專利名稱：一種利用電流負反饋抑制舵機電流的電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于自動控制領(lǐng)域，具體涉及一種利用電流負反饋抑制舵機電流的電路。
背景技術(shù)：
飛行器飛行過程中產(chǎn)生的隨機振動會使慣性器件測量到的姿態(tài)信號耦合有一定的干擾信號，于是由慣性器件解算出的舵偏控制信號中也耦合有一定干擾信號。這些干擾信號的頻率往往遠超出舵機的響應(yīng)頻帶，因此舵機輸出軸不會響應(yīng)這些干擾信號。但是干擾信號可以通過舵機放大器電路改變伺服電機兩端的電壓，使其隨著干擾信號的頻率快速變化。而電機輸出軸與舵機減速傳動機構(gòu)相連，受到電機自身轉(zhuǎn)子和減速傳動機構(gòu)的轉(zhuǎn)動慣量、傳動摩擦力等因素的影響，電機轉(zhuǎn)速變化速率跟不上電機兩端電壓變化速率。于是電機電樞反電動勢不能抵消端電壓，電源電壓全部降落在電機內(nèi)阻上，從而使電機電流大幅增加。這種現(xiàn)象增大了舵機的功耗，使舵機工作溫度迅速升高。飛行接近末段時需要進入機動飛行狀態(tài)，姿態(tài)變化急劇，舵面偏轉(zhuǎn)幅度大，舵機負載很大，需要消耗大量電能。如果舵機在飛行前半程中由于舵控信號中耦合的干擾信號而電流增大，消耗了過多電池能量， 則會導(dǎo)致飛行末段電池能量不足，機動飛行時舵機性能下降。綜上所述，需要采用一種電路結(jié)構(gòu)，改進舵系統(tǒng)的控制回路，降低舵機電流。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種利用電流負反饋抑制舵機電流的電路，在舵控信號中耦合有高頻干擾信號時，有效降低舵機電流，提高舵機工作可靠性。本實用新型所采用的技術(shù)方案是一種利用電流負反饋抑制舵機電流的電路，包括舵系統(tǒng)位置環(huán)控制器、舵系統(tǒng)電流環(huán)控制器和電機；舵系統(tǒng)位置環(huán)控制器用于接收舵系統(tǒng)位置控制信號和舵系統(tǒng)位置反饋信號，并輸出整定后的位置誤差信號給舵系統(tǒng)電流環(huán)控制器，舵系統(tǒng)電流環(huán)控制器將綜合誤差信號輸出給電機；其中在舵系統(tǒng)電流環(huán)控制器和電機之間還連接有電流負反饋電路，電流負反饋電路接收電機電樞電流，并將電流負反饋信號發(fā)送給舵系統(tǒng)電流環(huán)控制器。如上所述的一種利用電流負反饋抑制舵機電流的電路，其中電流負反饋電路由電流傳感器、反向比例電路和可調(diào)電阻組成；所述電流負反饋電路中的電流傳感器用于測量電機電樞電流，并輸出一個與電機電樞電流成線性比例關(guān)系的電壓信號；該電壓信號經(jīng)反向比例電路后成為電流負反饋信號；舵系統(tǒng)電流環(huán)控制器中的反向比例電路將電流負反饋信號和位置環(huán)控制器輸出的位置控制信號作和得到電流控制信號輸出給電機。如上所述的一種利用電流負反饋抑制舵機電流的電路，其中所述電流傳感器性能參數(shù)為測試信號頻率范圍由DC 100kHz，響應(yīng)時間小于lus。如上所述的一種利用電流負反饋抑制舵機電流的電路，其中所述電流傳感器輸出的電壓信號與所測試電流成線性關(guān)系，比例為1V/20A。如上所述的一種利用電流負反饋抑制舵機電流的電路，其中所述電流傳感器為 F. W. Bell公司的NT-50型號電流傳感器。本實用新型的有益效果是1.本實用新型通過引入電流負反饋電路降低了舵控信號中耦合有干擾信號情況下的舵機電流；降低舵機功耗和供電系統(tǒng)負荷；提高舵機和舵機放大器工作可靠性。2.通過使用電流傳感器可以精確快速的測量電流，并轉(zhuǎn)換與電流值成線性關(guān)系的電壓信號，可直接用于控制器運算。3.通過設(shè)置可調(diào)節(jié)電阻，可以方便的調(diào)節(jié)電流抑制程度，便于在系統(tǒng)性能和電流抑制效果之間達到最優(yōu)化。

