CN102706271A - 一种舵机舵面角位置传感器冗余装置和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种舵机舵面角位置传感器冗余装置和控制方法，双余度角位置传感器采集舵机舵面的角位置，输出两路舵面角位置采样值，分别经过一个调理电路，调理成CPU的AD模块能够识别的电压值，再分别经过一个滤波电路滤波，输入CPU进行处理，当一个余度发生故障时，切除该余度信号，并用另一余度的舵面角位置采样值作为最终的位置闭环反馈数据。本发明减小了传感器的误差，提高了传感器的精度；提高了***的可靠性；为装置维护提供了方便。

Description

一种舵机舵面角位置传感器冗余装置和控制方法

技术领域

本发明涉及一种角位置传感器冗余装置和管理方法，尤其是一种用于余度舵机***的舵面角位置传感器冗余装置和管理方法。

背景技术

在余度舵机***中，舵面角位置传感器主要用来实时采集舵面的位置，并通过调理电路进行处理，之后经过滤波电路送入CPU得到位置综合输出，所以舵面角位置传感器是***中非常重要的一部分，它为***提供了位置反馈信号，让***更加有效、稳定的运行。角位置传感器的可靠性则直接影响位置信号的采集，从而影响舵***的安全运行。

目前，在舵机***中，主要采用的是单余度角位置传感器，若其出现故障，则会引起***位置反馈出错，整个***错误运行甚至导致***崩溃，所以主要致力于对其电力电子器件性能和可靠性的提高。西北工业大学的张海涛发表的论文《高精度双余度舵机伺服***研究》就是利用的这种技术，由于材料、制造工艺原因，已经很难大幅度提高这些电子器件的性能和可靠性，且会大幅增加成本。

发明内容

本发明描述并提供了一种舵面角位置传感器冗余装置和管理方法，它能够在角位置传感器正常工作时，利用双余度的优势，提高角位置传感器的精度，而在一个余度出现故障时，能立即检测出故障，并将故障余度角位置传感器隔离，切换到单余度工作模式，利用未故障余度角位置传感器继续对舵面角位置进行采集与处理，有效的提高了舵机***舵面角位置传感器的可靠性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括CPU、滤波电路、调理电路和双余度角位置传感器。其中，双余度角位置传感器采集舵机舵面的角位置，输出两路舵面角位置采样值，分别经过一个调理电路，调理成CPU的AD模块能够识别的电压值，再分别经过一个滤波电路滤波，输入CPU进行处理。当一个余度发生故障时，切除该余度信号，并用另一余度的舵面角位置采样值作为最终的位置闭环反馈数据，***仍然可以完成指定功能。

所述的双余度角度位置传感器为两个电气独立的电位计，同轴安装，且分别连接一个调理电路。

本发明还提供上述装置的控制方法，包括以下步骤：

第一步：采集舵机的两路舵面角位置采样值，分别进行调理和滤波。

第二步：判断两路舵面角位置采样值是否都超出设定阈值，若是，则判定装置故障并报错，位置闭环反馈数据（即位置值综合输出）等于0，；若不是，进入第三步。

第三步：判断两路舵面角位置采样值的差值是否超出设定阈值，若不是，位置闭环反馈数据等于两路舵面角位置采样值之和除以二；若是，进入第四步。

第四步：判断舵面位置给定值与两路舵面角位置采样值的差值大小，位置闭环反馈数据等于较小差值对应的那一路舵面角位置采样值。

第二步所述的设定阈值为-30°~+30°，第三步所述的设定阈值为-3°~+3°。

本发明应用于舵机舵面角位置监测与反馈，与传统位置传感器监测与反馈方法相比具有以下优点：

1）采用双余度传感器，在两个余度传感器正常工作时，减小了传感器的误差，提高了传感器的精度。

2)当一个余度传感器故障时，***能够继续正常工作，提高了***的可靠性。

3）当一个余度传感器故障时，提供相应的故障点信息，为装置维护提供了方便。

附图说明

图1为舵机舵面角位置传感器传感器冗余装置结构图。

图中，1—位置传感器冗余控制模块CPU，2—余度1滤波电路，3—余度2滤波电路，4—余度1调理电路，5—余度2调理电路，6—双余度位置传感器。

图2为双余度位置传感器结构图。

图中，7—余度1位置传感器，8—余度2位置传感器。

图3为舵机舵面角位置传感器冗余装置控制方法。

具体实施方式

本发明包括CPU、余度1滤波电路、余度1调理电路、余度2滤波电路、余度2调理电路、双余度角位置传感器。其中，双余度角位置传感器采集舵机舵面的角位置，输出两路舵面角位置值，分别经过余度1调理电路和余度2调理电路，调理成CPU的AD端口能够识别的电压值，再经余度1滤波电路和余度2滤波电路滤波，输入CPU进行处理。

