伺服转台防飞车系统的制作方法

本发明属于伺服控制技术领域，具体涉及一种伺服转台防飞车系统。

背景技术：

现有的伺服转台控制系统主要包括数据处理单元、脉冲宽度调制电路、功率级电路和伺服电机四部分。数据处理单元接收伺服转台位置、转速和目标脱靶量等参数并对其进行处理，将处理后生成的控制信号发送给脉冲宽度调制电路，脉冲宽度调制电路输出相应的脉冲宽度调制信号来控制伺服电机的方向、转速等，功率级电路用于对输出信号进行功率放大作用。这种伺服转台控制系统结构简单、成本低，但在伺服转台的调试过程中，程序跑飞、控制算法奇点、电磁干扰等问题都有可能导致脉冲宽度调制电路输出失控，造成伺服转台飞车，导致机械结构部件损坏甚至人员伤亡，存在一定的安全隐患。

技术实现要素：

为了解决现有伺服转台控制系统存在的因程序跑飞、控制算法奇点、电磁干扰等问题而出现的飞车情况，本发明提供一种伺服转台防飞车系统，提高了伺服系统的安全性。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的伺服转台防飞车系统，包括：

第一数据处理单元，接收伺服转台参数、判定伺服转台是否飞车、发送控制信号；

第一脉冲宽度调制电路，接收第一数据处理单元的控制信号，根据控制信号生成相应的调宽波并输出相应的第一脉宽调制信号和第二脉宽调制信号；

多路模拟开关电路，接收第一脉宽调制信号和第二脉宽调制信号，第一脉宽调制信号作为多路模拟开关的控制信号，第二脉宽调制信号作为伺服电机的刹停控制信号。

进一步的，采用主动判定方法判定伺服转台是否飞车，分为两种情况：

(1)根据伺服电机的方向、速度v、最大角加速度amax，计算出伺服电机在该方向运动的极限刹停角度θ1，当角度余量δθ小于极限刹停角度θ1时，判定转台飞车，此时通过第一脉宽调制信号控制多路模拟开关切断伺服转台控制系统对伺服电机的控制，同时输出第二脉宽调制信号刹停伺服电机；极限刹停角度θ1的计算公式为：

(2)看门狗系统，即在第一数据处理单元中设置定时器，伺服转台控制系统与定时器组成看门狗系统，伺服转台控制系统每执行一次计算，则向伺服转台防飞车系统发送定时器清零的指令，若定时器超过阈值，则判定伺服控制程序跑飞，通过第一脉宽调制信号控制多路模拟开关切断伺服转台控制系统对伺服电机的控制，通过第二脉宽调制信号来控制伺服电机的刹停。

进一步的，采用被动判定方法判定伺服转台是否飞车：

首先，根据伺服转台控制系统的自动控制算法，计算并设定角速度、角加速度的边界条件，若在伺服转台控制系统计算过程中，有参数超过边界条件，则判定控制算法出现奇点，此时通过伺服转台控制系统中的第二数据处理单元向伺服转台防飞车系统中的第一数据处理单元发送告警信号，通过第一脉宽调制信号控制多路模拟开关切断伺服转台控制系统对伺服电机的控制，通过第二脉宽调制信号来控制伺服电机的刹停。

进一步的，所述第一数据处理单元选用ti公司生产的tms320f28335。

进一步的，所述多路模拟开关选用max公司生产的max4674。

本发明的有益效果是：本发明通过在原伺服转台控制系统的基础上加入一组数据处理单元、脉冲宽度调制电路和多路模拟开关，实现了一种双核并行处理数据的伺服转台防飞车系统，通过并行处理数据，数据处理单元根据设定好的逻辑判断程序，判定伺服转台是否飞车，当伺服转台飞车时，数据处理单元控制多路模拟开关切断原控制信号的输出，同时输出伺服转台防飞车系统的控制信号，刹停伺服转台。本发明的伺服转台防飞车系统具有安全可靠、结构简单、易于实现等优点，可以植入原伺服转台控制系统中，具有较好的经济性和实用性。

