專利名稱：一種舵機控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種舵機控制器，特別涉及一種能同時獨立控制兩個舵機的舵機控制器，屬于無刷直流電機位置控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，在舵機控制系統(tǒng)中，大多是一個舵機控制器控制一個舵機。在實際應(yīng)用中，一個系統(tǒng)通常需要用到兩個甚至多個舵機，以滿足二維或多維運動控制的需求。在此類系統(tǒng)中用到的傳統(tǒng)舵機控制器數(shù)量越多，系統(tǒng)體積就越大，占用空間也就越大，而且浪費資源。

實用新型內(nèi)容為了克服現(xiàn)有的舵機控制器只能控制一個舵機，在用到多個獨立舵機的系統(tǒng)中需要使用多個舵機控制器，占用空間大并浪費資源的問題，本實用新型提供一種能同時獨立控制兩個舵機，實用、緊湊的舵機控制器。為解決上述問題，本實用新型的技術(shù)方案如下:一種舵機控制器，包括:電源模塊、控制模塊和電機驅(qū)動模塊，以及外圍設(shè)備上位機和舵機執(zhí)行機構(gòu)；所述舵機執(zhí)行機構(gòu)上安裝有位置傳感器；其中，電源模塊分別與控制模塊和電機驅(qū)動模塊連接，控制模塊與電機驅(qū)動模塊連接，電機驅(qū)動模塊與舵機執(zhí)行機構(gòu)連接；上位機與控制模塊連接；其中，電源模塊的作用為，將輸入的直流電壓隔離并轉(zhuǎn)換為各模塊所需的電壓值，為驅(qū)動模塊和電機·驅(qū)動模塊提供直流電源；控制模塊的作用為，實現(xiàn)對舵腳位置的閉環(huán)控制，并將控制信號輸出給電機驅(qū)動模塊；電機驅(qū)動模塊的作用為，將電源模塊提供的直流電源轉(zhuǎn)變?yōu)殡姍C需要的三相電源；對電機進行保護，并控制舵機執(zhí)行機構(gòu)的工作狀態(tài)；所述電機驅(qū)動模塊內(nèi)置H橋電路；上位機的作用為，發(fā)出舵機控制指令，限定舵機的目標位置，并接受舵機控制器反饋的位置信息；舵機執(zhí)行機構(gòu)的作用為，接受舵機控制器的指令，驅(qū)動舵機運動；所述控制模塊，包括:信號調(diào)理模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、DA轉(zhuǎn)換模塊、控制算法處理模塊、通信模塊、保護模塊；其中，信號調(diào)理模塊與AD轉(zhuǎn)換模塊連接，DA轉(zhuǎn)換模塊與保護模塊連接；AD轉(zhuǎn)換模塊、通信模塊、DA轉(zhuǎn)換模塊、保護模塊分別與控制算法處理模塊連接；信號調(diào)理模塊與舵機執(zhí)行機構(gòu)上的位置傳感器連接；電機驅(qū)動模塊分別與控制算法處理模塊和保護模塊連接；通信模塊與上位機連接；其中，信號調(diào)理模塊的作用為，將位置傳感器輸入的位置信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換，輸出給AD轉(zhuǎn)換模塊；[0015]AD轉(zhuǎn)換模塊的作用為，將信號調(diào)理模塊輸出的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將數(shù)字信號輸出到控制算法處理模塊；DA轉(zhuǎn)換模塊的作用為，將控制算法處理模塊輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號，并將模擬電壓信號輸出給保護模塊；保護模塊的作用為，對從控制算法處理模塊得到的電機驅(qū)動模塊的輸入電壓和輸出電流信號進行檢測，并與電