舵面角度位置传感器为两个电气独立的电位计同轴安装，且分别接于控制***的余度1及余度2调理电路。舵面角位置传感器故障一般表现为线路接触不良，此时采样得到的反馈值会明显地偏离位置偏转角对应电压信号的正常范围。经实际调试，将舵机舵面位置偏转角在-30°~+30°正常变化时的电压输出信号放大调理成可供CPU中AD模块采样的0.417~2.083V电压；若发生线路短路故障，则采样值会恒表现为0或3V（对应极限偏转位置），因此可以判定该余度电位计发生故障，应该及时切除，并用另一余度的位置采样值作为最终的位置闭环反馈数据，***仍然可以完成指定功能。控制方法如下：

第一步：对余度1和余度2位置反馈值进行采集。进入第二步。

第二步：判断余度1位置反馈值和余度2位置反馈值是否都超出设定阈值，若是，则位置值综合输出=0，装置故障并报错；若不是，进入第三步。

第三步：判断余度1位置反馈值和余度2位置反馈值的差值的绝对值是否超出设定阈值，若不是，位置综合输出=（余度1位置反馈值+余度2位置反馈值）/2；若是，进入第四步。

第四步：判断位置给定与余度2位置反馈值的差值的绝对值是否大于位置给定与余度1位置反馈值的差值的绝对值，若是，位置综合输出=余度1位置反馈值；若不是，位置综合输出=余度2位置反馈值。

本发明在原有的角位置传感器结构和控制方法上做了改进，选择了高精度、高性能的双余度位置传感器，并且对控制策略与方法进行了改进。此冗余装置为热备份模式，即在正常情况下，两余度同时工作，在某一余度发生故障时，立即对故障余度进行隔离，智能切换到未故障余度的位置传感器进行位置信号的采集与处理，进入单余度工作模式。所以这项发明提高了舵面角位置传感器部分的可靠性，而且还能进行故障诊断与隔离，进而切换至正常余度工作，保证了整个***的正常运行。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，本发明包括位置传感器冗余控制模块CPU1，余度1滤波电路2，余度2滤波电路3，余度1调理电路4，余度2调理电路5，双余度位置传感器6。其中，双余度位置传感器6采集舵机舵面角位置，输出两路舵面角位置值，分别经过余度1调理电路2和余度2调理电路3（如利用AD620放大），调理成CPU的AD端口能够识别的电压值，分别经余度1滤波电路4和余度2滤波电路5滤波（如二阶有源滤波），输入位置传感器冗余控制模块CPU1。

双余度位置传感器如图2所示，它由余度1位置传感器7和余度2位置传感器8构成，彼此互为余度，且电气隔离。当一个位置传感器出现故障，另一个位置传感器仍可正常工作。

如图3所示，是舵机舵面角位置传感器冗余装置控制方法。

第一步：对余度1和余度2位置反馈值进行采集。进入第二步。

第二步：判断余度1位置反馈值和余度2位置反馈值是否都超出设定阈值（本样机中为-30°~30°），若是，则位置值综合输出=0，装置故障并报错；若不是，进入第三步。

第三步：判断余度1位置反馈值和余度2位置反馈值的差值的绝对值是否超出设定阈值（本样机中为-3°~3°），若不是，位置综合输出=（余度1位置反馈值+余度2位置反馈值）/2；若是，进入第四步。

第四步：判断位置给定与余度2位置反馈值的差值的绝对值是否大于位置给定与余度1位置反馈值的差值的绝对值，若是，位置综合输出=余度1位置反馈值；若不是，位置综合输出=余度2位置反馈值。

Claims (4)

1.一种舵机舵面角位置传感器冗余装置，包括CPU、滤波电路、调理电路和双余度角位置传感器，其特征在于：双余度角位置传感器采集舵机舵面的角位置，输出两路舵面角位置采样值，分别经过一个调理电路，调理成CPU的AD模块能够识别的电压值，再分别经过一个滤波电路滤波，输入CPU进行处理，当一个余度发生故障时，切除该余度信号，并用另一余度的舵面角位置采样值作为最终的位置闭环反馈数据。

2.根据权利要求1所述的舵机舵面角位置传感器冗余装置，其特征在于：所述的双余度角度位置传感器为两个电气独立的电位计，同轴安装。

3.一种权利要求1所述舵机舵面角位置传感器冗余装置的控制方法，其特征在于包括下述步骤：

第一步：采集舵机的两路舵面角位置采样值，分别进行调理和滤波；

第二步：判断两路舵面角位置采样值是否都超出设定阈值，若是，则判定装置故障并报错，位置闭环反馈数据等于0，；若不是，进入第三步；

第三步：判断两路舵面角位置采样值的差值是否超出设定阈值，若不是，位置闭环反馈数据等于两路舵面角位置采样值之和除以二；若是，进入第四步；

第四步：判断舵面位置给定值与两路舵面角位置采样值的差值大小，位置闭环反馈数据等于较小差值对应的那一路舵面角位置采样值。

4.根据权利要求3所述的舵机舵面角位置传感器冗余装置的控制方法，其特征在于：第二步所述的设定阈值为-30°~+30°，第三步所述的设定阈值为-3°~+3°。

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