CN202160143U - 一种利用电流负反馈抑制舵机电流的电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于自动控制领域，具体涉及一种利用电流负反馈抑制舵机电流的电路。目的是在舵控信号中耦合有高频干扰信号时，有效降低舵机电流。该电路包括舵***位置环控制器、舵***电流环控制器和电机；舵***位置环控制器用于接收舵***位置控制信号和舵***位置反馈信号，并输出整定后的位置误差信号给舵***电流环控制器，舵***电流环控制器将综合误差信号输出给电机；在舵***电流环控制器和电机之间还连接有电流负反馈电路，电流负反馈电路接收电机电枢电流，并将电流负反馈信号发送给舵***电流环控制器。该电路降低了舵控信号中耦合有干扰信号情况下的舵机电流；降低了舵机功耗和供电***负荷；提高舵机和舵机放大器工作可靠性。

Description

一种利用电流负反馈抑制舵机电流的电路

技术领域

本实用新型属于自动控制领域，具体涉及一种利用电流负反馈抑制舵机电流的电路。

背景技术

飞行器飞行过程中产生的随机振动会使惯性器件测量到的姿态信号耦合有一定的干扰信号，于是由惯性器件解算出的舵偏控制信号中也耦合有一定干扰信号。

这些干扰信号的频率往往远超出舵机的响应频带，因此舵机输出轴不会响应这些干扰信号。但是干扰信号可以通过舵机放大器电路改变伺服电机两端的电压，使其随着干扰信号的频率快速变化。而电机输出轴与舵机减速传动机构相连，受到电机自身转子和减速传动机构的转动惯量、传动摩擦力等因素的影响，电机转速变化速率跟不上电机两端电压变化速率。于是电机电枢反电动势不能抵消端电压，电源电压全部降落在电机内阻上，从而使电机电流大幅增加。

这种现象增大了舵机的功耗，使舵机工作温度迅速升高。飞行接近末段时需要进入机动飞行状态，姿态变化急剧，舵面偏转幅度大，舵机负载很大，需要消耗大量电能。如果舵机在飞行前半程中由于舵控信号中耦合的干扰信号而电流增大，消耗了过多电池能量，则会导致飞行末段电池能量不足，机动飞行时舵机性能下降。

综上所述，需要采用一种电路结构，改进舵***的控制回路，降低舵机电流。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种利用电流负反馈抑制舵机电流的电路，在舵控信号中耦合有高频干扰信号时，有效降低舵机电流，提高舵机工作可靠性。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种利用电流负反馈抑制舵机电流的电路，包括舵***位置环控制器、舵***电流环控制器和电机；舵***位置环控制器用于接收舵***位置控制信号和舵***位置反馈信号，并输出整定后的位置误差信号给舵***电流环控制器，舵***电流环控制器将综合误差信号输出给电机；其中：在舵***电流环控制器和电机之间还连接有电流负反馈电路，电流负反馈电路接收电机电枢电流，并将电流负反馈信号发送给舵***电流环控制器。

如上所述的一种利用电流负反馈抑制舵机电流的电路，其中：电流负反馈电路由电流传感器、反向比例电路和可调电阻组成；所述电流负反馈电路中的电流传感器用于测量电机电枢电流，并输出一个与电机电枢电流成线性比例关系的电压信号；该电压信号经反向比例电路后成为电流负反馈信号；舵***电流环控制器中的反向比例电路将电流负反馈信号和位置环控制器输出的位置控制信号作和得到电流控制信号输出给电机。

如上所述的一种利用电流负反馈抑制舵机电流的电路，其中：所述电流传感器性能参数为：测试信号频率范围由DC～100kHz，响应时间小于1us。

如上所述的一种利用电流负反馈抑制舵机电流的电路，其中：所述电流传感器输出的电压信号与所测试电流成线性关系，比例为1V/20A。

如上所述的一种利用电流负反馈抑制舵机电流的电路，其中：所述电流传感器为F.W.Bell公司的NT-50型号电流传感器。

本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型通过引入电流负反馈电路降低了舵控信号中耦合有干扰信号情况下的舵机电流；降低舵机功耗和供电***负荷；提高舵机和舵机放大器工作可靠性。

2.通过使用电流传感器可以精确快速的测量电流，并转换与电流值成线性关系的电压信号，可直接用于控制器运算。

3.通过设置可调节电阻，可以方便的调节电流抑制程度，便于在***性能和电流抑制效果之间达到最优化。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种利用电流负反馈抑制舵机电流的电路结构原理框图；

图2为图1中电流负反馈电路的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的一种利用电流负反馈抑制舵机电流的电路进行介绍：