機驅(qū)動模塊的輸入電壓和輸出電流閾值比較，并將得到的欠壓、過壓和過流保護信號輸出給控制算法處理模塊；通信模塊的作用為，實現(xiàn)上位機與控制算法處理模塊之間的控制指令和反饋信息的雙向傳輸；控制算法處理模塊的作用為，一方面接收上位機的控制指令，通過舵機執(zhí)行機構(gòu)上的位置傳感器檢測當(dāng)前舵角位置并與目標位置進行比較，若未達到目標位置，則通過指令控制電機驅(qū)動模塊使電機繼續(xù)轉(zhuǎn)動，直至在誤差允許范圍內(nèi)到達目標舵角位置，并向上位機反饋最終舵角，以形成對舵角位置的閉環(huán)控制。另一方面是為保護模塊設(shè)定欠壓、過壓和過流保護的閾值，檢測保護模塊輸出的欠壓、過壓和過流保護信號；當(dāng)出現(xiàn)欠壓、過壓或過流故障時，通過指令關(guān)斷電機驅(qū)動模塊的輸出，實現(xiàn)對舵機控制器的保護；進一步地，當(dāng)所用電機為無刷直流電機時，所述電機驅(qū)動模塊的作用為，接收控制算法處理模塊的控制指令，產(chǎn)生滿足指令要求的PWM波形，經(jīng)自舉升壓電路和功率放大電路驅(qū)動內(nèi)置的H橋電路，將電源模塊提供給電機驅(qū)動模塊用于電機轉(zhuǎn)動的直流電源逆變?yōu)闊o刷直流電機所需的三相電源；所述電機驅(qū)動模塊、信號調(diào)理模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、DA轉(zhuǎn)換模塊和保護模塊均包含兩個通道，可分別驅(qū)動兩個獨立的舵機。一種舵機控制方法，該方法采用本實用新型所述舵機控制器，具體步驟如下:步驟一、給電源模塊上電，將輸入的直流電壓轉(zhuǎn)換為各模塊需要的電壓值，為控制模塊和電機驅(qū)動模塊提供直流電源；步驟二、通過控制算法處理模塊對AD轉(zhuǎn)換模塊、通信模塊、DA轉(zhuǎn)換模塊、保護模塊進行初始化；控制算法處理模塊對DA轉(zhuǎn)換模塊給定數(shù)字電壓電流閾值，通過DA轉(zhuǎn)換模塊將數(shù)字電壓電流閾值轉(zhuǎn)換為模擬的電壓電流閾值后，輸出到保護模塊；步驟三、舵機執(zhí)行機構(gòu)上的位置傳感器對舵機的當(dāng)前位置進行檢測，并將當(dāng)前位置信息轉(zhuǎn)化為電信號，傳輸給信號調(diào)理模塊進行處理；信號調(diào)理模塊將處理后的信號傳輸給AD轉(zhuǎn)換模塊；步驟四、上位機發(fā)出舵機控制指令，限定舵機的目標位置；舵機控制指令經(jīng)通信模塊傳輸給控制算法處理模塊；步驟五、控制算法處理模塊向AD轉(zhuǎn)換模塊發(fā)出指令，使AD轉(zhuǎn)換模塊將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號傳輸給控制算法處理模塊；步驟六、在控制算法處理模塊內(nèi)將舵機的當(dāng)前位置與目標位置進行比對；根據(jù)比對結(jié)果，進行情況判斷；如果當(dāng)前位置與目標位置一致，接步驟七；
如果當(dāng)前位置與目標位置不一致，接步驟八；步驟七、控制算法處理模塊通過通信模塊向上位機反饋當(dāng)前舵機位置，結(jié)束本次工作過程；步驟八、控制算法處理模塊解算出舵機由當(dāng)前位置運動到目標位置所需的參數(shù)，并將運動指令通過電機驅(qū)動模塊輸出給舵機執(zhí)行機構(gòu)，驅(qū)動舵機運動；步驟九、電機驅(qū)動模塊將輸出電流和內(nèi)部H橋電路輸入電壓的信號傳輸給保護模塊，經(jīng)保護模塊內(nèi)置的信號調(diào)理電路處理后，與保護模塊中模擬的電壓電流閾值進行比對，并將比對結(jié)果傳輸給控制算法處理模塊；根據(jù)比對結(jié)果，進行情況判斷；如果出現(xiàn)過流、過壓或欠壓情況，接步驟十；如果沒有出現(xiàn)過流、過壓或欠壓情況，接步驟十一；步驟十、控制算法處理模塊向電機驅(qū)動模塊發(fā)出指令，關(guān)斷電機驅(qū)動模塊內(nèi)部的H橋電路，對H橋電路和航機進行保護；步驟十一、重復(fù)步驟三 九，直至舵機運動到目標位置。