一种持续过载保护电动舵机的控制方法与流程

本发明涉及一种电动舵机的控制方法，具体是指一种在持续过载情况下具有保护功能的电动舵机控制方法，属于电动舵机控制技术。

背景技术：

随着航空航天技术的蓬勃发展和各种先进武器的研制,对于舵机整体性能的要求也越来越高，因此促使着舵机向着体积质量不断减小、承载能力不断增强、控制性能不断提高的方向发展。而电动舵机由无刷直流电机、涡轮蜗杆传动机构、电位计以及数控器等组成；其以简单可靠、工艺性好、使用维护方便、能源单一、成本低廉、易于控制等特性引起了广泛关注和深入研究，并且在航空航天领域得到了广泛的应用。

随着电动舵机用途的多样化需求，需要研制低成本且小型化的电动舵机。由于成本与体积限制，使得电动舵机的负载能力受到相应的限制。舵机在工作过程中，可能存在长时间负载较大的工况，此时若长时间大功率输出，则长时间的大电流可能造成电机与元器件的损伤，导致电动舵机的失效。

基于上述，需要提出一种在持续过载情况下具有保护功能的电动舵机控制方法，提高电动舵机的安全性，防止电机与元器件在大电流工况下的损伤。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种持续过载保护电动舵机的控制方法，有效提高舵机的安全性，实现舵机在持续大负载下的保护功能，避免舵机在持续大负载下的失效，防止元器件在大电流工况下的损伤。

为实现上述目的，本发明提供一种持续过载保护电动舵机的控制方法，包含以下步骤：

s1、电动舵机采用位置环校正回路作为控制系统，采用电动舵机的角位移输出量为位置反馈信号，根据控制解算后输出的pwm信号驱动电动舵机的电机转动，确保控制系统的稳态精度和动态跟踪性能；

s2、在电动舵机的控制系统中增加设置电流内回路，即通过设置电流传感器采集电动舵机的电流信号；

s3、当采样得到的电流信号大于电动舵机元器件的电流参考值时，关闭电动舵机的功率输出，防止电流持续过大造成的元器件损伤；

s4、结合舵指令与偏差信息，当采样得到的电流信号大于负载电流参考值，且舵反馈大于舵反馈参考值时，关闭电动舵机的功率输出，保护持续大负载造成的舵机失效。

所述的s3中，具体包含以下步骤：

s31、判断采样得到的电动舵机电流信号是否大于电动舵机元器件的电流参考值；若是，执行s32；若否，执行s4；

s32、关闭电动舵机的功率输出，即更新输出的pwm信号为0，且保持时间为控制解算的两倍周期，之后重新启动并使输出的pwm信号为控制解算值。

所述的s4中，具体包含以下步骤：

s41、判断采样得到的电动舵机电流信号是否大于负载电流参考值，即判断ic(x)≥ic0是否成立，其中，ic(x)为当前采样得到的电动舵机电流信号，ic0为负载电流参考值；若是，执行s42；若否，执行s43；

s42、判断舵反馈是否大于舵反馈参考值，所述的舵反馈参考值通过计算舵指令参考值与偏差参考值得到，即判断dz(x)>dzc且e(x)<ec是否成立，其中，dz(x)为当前电动舵机的输入指令，dzc为舵指令参考值，e(x)为当前电动舵机的偏差值，ec为偏差参考值；若是，执行s32；若否，执行s43；

s43、跳出过载保护，使输出的pwm信号为控制解算值。

所述的s32中，当电动舵机输出的pwm信号为0时，通过设置蜗杆导程角小于其当量摩擦角，达到涡轮蜗杆传动自锁功能，以使电动舵机保持当前舵面位置，限制其自由运动，实现持续大负载状态下的舵机跟踪。

所述的负载电流参考值ic0、舵指令参考值dzc以及偏差参考值ec均通过电动舵机地面负载试验得到。

综上所述，本发明所提供的持续过载保护电动舵机的控制方法，采用电流传感器采集舵机电流信号，结合舵指令与偏差信息，控制电动舵机的功率输出，并利用涡轮蜗杆自锁功能实现持续大负载状态下的舵机跟踪，有效提高舵机的安全性，实现舵机在持续大负载下的保护功能，避免舵机在持续大负载下的失效，防止元器件在大电流工况下的损伤，进而不会造成舵机因为大负载需求而导致的体积庞大，成本较高。