如图1所示，一种利用电流负反馈抑制舵机电流的电路，包括舵***位置环控制器、舵***电流环控制器和电机；舵***位置环控制器用于接收舵***位置控制信号和舵***位置反馈信号，并输出整定后的位置误差信号给舵***电流环控制器，舵***电流环控制器将综合误差信号输出给电机；在舵***电流环控制器和电机之间还连接有电流负反馈电路，电流负反馈电路接收电机电枢电流，并将电流负反馈信号发送给舵***电流环控制器。

电流负反馈电路和舵***电流环控制器部分电路结构如图2所示，电流负反馈电路由电流传感器U1和1个反向比例电路组成(运放U2所在反向比例电路)；舵***电流环控制器由1个反向比例电路组成(运放U3所在反向比例电路)。舵***电流环控制器还可以是比例积分电路。

电流负反馈电路中的电流传感器用于测量电机电枢电流，并输出一个与电机电枢电流成线性比例关系的电压信号；该电压信号经反向比例电路后，即将电压信号乘以电流反馈系数K_C后，以负反馈形式发送给舵***电流环控制器，再与舵***位置控制器输出的位置误差信号作差，即减小舵***电流环控制器的输入信号，从而降低电机两端的电压，达到抑制舵机电流的目的。

电流传感器性能参数为：测试信号频率范围由DC～100kHz，响应时间小于1us；最优选择为F.W.Bell公司的NT-50型号电流传感器；电流传感器的I_in脚和I_out脚之间输入电机电枢电流；在Vout脚输出电压信号；电流传感器输出的电压信号与所测试电流成线性关系，比例最优为1V/20A。

运放U2及电阻R1、R2、R3、R5组成的反向比例电路改变电流传感器输出的电压信号的极性，使其与位置环控制器输出的位置误差信号Up反向。电流传感器输出的电压信号反向后与Up信号经过运放U3及电阻R4、R6、R7所在的反向比例电路作和，求和后的信号输出给电机。其中，电阻R5应是可调电阻。

调节电阻R5的阻值即可调节电流环反馈系数K_C的大小。电阻R5的初始值由电流环反馈系数K_C确定；电流负反馈系数K_C的初值为位置误差信号Up的最大值U_pmax与电机堵转电流值I_max之比，U_pmax、I_max为已知值。R5的初始值按照下式选取：

$R5=\frac{I_{\max }\·k\·R4}{U_{p\max }}---\left(1\right)$

k-电流传感器传递系数，本实施例中为1/20。

通常在完成舵***整个控制回路的控制参数设计时，会使舵***频带相对技术指标要求留有3～7Hz裕量。在电流负反馈系数K_C初值的基础上逐渐增大K_C值，即减小R5值，直至舵***频域指标降低至接近技术指标要求，此时电流负反馈即可在使舵***满足技术指标要求的前提下，最大限度的抑制舵***在响应超出频带的中、高频干扰信号控制信号时的电流。

经测试，对于舵***频带指标为13Hz，实测***频带为18Hz(裕量为5Hz)，直流电机电枢内阻约为0.47Ω，电枢电感约0.4mH的情况。将R5阻值确定为26kΩ时，此时K_C＝0.192，舵***在频率40Hz，幅值1V的干扰信号下，电流峰值可由86A降低至小于40A，舵***频带降低至14Hz。

Claims (5)

1.一种利用电流负反馈抑制舵机电流的电路，包括舵***位置环控制器、舵***电流环控制器和电机；舵***位置环控制器用于接收舵***位置控制信号和舵***位置反馈信号，并输出整定后的位置误差信号给舵***电流环控制器，舵***电流环控制器将综合误差信号输出给电机；其特征在于：在舵***电流环控制器和电机之间还连接有电流负反馈电路，电流负反馈电路接收电机电枢电流，并将电流负反馈信号发送给舵***电流环控制器。

2.根据权利要求1所述的一种利用电流负反馈抑制舵机电流的电路，其特征在于：电流负反馈电路由电流传感器、反向比例电路和可调电阻组成；所述电流负反馈电路中的电流传感器用于测量电机电枢电流，并输出一个与电机电枢电流成线性比例关系的电压信号；该电压信号经反向比例电路后成为电流负反馈信号；舵***电流环控制器中的反向比例电路将电流负反馈信号和位置环控制器输出的位置控制信号作和得到电流控制信号输出给电机。

3.根据权利要求2所述的一种利用电流负反馈抑制舵机电流的电路，其特征在于：所述电流传感器性能参数为：测试信号频率范围由DC～100kHz，响应时间小于1us。

4.根据权利要求2所述的一种利用电流负反馈抑制舵机电流的电路，其特征在于：所述电流传感器输出的电压信号与所测试电流成线性关系，比例为1V/20A。

5.根据权利要求2所述的一种利用电流负反馈抑制舵机电流的电路，其特征在于：所述电流传感器为F.W.Bell公司的NT-50型号电流传感器。

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