有益效果本實用新型提供了一種舵機控制器，可以通過一個控制算法處理模塊獨立控制兩個舵機，同時可減小系統(tǒng)體積，降低系統(tǒng)功耗，節(jié)約資源。


圖1為本實用新型所述舵機控制器的組成模塊圖；圖2為控制模塊的組成模塊圖。
具體實施方式
下面通過實施例，對本實用新型進一步詳細說明。實施例如圖1所示的舵機控制器，包括:電源模塊、控制模塊和電機驅(qū)動模塊，以及外圍設(shè)備上位機和舵機執(zhí)行機構(gòu)；所述舵機執(zhí)行機構(gòu)上安裝有位置傳感器；其中，電源模塊分別與控制模塊和電機驅(qū)動模塊連接，控制模塊與電機驅(qū)動模塊連接，電機驅(qū)動模塊與舵機執(zhí)行機構(gòu)連接；上位機與控制模塊連接；其中，電源模塊的作用為，將輸入的直流電壓隔離并轉(zhuǎn)換為各模塊所需的電壓值，為驅(qū)動模塊和電機驅(qū)動模塊提供直流電源；控制模塊的作用為，實現(xiàn)對舵腳位置的閉環(huán)控制，并將控制信號輸出給電機驅(qū)動模塊；電機驅(qū)動模塊的作用為，將電源模塊提供的直流電源轉(zhuǎn)變?yōu)殡姍C需要的三相電源；對電機進行保護，并控制舵機執(zhí)行機構(gòu)的工作狀態(tài)；所述電機驅(qū)動模塊內(nèi)置H橋電路；上位機的作用為，發(fā)出舵機控制指令，限定舵機的目標位置，并接受舵機控制器反饋的位置信息；舵機執(zhí)行機構(gòu)的作用為，接受舵機控制器的指令，驅(qū)動舵機運動；如圖2所示的控制模塊，包括:信號調(diào)理模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、DA轉(zhuǎn)換模塊、控制算法處理模塊、通信模塊、保護模塊；其中，信號調(diào)理模塊與AD轉(zhuǎn)換模塊連接，DA轉(zhuǎn)換模塊與保護模塊連接；AD轉(zhuǎn)換模塊、通信模塊、DA轉(zhuǎn)換模塊、保護模塊分別與控制算法處理模塊連接；信號調(diào)理模塊與舵機執(zhí)行機構(gòu)上的位置傳感器連接；電機驅(qū)動模塊分別與控制算法處理模塊和保護模塊連接；通信模塊與上位機連接；其中，信號調(diào)理模塊的作用為，通過光電編碼器或電位計，將位置傳感器輸入的位置信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換，輸出給AD轉(zhuǎn)換模塊；AD轉(zhuǎn)換模塊的作用為，將信號調(diào)理模塊輸出的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將數(shù)字信號輸出到控制算法處理模塊；DA轉(zhuǎn)換模塊的作用為，將控制算法處理模塊輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號，并將模擬電壓信號輸出給保護模塊；保護模塊的作用為，對從控制算法處理模塊得到的電機驅(qū)動模塊的輸入電壓和輸出電流信號進行檢測，并與電機驅(qū)動模塊的輸入電壓和輸出電流閾值比較，并將得到的欠壓、過壓和過流保護信號輸出給控制算法處理模塊；通信模塊的作用為，通過光耦隔離的RS232接口或光耦隔離的CAN通信接口，實現(xiàn)上位機與控制算法處 