CN101609329A - 一种基于单通道双处理器结构的高性能三余度舵机 - Google Patents

一种基于单通道双处理器结构的高性能三余度舵机 Download PDF

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Abstract

本发明属于伺服控制领域，实现了一种基于单通道双处理器结构的高性能三余度舵机，涉及以高速数字处理器(DSP)为核心的嵌入式控制模块及其冗余配置和管理方案。其单通道硬件主要包括：前级处理器(FCP)09，次级处理器(SCP)10，故障隔离模块21，LVDT位移传感器18，电流传感器24，作动筒20，数据交叉传输通道(CCDL)23等。与传统的飞控计算机+作动器的舵回路模式相比，本发明减轻了飞控机的工作量，舵面闭环控制和余度管理任务封装到余度舵机内部完成，消除了飞控机和舵机之间的性能耦合。通过采用多环控制，双处理器互监控，数据交叉传输等策略，有效提高了舵机的控制性能与可靠性。

Description

一种基于单通道双处理器结构的高性能三余度舵机
技术领域
本发明属于机电伺服控制技术，涉及一种单通道双处理器结构的高性能三余度舵机。
背景技术
伺服作动***是飞行器控制***的执行部件，用于实现飞行器舵面的位置控制，是组成飞行控制***的重要分***之一。研制高性能、高可靠的伺服舵机对于提高伺服作动***乃至整个飞行控制***的性能有着重要意义。
充分利用数字处理技术和冗余技术，向模块化、智能化和高可靠性方向发展，是飞行作动控制的必然趋势。目前，余度舵机已获得广泛应用，通常的结构是以飞控计算机为核心，采集飞行器当前状态，计算舵机控制信号，并输出给余度舵机，同时，飞控计算机还担负着余度舵机的监控管理任务。这种舵回路结构存在的缺点是：
对飞控计算机的性能要求苛刻。飞控机需要消耗大量资源用于作动***的控制律计算和余度管理，而作动控制仅仅是飞控机诸多飞行管理任务之一。
飞控机与舵机的性能耦合强烈。舵机性能参数或配置的变化，必然导致飞控机软硬件的修改，同样，飞控机参数的变化，也会影响舵机性能的发挥，无法实现舵机的模块化。
本发明在余度舵机的单通道内，用双数字处理器分担运动控制和余度管理任务，构成高性能三余度舵机，一方面减轻了飞控机负担，另一方面提高了舵机的控制性能和可靠性，真正实现了余度舵机的模块化、集成化。
发明内容
本发明的目的是：提供一种结构紧凑、能够自主完成伺服控制和余度管理任务的高性能三余度舵机。
本发明的技术方案是：采取基于单通道双处理器结构的三余度配置，每个余度通道在硬件上主要包括：前级控制处理器(FCP)09，次级控制处理器(SCP)10，故障隔离模块21，LVDT位置传感器18，电流传感器24，作动筒20，数据交叉传输通道(CCDL)23等。前级控制处理器(FCP)和次级控制处理器(SCP)，其特征在于：前级控制处理器09和次级控制处理器10集成在舵机内部，采用DSP数字芯片。前级处理器接受飞控机04和LVDT传感器18的信号，形成表决/监控面，完成余度管理及数据分配任务；次级处理器采集电流、速度、位移等状态信号，完成多环反馈运动控制律计算，向作动器发出最终控制指令。双处理器通过双端口RAM 11通讯，并实时监控对方工作状态，使单通道具备了一定的自监控(BIT)能力，为整个***达到二次故障正常工作(FO/FO/FS)提供保证。数据交叉传输通道和故障隔离模块，其特征在于：进行各通道间信息的交互，于舵机内部完成表决监控、故障诊断和隔离，实现了舵机的自主工作，最大限度减少了飞控机和余度舵机之间的性能耦合。舵机多环反馈运动控制律，其特征在于：从内至外依次为伺服阀电流控制环，舵机速度控制环，舵机位置控制环。多环控制策略有利于将干扰量及时补偿、消除于内环，避免对外环输出造成影响；有利于提高***刚度；可以赋予的内环较高的响应速度，改善舵机整体动态特性。
与常规余度舵机相比，本舵机可自主完成伺服控制与余度管理任务，具有很高的控制性能与可靠性，简化了舵机与飞控机的接口，实现了伺服作动集成化。
附图说明
图1是高性能三余度舵机结构原理图。
图2是单通道结构原理图。
具体实施方式
高性能三余度舵机应完成两个任务：闭环伺服控制和自身余度管理。下面分别对其工作流程做详细说明。
以单通道闭环控制为例，飞行控制计算机04通过1553B总线(也可以是其它形式的总线或通讯方式)将飞控指令送入前级DSP处理器09；前级处理器通过双端口RAM11再将其传给次级处理器10。次级处理器利用A/D转换器14同时采集作动筒位移信号，作动筒速度信号和伺服阀电流信号，进行位置环、速度环和电流环的反馈控制计算，最终控制量通过D/A转换器07输出。驱动电路15将D/A电压信号转换成伺服阀16的驱动电流，控制作动筒20运动。三个通道同步工作，经力综合后驱动飞行器舵面，完成伺服作动。
为实现余度管理，LVDT传感器18检测本通道作动筒20的输出位移，经解调滤波电路22处理后，由A/D转换器13采集进入前级处理器。前级处理器通过CCDL交叉数据传输通道23将本通道位置信号发给其它两通道。这样每个通道的前级处理器均能感知三个通道的作动筒位移，并通过各自的表决/监控面判断是否有通道异常。三余度表决/监控面可以有效地检测到***的一次故障，当发生二次故障时(即剩下的两个通道出现数据分离)，表决/监控面就无能为力了。这种情况下，需要通道具有自监控(BIT)能力。本发明中，每个通道的前级处理器和次级处理器在开机上电后就按照预设的协议，不断读写双端口RAM 11的某个特定区域，若其中一个处理器发生故障，另一个处理器能快速识别，并发通道自我隔离信号。另外，作动器的微动开关19可以感受运动的同步情况，检测出本通道的机械故障并告知处理器。每个通道的前级和次级处理器均可以向隔离模块21发出隔离请求。隔离模块对双处理器的请求取或，通过电磁阀17隔离故障通道。通过三通道监控/表决以及单通道双处理器互监控策略，可以使三余度舵机达到二次故障正常工作(FO/FO/FS)的可靠性水平。

