一种基于TMS320F28335的电动舵系统的制作方法

本实用新型属于伺服控制领域，更具体地，涉及一种基于TMS320F28335的电动舵系统。

背景技术：

电动舵系统是一种伺服控制系统，它将舵控制信号和舵反馈信号进行综合、放大，驱动电机带动传动机构运转，让舵跟随舵控信号偏摆。

公开的电动伺服机构类型有模拟控制型、DSP整数数字控制型、单片机数字控制型、FPGA可编程逻辑控制型，控制的电机有：有刷直流电机、无刷直流电机、交流同步电机。在控制器中，模拟控制型和DSP整数数字控制型应用较多，但模拟控制型因调试困难和智能程度低，难以适应伺服机构发展的需要；DSP整数数字型因浮点计算功能弱，使用受到限制；单片机因性能受限，其应用得到一定限制；FPGA可编程逻辑控制型因实现复杂，普及应用受到限制。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种基于TMS320F28335的电动舵系统，其通过对关键部件如控制器、电动舵机的结构和布局进行研究和涉及，实现了电动舵系统功能丰富，可适用于不同的伺服机构，其同时具备运算速度快、精度高等优点，因而尤其适用于电动舵机的控制。

为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种基于TMS320F28335的电动舵系统，其特征在于，包含控制器(1)和电动舵机(2)；所述控制器(1)包含：TMS320F28335控制器(11)、A/D转换电路(111)、 CAN接口电路(12)、舵反馈信号处理电路(13)、电流信号处理电路(14)、可编程逻辑电路(15)、缓冲器(16)、过流检测电路(17)、DC/DC变换器(18)、低压差稳压电路(19)；

所述电动舵系统的上位机发出的控制信号经所述CAN接口电路(12)连接到所述TMS320F28335控制器(11)，同时所述舵反馈信号处理电路(13)、所述电流信号处理电路(14)的输出端连接至所述A/D转换电路(111)，所述A/D转换电路(111)与所述TMS320F28335控制器(11)连接，所述TMS320F28335控制器(11)的输出端连接至所述可编程逻辑电路(15)的输入端，所述可编程逻辑电路(15)的输出端连接到所述缓冲器(16)的输入端，所述缓冲器(16)的输出端链接到所述电动舵机(2)的输入端，所述电动舵机(2)的电流信号经过所述过流检测电路(17)送入可编程逻辑电路(15)。

优选地，还包括DC/DC变换器(18)和低压差稳压器(19)，所述DC/DC变换器(18)具有两个输出端，一个输出±15V电压，另一个输出+5V电压；所述低压差稳压器(19)的输出端输出+3.3V电压和+1.8V电压，输入端连接所述DC/DC变换器(18)的+5V电压输出端。

优选地，所述电动舵机(2)包含：光电隔离电路(21)、驱动电路(22)、电机及传动机构(23)、输出轴(24)、电流传感器(25)、角度传感器(26)；

所述光电隔离电路(21)的输出端连接至所述驱动电路(22)的输入端，所述驱动电路(22)的输出端一路经电流传感器(25)连接至控制器，另一路连接到电机及传动机构(25)的输入端，所述电机及传动机构(23)输出端连接至所述输出轴(24)，所述角度传感器(26)感测输出轴(24)的转角，输出至所述控制器(1)。

优选地，所述驱动电路(22)包含三端稳压器(221)和驱动模块(222)，电机及传动机构(23)中的电机为直流有刷电机。

优选地，所述光电隔离电路(21)连接于所述缓冲器(16)的输出端， 所述电流传感器(25)的输出端连接于所述信号处理电路(14)的输入端，所述角度传感器(26)的输出端连接于所述信号处理电路(13)的输入端。

按照本实用新型的另一方面，提供了一种基于TMS320F28335的无刷电机控制方案。

控制部分由TMS320F28335控制器、CAN接口电路、输入信号处理电路、CPLD逻辑处理电路、缓冲器、电源转换电路等组成。舵机部分包括光电隔离电路、驱动电路、无刷电机及传动机构、输出轴、霍尔信号处理电路、电流传感器、角度传感器等构成。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)由于之前在舵机系统中都采用整数运算控制，其运算精度不够高，浮点运算速度慢，而采用TMS320F28335芯片，能够实现浮点运算，运算速度快，计算精度高。

(2)由于器件中存在丰富的接口，而现有的芯片中接口的类型和数量相对较少，采用TMS320F28335芯片，充分运用了其多类型、多数量接口的特性，如该芯片中包括2个CAN接口，一个用于地面测试，另一个用于系统控制。

附图说明

图1是本实用新型提供的基于TMS320F28335的电动舵系统原理框图；

图2是本实用新型提供的基于TMS320F28335的电动舵系统电源电路框图；

图3是本实用新型提供的基于TMS320F28335的电动舵系统控制器框图；

图4是本实用新型提供的基于TMS320F28335的电动舵系统电动舵机框图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本实用新型公开了一种基于TMS320F28335的电动舵系统，包括控制器和电动舵机；控制器1包括TMS320F28335控制器11、A/D转换电路111、CAN接口电路12、舵反馈信号处理电路13、电流信号处理电路14、可编程逻辑电路15、缓冲器16和DC/DC变换器18、低压差稳压器19；电动舵机2包括光电隔离电路21、驱动电路22、电机及传动机构23、输出轴(舵面)24、电流传感器25、角度传感器26。其中TMS320F28335控制器分别通过CAN接口电路12、舵反馈信号处理电路13、电流信号处理电路14接收舵控制信号、采集舵反馈信号和电机电流信号，进行处理后输出舵驱动信号，经驱动电路22控制电机带动电动舵机转动，角度传感器26反馈输出轴(舵面)24偏转角度，由控制器控制输出轴(舵面)偏转到预定的角度，从而使舵面按舵控制信号的要求转动。本实用新型采用TMS320F28335数字伺服控制，将所有伺服机构控制方法集成在控制器中完成，具有集成度高、接口丰富、控制方法灵活、浮点运算速度快的显著特点，基于TMS320F28335的电动舵系统控制器体积小、重量轻、伺服机构适应面广。

