一种具有多重电路安全保护功能的舵机控制系统的制作方法

本实用新型涉及舵机智能控制技术领域，尤其是涉及了一种具有多重电路安全保护功能的舵机控制系统。

背景技术：

舵机是导弹姿态控制系统中的执行机构，主要功能是接收弹上综合控制计算机发出的舵控制信号，计算舵面偏转角度并按照一定的控制规律输出控制信号，经功率驱动电路放大、输出带动舵轴转，实现对导弹的姿态控制。

舵机系统在持续负载、频繁换向以及外部干扰等工况下会产生大电流，大电流对电机、驱动器等系统关键元器件产生冲击，可能造成电机、驱动器等器件损伤或失效，导致任务失败，因此在舵机系统设计时应充分考虑电流相应工况，采取保护策略。传统方法仅采用单一的电流限制保护措施，保护不全面，不能适用于复杂工况。

技术实现要素：

为了克服背景技术中的不足，本实用新型公开了一种具有多重电路安全保护功能的舵机控制系统，具有过流保护、过温保护、浪涌保护、抗电磁干扰等多种防护功能，结构简单，可靠性强。

为实现上述目的，本实用新型采样如下技术方案：

一种具有多重电路安全保护功能的舵机控制系统，包括数字信号处理器dsp、现场可编程门阵列fpga、存储模块、第一隔离模块、舵机驱动模块、角度检测装置、信号调理模块、a/d转换模块、第二隔离模块、第一温度检测装置、第二温度检测装置、电流检测装置和电流保护模块；所述dsp和所述存储模块分别与所述fpga相连；所述fpga与所述第一隔离模块的输入端相连，所述第一隔离模块的输出端与所述舵机驱动模块的输入端相连，所述舵机驱动模块的输出端与舵机相连；所述角度检测装置的输入端与舵机相连，所述角度检测装置依次通过所述信号调理模块、所述a/d转换模块和所述第二隔离模块与所述fpga相连；所述第一温度检测装置的输入端与舵机相连，所述第一温度检测装置的输出端与所述fpga相连，所述第二温度检测装置的输入端与所述舵机驱动模块相连，所述第二温度检测装置的输出端与所述fpga相连；所述电流检测装置的输入端与所述舵机驱动模块相连，所述电流检测装置通过所述电流保护模块与fpga相连。

优选的，所述第一隔离模块包括输入端rc滤波模块、防浪涌冲击模块、光耦隔离模块和输出端rc滤波模块。

优选的，所述第二隔离模块包括光耦隔离模块和输出端rc滤波模块。

优选的，所述电流保护模块包括输入端rc滤波模块和电压比较电路；所述电压比较电路由电压比较器lm339及其外围电路组成。

优选的，所述信号调理模块包括用于进行角度信号放大的信号放大模块和用于进行信号抗混叠滤波的滤波模块。

优选的，所述角度检测装置为安装在舵机主轴上的霍尔式角度传感器。

优选的，所述第一温度检测装置和所述第二温度检测装置均为数字温度传感器。

优选的，所述电流检测装置为霍尔电流传感器。

优选的，所述存储模块为静态随机存储器sram。

由于采用如上所述的技术方案，本实用新型具有如下有益效果：具有舵机自动过流保护功能，以避免舵机长期处于过流运行状态；同时对舵机和舵机驱动模块进行温度检测，提高了舵机系统过热保护能力；在控制系统主处理芯片的输入端和输出端均设置隔离模块，提高了舵机系统浪涌保护和抗电磁干扰能力；该系统结构简单、保护全面、可有效提高舵机控制系统工作的可靠性。

附图说明

图1为本实用新型舵机控制系统结构示意图；

图2为本实用新型舵机控制系统第一隔离模块电路原理图；

图3为本实用新型舵机控制系统第二隔离模块电路原理图；

图4为本实用新型舵机控制系统电流保护模块电路原理图。

图中：1、数字信号处理器dsp；2、现场可编程门阵列fpga；3、存储模块；4、第一隔离模块；5、舵机驱动模块；6、角度检测装置；7、信号调理模块；8、a/d转换模块；9、第二隔离模块；10、第一温度检测装置；11、第二温度检测装置；12、电流检测装置；13、电流保护模块。

具体实施方式

通过下面的实施例可以详细的解释本实用新型，公开本实用新型的目的旨在保护本实用新型范围内的一切技术改进，本实用新型并不局限于下面的实施例。

如图1所示，本实用新型一种具有多重电路安全保护功能的舵机控制系统包括数字信号处理器dsp1、现场可编程门阵列fpga2、存储模块3、第一隔离模块4、舵机驱动模块5、角度检测装置6、信号调理模块7、a/d转换模块8、第二隔离模块9、第一温度检测装置10、第二温度检测装置11、电流检测装置12和电流保护模块13。

所述fpga2与所述第一隔离模块4的输入端相连，所述第一隔离模块4的输出端与所述舵机驱动模块5的输入端相连，所述舵机驱动模块5的输出端与舵机相连；dsp1主要用于进行相关控制算法实现，fpga2主要用于逻辑控制，两者结合作为舵机控制系统的主处理模块，既可以实现复杂算法解算，又提高了运算速度和控制的灵活性；fpga2将上位机发送的舵机运行指令传送给dsp1，dsp1结合舵机工作参数计算舵面偏转角度并生成控制信号，fpga2通过第一隔离模块4将控制信号传送给舵机驱动模块5以控制舵机运行；第一隔离模块4将舵机驱动模块5与fpga2进行电气隔离，避免了舵机驱动模块5中干扰信号对fpga2造成影响。

