构简单、可靠性高。由R1、R2和R7组成分压电阻，R7两端的电压差经过差分运算放大器后传至光电耦合器。VD1、VD2和VD3三个稳压管防止电压尖峰过大造成对后端电路的冲击，光电耦合器能够防止电路前端的干扰，避免系统误报警和误动作。

所述控制系统的软件开发工具是在TI公司的CCStudio 3.3环境下完成开发调试的。主程序为一个由while语句组成的无限循环代码，主要完成控制系统的初始化、看门狗寄存器复位等任务。系统上电就开始执行主程序，遇到故障时复位重新执行。当系统中DSP上电后，首先执行初始化模块并给软件中各个变量赋初值，以此执行系统开关量检测程序、系统状态自检测程序、复位看门狗程序和通讯程序等。

本发明的有益效果是：该系统硬件采取多种抗干扰措施，软件具有友好的人机界面和便利的工艺数据库管理功能。控制系统能够带动机械执行机构稳定、可靠的运行，控制系统性能满足技术要求，达到了预期目的。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的5V转数字电压3.3V电路原理图。

图2是本发明的相全桥逆变电路图。

图3是本发明的电流检测电路原理图。

图4是本发明的母线电压检测电路。

图5是本发明的控制系统软件主流程图。

图6是本发明的PWM中断程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1，控制系统采用TI公司的TMS320F28335，其具备处理速度快、精度高、易于实现和接口丰富等特点。TMS320F28335核心系统电路需要的供电电压为1.8 V和3.3 V的数字供电电压以及模拟供电电压，而DSP外围提供的电源电压为5V，因此需要对5V的电压进行转换为1.8V和3.3V，并且数字电与模拟电隔离。采用ASMlll7-1.8和ASMlll7-3.3两种型号的电源转换芯片，输入电压为5V，输出电压分别为1.8V和3.3V，每片ASMlll7最大输出1000mA的电流。

如图2，功率逆变电路拓扑由六个MOS-FET功率管和RCD缓冲吸收电路构成三相桥式逆变电路。在MOSFET功率管内部需要有一个反馈二极管，可将电机向直流侧反馈能量，同时起着使电机电流连续的作用，有时可称为续流二极管。

系统采用美国IR公司生产的IR2130驱动芯片。驱动电路是针对执行器中的无刷直流电动机，DSP产生的6路PWM脉冲信号作为IR2130的6路输入，3路驱动下桥臂，3路驱动上桥臂。IR2130芯片可同时控制6个大功率管的导通和关断顺序，通过输出H01～H03分别控制三相全桥逆变电路的上半桥VTl，VB，VT5导通关断；而IR2130的输出L01-L03分别控制三相全桥驱动电路的下半桥VT2，VT4，VT6导通关断，从而实现控制电机转速和正反转的目的。IR2130芯片内部的电流比较电路可以进行电机比较电流的设定，设定值可以作为软件保护电路的参考值，这样可以使电路能够适用于不同功率电机的控制。

如图3，控制系统采用在MOSFET功率管的一端串联0.05Q、1/2W的电阻到接地端。采样电阻两端的电压经过运算放大器，送至DSP的AD转换模块，根据检测结果可以判断是否有过流产生。经过TL082高速运算放大器，将检测到的信号放大10倍后转脂肪DSP的AD转换管脚，其中D70为BAV99可保证送至DSP的电压在0～3.3V之间变化，防止过电压对DSP管脚的损坏。

如图4，母线电压检测电路采用直接在直流母线电压上设置高精度分压电阻，采集到的电压经过运算处理经过光电隔离后送入到DSP中，不仅保证了系统控制电路和逆变功率电路的隔离而且结构简单、可靠性高。由R1、R2和R7组成分压电阻，R7两端的电压差经过差分运算放大器后传至光电耦合器。VD1、VD2和VD3三个稳压管防止电压尖峰过大造成对后端电路的冲击，光电耦合器能够防止电路前端的干扰，避免系统误报警和误动作。

如图5，控制系统的软件开发工具是在TI公司的CCStudio 3.3环境下完成开发调试的。主程序为一个由while语句组成的无限循环代码，主要完成控制系统的初始化、看门狗寄存器复位等任务。系统上电就开始执行主程序，遇到故障时复位重新执行。当系统中DSP上电后，首先执行初始化模块并给软件中各个变量赋初值，以此执行系统开关量检测程序、系统状态自检测程序、复位看门狗程序和通讯程序等。

如图6，依据当前工作状态和故障标志确定工作模式，工作模式分为PWM禁止和PWM使能两种。在PWM禁止模式下，PWM输出为固定安全电平，关断MOS-FET；在PWM使能模式下，根据母线电压、电机绕组电流、速度指令和速度反馈执行Fuzzy-PID控制策略算法，确定PWM输出占空比，根据电机转子位置反馈，将占空比按最大转矩/电流比分配到六个PWM信号输出端。