舵系统原理框图如图1所示，控制器1包括TMS320F28335控制器11、CAN接口电路12、舵反馈信号处理电路13、电流信号处理电路14、可编程逻辑电路15、缓冲器16、过流检测电路17和DC/DC变换器18、低压差稳压器19；电动舵机2包括光电隔离电路21、驱动电路22、电机及传动机构23、输出轴(舵面)24、电流传感器25、角度传感器26。

图2为电源变换电路，由DC/DC变换器18将+28V电源变换为±15V和+5V电源，低压差稳压器19将+5V电源变换为+1.8V和+3.3V电源，供控制 器中TMS320F28335、其它部分数字电路、模拟电路使用。

图3为控制器部分电路原理框图，包含TMS320F28335控制器11、A/D转换电路111、CAN接口电路12、舵反馈信号处理电路13、信号处理电路14、逻辑电路15、缓冲器16，控制信号由上位机经CAN接口电路12输入，舵反馈信号、电流信号分别经舵反馈信号处理电路13电流信号处理电路14，然后送A/D转换电路111，在TMS320F28335的控制下A/D转换电路111将两路模拟信号转换为数字信号，并分别送入TMS320F28335进行数字滤波和舵控制信号解算，解算出的舵控信号经脉宽调制器PWM输出，同时输出的还有控制方向信号。PWM信号与过流检测17信号同时输入可编程逻辑电路15，经限流逻辑处理后，送缓冲器16，控制电动舵机的动作，并在电机过电流时，关断电流通过电机。

图4所示为电动舵机原理框图。电动舵机与其驱动电路集成在一起，从控制器来的控制信号经光电隔离电路21、驱动电路22驱动电机及传动机构23，带动输出轴(舵面)24偏转，电流传感器25感应电机电枢电流，并送给控制器处理；角度传感器26敏感舵机角度信号，送控制器处理。

进一步，驱动电路由三端稳压器221提供驱动模块222用电源，驱动模块222驱动电机运转。

为了更进一步的说明本实用新型提供的基于TMS320F28335的电动舵系统，现结合具体实例详述如下：

控制器11选用TMS320F28335芯片及附属电路；A/D转换电路111选用AD7606BSTZ；CAN接口电路12采用数字隔离器ADUM1201BRZ和CAN收发器TJA1050T；舵反馈信号处理电路13、电流信号处理电路14采用运算放大器OPA4277UA构成的运算电路；可编程逻辑电路15选用EMP240T100I芯片；缓冲器16选用八总线收发器SNJ54ABT245AFK芯片；电流检测选用比较器MAX924MJE；±15V+5VDC/DC变换器18选用SWH15-28D15和SWH15-28S05模块，低压差稳压器19选用TPS70451PWP芯片。光电隔离电路21由光电耦 合器ACPL-054L及相关电路组成；三端稳压器221选用CW78L12，电机驱动模块222采用KK240；电机采用有刷电机J50SY240，传动机构采用齿轮+丝杠螺母传动机构；输出轴24自制；电流传感器25采用ACS758LCB-050B-PFF-T；角度传感器26采用WD1503C。

在本实用新型中，基于TMS320F28335的电动舵系统包括控制器、电动舵机部分；其中控制器部分包含TMS320F28335控制器、A/D转换电路AD7606BSTZ、信号处理电路、可编程逻辑电路、缓冲器、电源转换电路；电动舵机部分包括光电耦合器、电机驱动模块、电机及传动机构、输出轴、电流传感器、角度传感器。

控制部分的控制信号由上位机经CAN接口输入TMS320F28335，同时舵反馈信号、电流信号经信号处理电路处理后送A/D转换电路，在TMS320F28335的控制下A/D转换电路将两路模拟信号转换为数字信号，并分别传入TMS320F28335进行数字滤波，并与舵控制信号进行综合处理，处理后的舵控信号经脉宽调制器PWM输出。

其中电源管理电路通过DC/DC变换器，将输入电源变换为±15V、+5V，供系统数字电路、模拟电路部分使用，另外，通过低压差稳压器LDO将+5V变换为+3.3V和+1.8V供TMS320F28335控制器、数字电路使用。

可编程逻辑电路接收TMS320F28335控制器输出的PWM信号和电流检测输出的信号，处理出控制直流有刷电机的控制信号，经SNJ54ABT245AFK芯片缓冲后驱动隔离光耦。

光电隔离电路、电机功率驱动电路。光电隔离电路接收控制部分的电机运行控制信号，输出驱动电机功率驱动模块的驱动信号，其主要电路是光电耦合器；电机功率驱动模块用于驱动直流有刷电机，经传动机构后带动舵面偏转。三端稳压器电路提供1路+12V电源，用于光电隔离和驱动模块使用。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例 而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。