附图说明

图1为本发明中的电动舵机控制系统的控制原理框图；

图2为本发明中的持续过载保护电动舵机的控制方法的流程图；

图3为本发明中的电动舵机地面负载试验的流程图；

图4为本发明中的电动舵机控制方法的软件实现流程图。

具体实施方式

以下结合图1～图4，详细说明本发明的一个优选实施例。

本发明提供一种持续过载保护电动舵机的控制方法，包含以下步骤：

s1、电动舵机采用传统的位置环校正回路作为控制系统，采用电动舵机的角位移输出量为位置反馈信号，根据控制解算后输出的pwm(pulsewidthmodulation，脉冲宽度调制)信号驱动电动舵机的电机转动，确保控制系统的稳态精度和动态跟踪性能；

s2、在电动舵机的控制系统中增加设置电流内回路，即通过设置电流传感器采集电动舵机的电流信号；

s3、当采样得到的电流信号大于电动舵机元器件的电流参考值时，关闭电动舵机的功率输出，以防止电流持续过大造成的元器件损伤；

s4、结合舵指令与偏差信息，当采样得到的电流信号大于负载电流参考值，且舵反馈大于舵反馈参考值时，关闭电动舵机的功率输出，以保护持续大负载造成的舵机失效。

如图1所示，为发明中的电动舵机控制系统的控制原理框图。电动舵机采用传统的位置环校正回路作为控制系统，包括控制电路与功率电路。其具体工作原理为：首先，dsp(digitalsignalprocess，数字信号处理)控制器接收指令信号，传送至da(数模)采集电路(图中未示)生成模拟指令，并与位置反馈信号经过运放电路形成舵偏差，经由ad(模数)采集电路传送至dsp控制器。然后，dsp控制器完成信号处理和控制解算，输出的pwm信号经由缓冲/隔离电路传送至功率驱动电路，从而驱动电动舵机的电机转动，实现电动舵机的控制。而本发明在此基础上，增加设置电流传感器，用于采集电动舵机的电流信号，滤波后经ad采集电路反馈至dsp控制器。

如图2所示，所述的s3中，具体包含以下步骤：

s31、判断采样得到的电动舵机电流信号是否大于电动舵机元器件的电流参考值；若是，执行s32；若否，执行s4；

s32、关闭电动舵机的功率输出，即更新输出的pwm信号为0，且保持时间为控制解算的两倍周期，之后重新启动并使输出的pwm信号为控制解算值。

如图2所示，所述的s4中，具体包含以下步骤：

s41、判断采样得到的电动舵机电流信号是否大于负载电流参考值，即判断ic(x)≥ic0是否成立，其中，ic(x)为当前采样得到的电动舵机电流信号，ic0为负载电流参考值；若是，执行s42；若否，执行s43；

s42、判断舵反馈是否大于舵反馈参考值，所述的舵反馈参考值通过计算舵指令参考值与偏差参考值得到，即判断dz(x)>dzc且e(x)<ec是否成立，其中，dz(x)为当前电动舵机的输入指令，dzc为舵指令参考值，e(x)为当前电动舵机的偏差值，ec为偏差参考值；若是，执行s32；若否，执行s43；

s43、跳出过载保护，使输出的pwm信号为控制解算值。

其中，所述的s32中，当电动舵机输出的pwm信号为0时，通过设置蜗杆导程角小于其当量摩擦角，达到涡轮蜗杆传动自锁功能，以使电动舵机保持当前舵面位置，限制其自由运动，实现持续大负载状态下的舵机跟踪。

所述的负载电流参考值ic0、舵指令参考值dzc以及偏差参考值ec均通过电动舵机地面负载试验得到。

如图3所示，所述的电动舵机地面负载试验，主要由负载台、电动舵机、指令发生器、信息采集器和地面电源等设备进行，具体包含以下步骤：

首先，在负载台上将指令发生器、信息采集器分别与电动舵机进行连接，并通过地面电源向电动舵机供电；

其次，在电动舵机负载状态下，通过指令发生器输入不同指令；

接着，利用信息采集器采集电动舵机的指令信号、偏差信号、电流信号以及负载力矩信号等；

最后，分析采集得到的试验数据，获取负载电流参考值ic0(即在确定负载下，电流传感器采集到的电流值)；同时根据负载力矩、指令及偏差信号，确定舵指令参考值dzc和偏差参考值ec。

如图4所示，为本发明中的电动舵机控制方法的软件实现流程图。主要包括初始化子程序、定时中断子程序、数据解析子程序、pid算法子程序以及保护方法子程序等。首先进行系统初始化，由系统初始化子程序完成dsp控制器时钟、定时器、ad/da端口、pwm端口等功能的初始化，当时钟到达定时中断设计的时间后，进入ad采集子程序，后进入数据解析子程序，pid算法子程序接收数据解析得到的数据进行算法解算，完成pwm信号更新与电机方向更新等；最后进入保护子程序，按照图2所示流程执行，随后判断时钟是否到达遥测发送设置周期，完成遥测发送，从而实现电动舵机控制。

综上所述，本发明所提供的持续过载保护电动舵机的控制方法，采用电流传感器采集舵机电流信号，结合舵指令与偏差信息，控制电动舵机的功率输出，并利用涡轮蜗杆自锁功能实现持续大负载状态下的舵机跟踪，有效提高舵机的安全性，实现舵机在持续大负载下的保护功能，避免舵机在持续大负载下的失效，防止元器件在大电流工况下的损伤，进而不会造成舵机因为大负载需求而导致的体积庞大，成本较高。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。