智能伺服控制装置及使用该装置的设备的制造方法
【专利摘要】本发明提供的一种智能伺服控制装置及使用该装置的设备，包括通信控制模块、模数处理模块及电源模块；其中通信控制模块与总线通信并接收总线的指令，三块模数处理模块分别与通信控制模块通信，模数处理模块对传感器的测量值进行采样获得采样信号，通信控制模块读取采样信号，通信控制模块对采样信号进行处理并将处理得到的处理信号输出，模数处理模块把处理信号转换成驱动信号以控制伺服机构；电源模块分别与总线、通信控制模块及模拟处理模块连接，电源模块分别为总线、通信控制模块及模拟处理模块供电。本发明的有益效果如下：可以大大减少新产品研制的周期，增加新产品发布数量。
【专利说明】
智能伺服控制装置及使用该装置的设备
技术领域
[0001] 本发明属于航空航天伺服控制技术领域，特别是设及一种运载火箭智能伺服控制 装置及使用该装置的设备。
【背景技术】
[0002] 现役系列运载火箭控制器系统中，伺服系统由箭载计算机发出多路模拟信号指 令，经过检波功放的功放电路转换成电流驱动控制，此种控制方式大量占用箭载计算机资 源，控制方式复杂，电缆网长度不合理，并且不利于伺服系统测试和适应性。
[0003] 新一代运载火箭采用美国制定的1553B总线技术构建控制系统，1553B总线是一种 集中式的时分串行总线，其主要特点是分布处理、集中控制和实时响应，可靠性高、抗干扰 能力强，目前已广泛应用于各种领域，并且成为一种国际标准。
[0004] 根据1553B总线技术特点，优化伺服控制方案，为伺服系统增加专用智能设备，其 通过独立的远端终端接入1553B总线网络，通过自身处理器处理通过总线传递来的指令，根 据指令自主控制子系统完成工作，不再占用箭载计算机资源，优化组网形式，合理布局电缆 网，使伺服系统有相对的独立性方便伺服系统测试，并且通过该智能设备可处理越来越复 杂的控制算法，提高伺服系统适应性。
[0005] 在今后的航天系统中，运样的子系统智能设备组网构建电气系统的模式将会成为 主流设计。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种有处理能力可实现复杂的控制 算法，并且控制参数可上载，W达到使伺服系统有良好的适应性的智能伺服控制装置及使 用该装置的设备。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明提供的一种智能伺服控制装置，包括通信控制模块、 模数处理模块及电源模块;其中所述通信控制模块与总线通信并接收所述总线的指令，= 块所述模数处理模块分别与所述通信控制模块通信，所述模数处理模块对传感器的测量值 进行采样获得采样信号，所述通信控制模块读取所述采样信号，所述通信控制模块对所述 采样信号进行处理并将处理得到的处理信号输出，所述模数处理模块把所述处理信号转换 成驱动信号W控制伺服机构;所述电源模块分别与所述总线、所述通信控制模块及所述模 拟处理模块连接，所述电源模块分别为所述总线、所述通信控制模块及所述模拟处理模块 供电。
[000引优选地，所述通信控制模块通过总线协议忍片与所述总线通信并接收所述总线的 指令。
[0009]优选地，所述通信控制模块包括:通信协议忍片，所述通信协议忍片与所述总线协 议忍片通信；通信忍片，所述通信忍片与所述通信协议忍片通信并接收所述通信协议忍片 的指令;所述通信忍片与所述模数处理模块通信，所述通信忍片控制所述模数处理模块对 所述传感器的测量值进行采样获得所述采样信号，所述通信控制模块读取所述采样信号， 所述通信控制模块对所述采样信号进行处理并将处理得到的所述处理信号输出；储存器， 所述储存器与所述通信忍片通信。
[0010] 优选地，所述模数处理模块包括相互连接的信号采集单元、逻辑控制电路及信号 输出单元;所述信号采集单元对所述传感器的测量值进行采样获得所述采样信号，所述逻 辑控制电路把所述处理信号转换成所述驱动信号经由所述信号输出单元输出W控制所述 伺服机构。