所述角度检测装置6的输入端与舵机相连，所述角度检测装置6依次通过信号调理模块7、a/d转换模块8和第二隔离模块9与fpga2相连；角度检测装置6为安装在舵机主轴上的霍尔式角度传感器，用于进行舵机角度位置信号检测，并将其发送到信号调理模块7；信号调理模块7包括信号放大模块和滤波模块，用于对接收到的舵机角度位置信号进行放大滤波，以降低信号的频域交叉混叠；信号调理模块7将放大滤波后的舵机角度位置信号传送给a/d转换模块8，进行模拟量到数字量的转换；第二隔离模块9为fpga2提供了输入端的数字隔离；fpga2接收舵机角度位置信号后，对舵机实现闭环控制。

所述第一温度检测装置10的输入端与舵机相连，第一温度检测装置10的输出端与fpga2相连，所述第二温度检测装置11的输入端与舵机驱动模块5相连，第二温度检测装置11的输出端与fpga2相连；第一温度检测装置10和第二温度检测装置11可选用数字温度传感器ds18b20，分别用于进行舵机驱动模块5和舵机的运行温度检测，并将温度检测信息传送到fpga2中，如果某一路温度检测信息超过预设温度阈值，fpga2向舵机驱动模块5发出复位控制命令，使舵机停止运行，实现过温保护。

所述电流检测装置12的输入端与舵机驱动模块5相连，电流检测装置12通过电流保护模块13与fpga2相连。电流检测装置12为霍尔电流传感器，用于实时采集舵机驱动模块5的工作电流，并将检测到的电流信号转换为电压信号，通过电流保护模块13与基准电压进行比较，当超过基准电压时，电流保护模块13向fpga2发送信号，fpga2向舵机驱动模块5发出复位控制命令，使舵机停止运行，实现过流保护。

所述存储模块10为静态随机存储器sram，用于存储接收到的上位机指令信息、舵机驱动模块5和舵机工作温度阈值、舵机控制算法程序等相关信息。

如图2所示，所述第一隔离模块4包括输入端rc滤波模块、防浪涌冲击模块、光耦隔离模块和输出端rc滤波模块；第一隔离模块4的输入端in接fpga2的输出端，第一隔离模块4的输出端out接舵机驱动模块5的输入端；电阻r1和电容c1构成输入端rc滤波模块，用于抑制输入端的高频信号，同时具有分压功能；快速恢复二极管d1,构成防浪涌冲击模块，用于抑制因静电放电、雷电等引起的浪涌电流对电路的冲击；光耦u1和电阻r3构成光耦隔离模块，将舵机驱动模块5与fpga2实施隔离传输，提高系统抗干扰性；电容r2和c2构成输出端rc滤波模块，用于滤除输出端信号中的毛刺。

如图3所示，所述第二隔离模块9包括光耦隔离模块和输出端rc滤波模块；第二隔离模块9的输入端in接a/d转换模块8的输出端，第二隔离模块9的输出端out接fpga2的输入端；电阻r4、光耦u2和电阻r6构成了光耦隔离模块，将输入信号与fpga2实施隔离传输，提高系统抗干扰性；电阻r5和c3构成输出端rc滤波模块，用于滤除输出端信号中的毛刺。

如图4所示，所述电流保护模块13包括输入端rc滤波模块和电压比较电路；电流保护模块13的输入端in接电流检测装置12的输出端，电流保护模块13的输出端out接fpga2的输入端；电阻r7和电容c4构成输入端rc滤波模块，用于抑制输入端的高频信号，同时限压功能；电压比较器u3、滑动变阻器p和电阻r8构成电压比较电路，电压比较器选用lm339；滑动变阻器p的滑动头端与电压比较器u3的同向输入端相连，可以灵活产生各种大小的基准电压，以适用于不同舵机控制系统中；电流检测装置12检测的电流信号转换为电压信号后，输入到电压比较器u3的反向输入端，与基准电压进行比较，若低于基准电压，电流保护模块13向fpga2输出高电平信号，否则输入低电平信号。

实施本实用新型所述舵机控制系统时，dsp1根据上位机发送的舵机运行指令，通过fpga2调用存储模块3中控制算法，解算舵机运行相关数据，生成控制信号，并通过fpga2发送到舵机驱动模块5中，以驱动舵机运行，同时舵机运行相关数据通过fpga2被存入存储模块3；角度检测装置6测量舵机角度位置信息，并将其反馈至fpga2，fpga2比较获取的舵机角度位置信息和存储模块3中舵机运行相关数据，判断是否需要对舵机位置执行角度补偿，实现了对舵机的闭环控制。

在舵机控制系统运行同时，第一温度检测装置10、第一温度检测装置11实时检测舵机控制系统工作温度，并将其发送给fpga2，fpga2比较温度检测值与预设温度阈值，若某一路温度检测值超过预设温度阈值，fpga2向舵机驱动模块5发出复位控制命令，使舵机停止运行。

在舵机控制系统运行同时，电流检测装置12实时检测舵机控制系统工作电流，并通过电流保护模块13向fpga2发送电流保护信号；若电流保护模块13向fpga2发送高电平信号，fpga2判定系统工作电流正常，舵机控制系统继续工作；若电流保护模块13向fpga2发送低电平信号，fpga2判定系统工作电流异常，fpga2向舵机驱动模块5发出复位控制命令，使舵机停止运行。

本实用新型未详述部分为现有技术。