Claims (4)

1，一种基于单通道双处理器结构的高性能三余度舵机，其特征在于：
由三余度作动器控制器02和三余度作动器03构成。每个余度通道的硬件包括：前级控制处理器(FCP)09，次级控制处理器(SCP)10，故障隔离模块21，LVDT位置传感器18，电流传感器24，作动筒20，数据交叉传输通道(CCDL)23等。
2，根据权利要求1所述的前级控制处理器(FCP)和次级控制处理器(SCP)，其特征在于：
前级控制处理器09和次级控制处理器10集成在舵机内部，采用高速DSP数字芯片。前级处理器接受飞控机04和LVDT传感器18的信号，形成表决/监控面，完成余度管理及数据分配任务；次级处理器采集电流、速度、位移等状态信号，完成多环反馈运动控制律计算，向作动器发出最终控制指令。双处理器通过双端口RAM 11通讯，并实时监控对方工作状态，使单通道具备了一定的自监控(BIT)能力，为整个***达到二次故障正常工作(FO/FO/FS)提供保证。
3，根据权利要求1所述的数据交叉传输通道(CCDL)和故障隔离模块，其特征在于：
能够在没有飞控计算机参与的情况下，进行各通道间信息的交互，于舵机内部完成表决监控、故障诊断和隔离，实现了舵机的自主工作，最大限度减少了飞控机与余度舵机之间的性能耦合。
4，根据权利要求2所述的舵机多环反馈运动控制律，其特征在于：
从内至外依次为伺服阀电流控制环，舵机速度控制环，舵机位置控制环。多环控制策略有利于将干扰量及时补偿、消除于内环，避免对外环输出造成影响；有利于提高***刚度；可以赋予的内环较高的响应速度，改善舵机整体动态特性。
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