理模塊之間的控制指令和反饋信息的雙向傳輸；控制算法處理模塊的作用為，通過內(nèi)置的通用處理器、數(shù)字信號處理器或現(xiàn)場可編程邏輯陣列，一方面接收上位機的控制指令，通過舵機執(zhí)行機構(gòu)上的位置傳感器檢測當(dāng)前舵角位置并與目標位置進行比較，若未達到目標位置，則通過指令控制電機驅(qū)動模塊使電機繼續(xù)轉(zhuǎn)動，直至在誤差允許范圍內(nèi)到達目標舵角位置，并向上位機反饋最終舵角，以形成對舵角位置的閉環(huán)控制。另一方面是為保護模塊設(shè)定欠壓、過壓和過流保護的閾值，檢測保護模塊輸出的欠壓、過壓和過流保護信號；當(dāng)出現(xiàn)欠壓、過壓或過流故障時，通過指令關(guān)斷電機驅(qū)動模塊的輸出，實現(xiàn)對舵機控制器的保護；進一步地，當(dāng)所用電機為無刷直流電機時，所述電機驅(qū)動模塊的作用為，接收控制算法處理模塊的控制指令，產(chǎn)生滿足指令要求的PWM波形，經(jīng)自舉升壓電路和功率放大電路驅(qū)動內(nèi)置的H橋電路，將電源模塊提供給電機驅(qū)動模塊用于電機轉(zhuǎn)動的直流電源逆變?yōu)闊o刷直流電機所需的三相電源；所述電源模塊由兩塊隔離模塊組成，一路隔離模塊將輸入電壓隔離成一路之后作為另外一路的輸出，另外一路經(jīng)過隔離之后，將電源分配成四路輸出。所述電機驅(qū)動模塊、信號調(diào)理模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、DA轉(zhuǎn)換模塊和保護模塊均包含兩個通道，可分別驅(qū)動兩個獨立的舵機。一種舵機控制方法，該方法采用本實用新型所述舵機控制器，具體步驟如下:步驟一、給電源模塊上電，將輸入的直流電壓轉(zhuǎn)換為各模塊需要的電壓值，為控制模塊和電機驅(qū)動模塊提供直流電源；步驟二、通過控制算法處理模塊對AD轉(zhuǎn)換模塊、通信模塊、DA轉(zhuǎn)換模塊、保護模塊進行初始化；控制算法處理模塊對DA轉(zhuǎn)換模塊給定數(shù)字電壓電流閾值，通過DA轉(zhuǎn)換模塊將數(shù)字電壓電流閾值轉(zhuǎn)換為模擬的電壓電流閾值后，輸出到保護模塊；步驟三、舵機執(zhí)行機構(gòu)上的位置傳感器對舵機的當(dāng)前位置進行檢測，并將當(dāng)前位置信息轉(zhuǎn)化為電信號，傳輸給信號調(diào)理模塊進行處理；信號調(diào)理模塊將處理后的信號傳輸給AD轉(zhuǎn)換模塊；步驟四、上位機發(fā)出舵機控制指令，限定舵機的目標位置；舵機控制指令經(jīng)通信模塊傳輸給控制算法處理模塊；[0066]步驟五、控制算法處理模塊向AD轉(zhuǎn)換模塊發(fā)出指令，使AD轉(zhuǎn)換模塊將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號傳輸給控制算法處理模塊；步驟六、在控制算法處理模塊內(nèi)將舵機的當(dāng)前位置與目標位置進行比對；根據(jù)比對結(jié)果，進行情況判斷；如果當(dāng)前位置與目標位置一致，接步驟七；如果當(dāng)前位置與目標位置不一致，接步驟八；步驟七、控制算法處理模塊通過通信模塊向上位機反饋當(dāng)前舵機位置，結(jié)束本次工作過程；步驟八、控制算法處理模塊解算出舵機由當(dāng)前位置運動到目標位置所需的參數(shù)，并將運動指令通過電機驅(qū)動模塊輸出給舵機執(zhí)行機構(gòu)，驅(qū)動舵機運動；步驟九、電機驅(qū)動模塊將輸出電流和內(nèi)部H橋電路輸入電壓的信號傳輸給保護模塊，