[0011] 优选地，所述信号采集单元包括相互连接的信号调理选路及采集数/模转换电路； 所述信号调理选路用于将输入的所述采样信号进行隔离并传输给所述采集数/模转换电路 将模拟信号转变成数字信号。
[0012] 优选地，所述信号输出单元包括相互连接的输出数/模转换电路及运算放大电路， 所述输出数/模转换电路将所述逻辑控制电路输出的所述处理信号从数字信号转变成模拟 信号并经由所述运算放大电路放大后形成所述驱动信号W控制所述伺服机构。
[0013] 优选地，所述电源模块包括输入电源转换模块及与所述输入电源转换模块连接且 相互并联的数字电源转换模块、模拟电源转换模块和电源转换模块。
[0014] 优选地，所述通信控制模块、所述模数处理模块及所述电源模块通过信号互联基 板进行通信。
[0015] 优选地，所述信号互联基板包括AECI总线及与所述AECI总线连接的电压转换电 路，在所述AECI总线还设有远端终端设置端口及模/数输入端初始状态设置端口。
[0016] -种智能伺服控制设备，包括机箱及设置在所述机箱内的智能伺服控制装置及使 用该装置的设备。
[0017] 与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
[0018] 1、采用了 1553B总线技术，结构形式采用成熟的1/2AT財示准机箱，各功能进行模块 化设计，减少重复开发，提高设计的利用率，有利于快速提供货架式产品；
[0019] 2、模数处理模块采用=模冗余技术，运是运载火箭系统中除箭载计算机=模冗余 外第一个采用=模冗余技术控制伺服系统的单机，具有较高的可靠性；
[0020] 3、通过自身数字信号处理器可实现复杂的控制算法，通过RS422接口可更改控制 软件，控制算法更改灵活，控制算法参数通过1553B接口可上载，提高伺服系统适应性；
[0021] 4、可W大大减少新产品研制的周期，增加新产品发布数量，为航天领域其它产品 研制提供了全新的研发思路和应用方法，在今后一段时间内能产生相当可贵的经济效益和 社会影响。
【附图说明】
[0022] 通过阅读参照W下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征目 的和优点将会变得更明显。
[0023] 图1为本发明智能伺服控制装置框图；
[0024] 图2为本发明智能伺服控制装置备原理图；
[0025] 图3为本发明智能伺服控制装置通信控制模块框图；
[0026] 图4为本发明智能伺服控制装置模数处理模块框图；
[0027] 图5为本发明智能伺服控制装置电源模块框图；
[0028] 图6为本发明智能伺服控制装置信号互联基板框图；
[0029] 图7为本发明智能伺服控制装置工作流程图。
【具体实施方式】
[0030] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。W下实施例将有助于本领域的技术 人员进一步理解本发明，但不W任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术 人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可W做出若干变化和改进。运些都属于本发明 的保护范围。
[0031] 本发明智能伺服控制装置应用于火箭伺服系统，可实现控制伺服机构推动发动机 摆动，实现火箭的姿态控制。具备控制、通信（1553B)、遥测、冗余、控制算法参数上载等功 能。占用一个总线终端站点，自主接收1553B总线上总线控制器的任务。通过调理电路和A/D 转换电路，把伺服系统传感器的测量模拟信号转换成数字量，并在DSP内对控制信号和伺服 系统的反馈等信号进行综合、校正、滤波，最后由D/A转换电路把数字信号转换成模拟信号 的，通过信号功率放大电路，把电压信号功率放大成驱动伺服阀的电流信号。组成框图如图 1、图7所示。