附图说明

图1为本发明的伺服转台防飞车系统的结构框图。

图2为本发明的伺服转台防飞车系统应用于伺服转台控制系统后的结构框图。

图3为主动刹停判定示意图。

图4为系统判定逻辑框图。

图中：1、伺服转台防飞车系统，101、第一数据处理单元，102、第一脉冲宽度调制电路，103、多路模拟开关，2、伺服转台控制系统，201、第二数据处理单元，202、第二脉冲宽度调制电路，203、功率级电路，204、伺服电机。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明的伺服转台防飞车系统主要包括：第一数据处理单元101、第一脉冲宽度调制电路102、多路模拟开关103三部分。第一数据处理单元101主要用于接收伺服转台参数(伺服转台位置、转速)、判定伺服转台是否飞车、向第一脉冲宽度调制电路102发送控制信号。第一脉冲宽度调制电路102主要用于接收第一数据处理单元101的控制信号，根据控制信号生成相应的调宽波并输出相应的两路脉宽调制信号即第一脉宽调制信号和第二脉宽调制信号，第一脉宽调制信号作为多路模拟开关103的控制信号，通过输出的第一脉宽调制信号控制多路模拟开关103，第二脉宽调制信号作为伺服电机204的刹停控制信号，通过输出的第二脉宽调制信号来控制伺服电机204的刹停。多路模拟开关103能够同时接收来自伺服转台控制系统的控制信号和伺服转台防飞车系统的控制信号，并选择其中一种控制信号输出。

如图2所示，现有伺服转台控制系统主要包括第二数据处理单元201、第二脉冲宽度调制电路202、功率级电路203和伺服电机204四部分。将本发明的伺服转台防飞车系统植入现有伺服转台控制系统中。

伺服转台正常工作状态下，第二数据处理单元201接收伺服转台位置、转速和目标脱靶量等参数并对其进行处理，将处理后生成的控制信号发送给第二脉冲宽度调制电路202，第二脉冲宽度调制电路202输出相应的第三脉冲宽度调制信号，多路模拟开关103接收此第三脉冲宽度调制信号来控制伺服电机204的方向、转速等，控制伺服转台追踪目标。功率级电路203用于对输出信号进行功率放大作用。

在伺服转台防飞车系统的第一数据处理单元101中设定好逻辑判断程序，在伺服转台正常工作的同时，利用第一数据处理单元101接收伺服转台参数(伺服转台位置、转速)，并根据设定好的逻辑判断程序判定伺服转台是否飞车，当伺服转台飞车时，第一数据处理单元101向第一脉冲宽度调制电路102发送控制信号，第一脉冲宽度调制电路102根据控制信号生成相应的调宽波并输出相应的两路脉宽调制信号即第一脉宽调制信号和第二脉宽调制信号，第一脉宽调制信号作为多路模拟开关103的控制信号，通过输出的第一脉宽调制信号控制多路模拟开关103切断第三脉冲宽度调制信号的输出，第二脉宽调制信号作为伺服电机204的刹停控制信号，通过输出的第二脉宽调制信号来控制伺服电机204的刹停，刹停转台。

本发明的伺服转台防飞车系统对伺服转台是否飞车的判定流程如图4所示，主要包括以下步骤：

本发明的伺服转台防飞车系统对伺服转台是否飞车的判定方法主要包括主动判定和被动判定两种，主动判定分为两种情况：

1、第一种主动判定，根据伺服电机204的方向、速度v、最大角加速度amax，计算出伺服电机204在该方向运动的极限刹停角度θ1，具体如图3所示，其中s1为转台的可移动区域、s2为转台死区，当角度余量δθ小于极限刹停角度θ1时，判定转台飞车，此时通过第一脉宽调制信号控制多路模拟开关103，切断伺服转台控制系统对伺服电机204的控制，同时输出第二脉宽调制信号刹停伺服电机204；极限刹停角度θ1可以根据伺服电机204的速度v、伺服电机204的最大角加速度amax求得，公式如下：

2、第二种主动判定，看门狗系统，即在伺服转台防飞车系统中的第一数据处理单元101中设置定时器，伺服转台控制系统与第一数据处理单元101中的定时器组成看门狗系统，伺服转台控制系统每执行一次计算，则向伺服转台防飞车系统发送定时器清零的指令，若定时器超过阈值，则判定伺服控制程序跑飞，通过第一脉宽调制信号控制多路模拟开关103，切断伺服转台控制系统对伺服电机204的控制，通过第二脉宽调制信号来控制伺服电机204的刹停。

被动判定，为伺服转台控制系统的自动控制算法设定边界条件，若在伺服转台控制系统计算过程中，有速度、加速度等参数超过边界条件，则判定控制算法出现奇点，此时通过伺服转台控制系统中的第二数据处理单元201向伺服转台防飞车系统中的第一数据处理单元101发送告警信号，通过第一脉宽调制信号控制多路模拟开关103，切断伺服转台控制系统对伺服电机204的控制，通过第二脉宽调制信号来控制伺服电机204的刹停。

本实施方式中，选用ti公司生产的tms320f28335作为伺服转台防飞车系统的第一数据处理单元101，tms320f28335是一款时钟高达150mhz的32位浮点型dps，具有3路串口通讯、18个pwm输出端口，满足系统的计算精度和功能的需求。

本实施方式中，选用max公司生产的max4674作为选择信号输出的多路模拟开关103，其输出状态由第一数据处理单元101即tms320f28335控制。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。