經(jīng)保護模塊內(nèi)置的信號調(diào)理電路處理后，與保護模塊中模擬的電壓電流閾值進行比對，并將比對結(jié)果傳輸給控制算法處理模塊；根據(jù)比對結(jié)果，進行情況判斷；如果出現(xiàn)過流、過壓或欠壓情況，接步驟十；如果沒有出現(xiàn)過流、過壓或欠壓情況，接步驟十一；步驟十、控制算法處理模塊向電機驅(qū)動模塊發(fā)出指令，關(guān)斷電機驅(qū)動模塊內(nèi)部的H橋電路，對H橋電路和航機進行保護；步驟十一、重復(fù)步驟三 九，直至舵機運動到目標位置。
綜上所述，以上僅為本實用新型的較佳實施例而已，并非用于限定本實用新型的保護范圍。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種舵機控制器，其特征在于:所述舵機控制器包括電源模塊、控制模塊和電機驅(qū)動模塊，以及外圍設(shè)備上位機和舵機執(zhí)行機構(gòu)；所述舵機執(zhí)行機構(gòu)上安裝有位置傳感器； 其中，電源模塊分別與控制模塊和電機驅(qū)動模塊連接，控制模塊與電機驅(qū)動模塊連接，電機驅(qū)動模塊與舵機執(zhí)行機構(gòu)連接；上位機與控制模塊連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種舵機控制器，其特征在于:所述控制模塊，包括:信號調(diào)理模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、DA轉(zhuǎn)換模塊、控制算法處理模塊、通信模塊、保護模塊； 其中，信號調(diào)理模塊與AD轉(zhuǎn)換模塊連接，DA轉(zhuǎn)換模塊與保護模塊連接；AD轉(zhuǎn)換模塊、通信模塊、DA轉(zhuǎn)換模塊、保護模塊分別與控制算法處理模塊連接；信號調(diào)理模塊與舵機執(zhí)行機構(gòu)上的位置傳感器連接；電機驅(qū)動模塊分別與控制算法處理模塊和保護模塊連接；通信模塊與上位機連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種舵機控制器，其特征在于:所述電機驅(qū)動模塊、信號調(diào)理模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、DA轉(zhuǎn) 換模塊和保護模塊均包含兩個通道，可分別驅(qū)動兩個獨立的舵機。
專利摘要本實用新型涉及一種舵機控制器，包括電源模塊、控制模塊和電機驅(qū)動模塊，以及外圍設(shè)備上位機和舵機執(zhí)行機構(gòu)；所述舵機執(zhí)行機構(gòu)上安裝有位置傳感器；其中，電源模塊分別與控制模塊和電機驅(qū)動模塊連接，控制模塊與電機驅(qū)動模塊連接，電機驅(qū)動模塊與舵機執(zhí)行機構(gòu)連接；上位機與控制模塊連接；所述控制模塊包括信號調(diào)理模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、DA轉(zhuǎn)換模塊、控制算法處理模塊、通信模塊、保護模塊；所示舵機控制器可通過一個控制算法處理模塊獨立控制兩個舵機，同時可減小系統(tǒng)體積，降低系統(tǒng)功耗，節(jié)約資源。
文檔編號B63H25/24GK203094429SQ20132000761
公開日2013年7月31日 申請日期2013年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月8日
發(fā)明者周俊, 楊邦清, 向偉, 蔡庸軍, 劉方兵, 李光陽 申請人:中國船舶重工集團公司第七一○研究所