[0032] 本发明智能伺服控制装置及使用该装置的设备的硬件部分由电源模块、通信控制 模块、=块模数处理模块及信号互联基板组成，模块之间的信号互连由信号互联基板及印 制板连接器相连，如图2所示。其中通信控制模块通过自身的数字信号处理器实现复杂的控 制算法的运算，并完成伺服机构的相关控制，通过对两种通信接口设计完成控制的适应性， 一是RS422通信接口，其主要用于程序的上载，方便控制算法的更改;一是1553B总线接口， 其在完成收取指令、遥测功能外，利用1553B总线对控制参数进行上载，可灵活调节伺服系 统的动态特性。模数处理模块完成对传感器信号的采样，DA输出W及控制量的转换，并且该 模块进行了=模冗余设计提高产品可靠性。电源模块为通信控制模块和模数处理模块进行 供电。信号互联基板主要功能是实现各功能模块之间信号的互联互通。
[0033] 如图3所示，通信控制模块能在系统上电时和接收到1553B总线复位命令后，独立 初始化通信协议忍片。箭载计算机每20毫秒通过1553B总线给出作动器动作指令，通信控制 模块通过总线协议忍片实时接收，并向通信忍片申请中断处理。通信控制模块在1毫秒的时 间内通过内部数字总线访问模数处理模块，控制其完成12路的模拟信号采样，并读取采样 值，根据当前采样到的反馈信息比对箭载计算机发出的摆角指令进行运算处理后得到控制 数据，再输出给模数处理模块的数/模转换电路进行模拟信号输出，实现闭环控制。
[0034] 模数处理模块实现模拟信号采样和伺服机构作动器的驱动输出。如图4所示，信号 采集单元由信号调理电路和采集数/模转换电路组成;信号输出单元由输出数/模转换电路 和运算放大电路组成，信号采集单元和信号输出单元均由通信控制模块控制工作。输入的 模拟采样信号经过调理电路后滤除高频干扰，并统一调整为-10伏~+10伏的模拟量，输入 采集数/模转换电路转换。输出数/模转换电路将通信控制模块输出的数值转换为模拟量， 输出-10伏~+10伏的电压，再经运算放大电路后输出驱动信号电流。运算放大电路采用电 流并联负反馈放大的形式，将输出数/模转换电路输出的电压按2毫安/伏的比例转换为电 流输出，驱动伺服阀工作。采集数/模转换电路和输出数/模转换电路通过内部设置可W形 成回路，通信控制模块可W通过该回路对模数处理模块进行自检。
[0035] 本发明智能伺服控制装置及使用该装置的设备的一次电源输入为直流+28±3伏， 由火箭上电池供电，最大工作电流不大于5安培，最小工作电流为1安培，最大纹波不大于 300毫伏。二次电源选用DC/DC输入电源转换模块进行电源转换，如图5所示，电源部分有3个 独立的数字电源转换模块、模拟电源转换模块和电源转换模块，输出独立的±15伏电压和2 个巧伏，分别给模拟电路，控制电路W及1553B接口电路供电。
[0036] 其中经数字电源转换模块转换的电压给数字部分供电(VCC)，部分器件需要的3.3 伏和1.8伏由功能模块上的=端稳压器转换得到;经模拟电源转换模块转换的电压给1553B 传输部分供电(巧伏），包括模数转换部分和1553B总线传输部分;经电源转换模块转换的电 压提供模拟电压，给模拟部分供电，另外电源转换模块输出的± 15伏经过=端稳压器输出 ± 10伏给作动器的反馈电位器供电。其中二次电源的性能参数见表1。
[0037]
[00；3引 表1
[0039] 信号互联基板的主要功能是通过AECI总线实现各功能模块之间信号的互联互通， 如图6所示，信号互联基板在为各功能模块提供信号互联的同时，还设计了部分功能电路， 负责对电源模块±15V电源转换成± IOV提供给伺服机构，远端终端端口设置W及模/数输 入端初始状态设置端口。
[0040] 本发明还提供了一种智能伺服控制设备，包括机箱及设置在机箱内的智能伺服控 制装置。
[0041] W上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述 特定实施方式，本领域技术人员可W在权利要求的范围内做出各种变化或修改，运并不影 响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可W任意相 互组合。
【主权项】
1. 一种智能伺服控制装置，其特征在于，包括通信控制模块、模数处理模块及电源模 块;其中 所述通信控制模块与总线通信并接收所述总线的指令，三块所述模数处理模块分别与 所述通信控制模块通信，所述模数处理模块对传感器的测量值进行采样获得采样信号，所 述通信控制模块读取所述采样信号，所述通信控制模块对所述采样信号进行处理并将处理 得到的处理信号输出，所述模数处理模块把所述处理信号转换成驱动信号以控制伺服机 构； 所述电源模块分别与所述总线、所述通信控制模块及所述模拟处理模块连接，所述电 源模块分别为所述总线、所述通信控制模块及所述模拟处理模块供电。2. 根据权利要求1所述的智能伺服控制装置，其特征在于，所述通信控制模块通过总线 协议芯片与所述总线通信并接收所述总线的指令。3. 根据权利要求2所述的智能伺服控制装置，其特征在于，所述通信控制模块包括： 通信协议芯片，所述通信协议芯片与所述总线协议芯片通信； 通信芯片，所述通信芯片与所述通信协议芯片通信并接收所述通信协议芯片的指令； 所述通信芯片与所述模数处理模块通信，所述通信芯片控制所述模数处理模块对所述 传感器的测量值进行采样获得所述采样信号，所述通信控制模块读取所述采样信号，所述 通信控制模块对所述采样信号进行处理并将处理得到的所述处理信号输出； 储存器，所述储存器与所述通信芯片通信。4. 根据权利要求1所述的智能伺服控制装置，其特征在于，所述模数处理模块包括相互 连接的信号采集单元、逻辑控制电路及信号输出单元;所述信号采集单元对所述传感器的 测量值进行采样获得所述采样信号，所述逻辑控制电路把所述处理信号转换成所述驱动信 号经由所述信号输出单元输出以控制所述伺服机构。5. 根据权利要求4所述的智能伺服控制装置，其特征在于，所述信号采集单元包括相互 连接的信号调理选路及采集数/模转换电路;所述信号调理选路用于将输入的所述采样信 号进行隔离并传输给所述采集数/模转换电路将模拟信号转变成数字信号。6. 根据权利要求4所述的智能伺服控制装置，其特征在于，所述信号输出单元包括相互 连接的输出数/模转换电路及运算放大电路，所述输出数/模转换电路将所述逻辑控制电路 输出的所述处理信号从数字信号转变成模拟信号并经由所述运算放大电路放大后形成所 述驱动信号以控制所述伺服机构。7. 根据权利要求1所述的智能伺服控制装置，其特征在于，所述电源模块包括输入电源 转换模块及与所述输入电源转换模块连接且相互并联的数字电源转换模块、模拟电源转换 模块和电源转换模块。8. 根据权利要求1所述的智能伺服控制装置，其特征在于，所述通信控制模块、所述模 数处理模块及所述电源模块通过信号互联基板进行通信。9. 根据权利要求8所述的智能伺服控制装置，其特征在于，所述信号互联基板包括AECI 总线及与所述AECI总线连接的电压转换电路，在所述AECI总线还设有远端终端设置端口及 模/数输入端初始状态设置端口。10. -种智能伺服控制设备，其特征在于，包括机箱及设置在所述机箱内的权利要求1 至9任意一项所述的智能伺服控制装置。
【文档编号】G05B19/042GK105955113SQ201610307126
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月10日
【发明人】闫朝文, 施华君, 金驰皓, 王若波, 戴严忠, 杨三岭
【申请人】中国电子科技集团公司第三十二研究所