圖1為本實用新型提供的一種利用電流負反饋抑制舵機電流的電路結(jié)構(gòu)原理框圖；圖2為圖1中電流負反饋電路的電路原理圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的一種利用電流負反饋抑制舵機電流的電路進行介紹如圖1所示，一種利用電流負反饋抑制舵機電流的電路，包括舵系統(tǒng)位置環(huán)控制器、舵系統(tǒng)電流環(huán)控制器和電機；舵系統(tǒng)位置環(huán)控制器用于接收舵系統(tǒng)位置控制信號和舵系統(tǒng)位置反饋信號，并輸出整定后的位置誤差信號給舵系統(tǒng)電流環(huán)控制器，舵系統(tǒng)電流環(huán)控制器將綜合誤差信號輸出給電機；在舵系統(tǒng)電流環(huán)控制器和電機之間還連接有電流負反饋電路，電流負反饋電路接收電機電樞電流，并將電流負反饋信號發(fā)送給舵系統(tǒng)電流環(huán)控制器。電流負反饋電路和舵系統(tǒng)電流環(huán)控制器部分電路結(jié)構(gòu)如圖2所示，電流負反饋電路由電流傳感器Ul和1個反向比例電路組成(運放U2所在反向比例電路)；舵系統(tǒng)電流環(huán)控制器由1個反向比例電路組成(運放U3所在反向比例電路)。舵系統(tǒng)電流環(huán)控制器還可以是比例積分電路。電流負反饋電路中的電流傳感器用于測量電機電樞電流，并輸出一個與電機電樞電流成線性比例關(guān)系的電壓信號；該電壓信號經(jīng)反向比例電路后，即將電壓信號乘以電流反饋系數(shù)K。后，以負反饋形式發(fā)送給舵系統(tǒng)電流環(huán)控制器，再與舵系統(tǒng)位置控制器輸出的位置誤差信號作差，即減小舵系統(tǒng)電流環(huán)控制器的輸入信號，從而降低電機兩端的電壓，達到抑制舵機電流的目的。電流傳感器性能參數(shù)為測試信號頻率范圍由DC 100kHz，響應(yīng)時間小于Ius ； 最優(yōu)選擇為F. W. Bell公司的NT-50型號電流傳感器；電流傳感器的I_in腳和I_out腳之間輸入電機電樞電流；在Vout腳輸出電壓信號；電流傳感器輸出的電壓信號與所測試電流成線性關(guān)系，比例最優(yōu)為1V/20A。運放U2及電阻R1、R2、R3、R5組成的反向比例電路改變電流傳感器輸出的電壓信號的極性，使其與位置環(huán)控制器輸出的位置誤差信號Up反向。電流傳感器輸出的電壓信號反向后與Up信號經(jīng)過運放U3及電阻R4、R6、R7所在的反向比例電路作和，求和后的信號輸出給電機。其中，電阻R5應(yīng)是可調(diào)電阻。調(diào)節(jié)電阻R5的阻值即可調(diào)節(jié)電流環(huán)反饋系數(shù)Kc的大小。電阻R5的初始值由電流環(huán)反饋系數(shù)K。確定；電流負反饋系數(shù)K。的初值為位置誤差信號Up的最大值Upmax與電機堵轉(zhuǎn)電流值Imax之比，Upmax, Imax為已知值。R5的初始值按照下式選取k"電流傳感器傳遞系數(shù)，本實施例中為1/20。通常在完成舵系統(tǒng)整個控制回路的控制參數(shù)設(shè)計時，會使舵系統(tǒng)頻帶相對技術(shù)指標要求留有3 7Hz裕量。在電流負反饋系數(shù)K。初值的基礎(chǔ)上逐漸增大K。值，即減小R5 值，直至舵系統(tǒng)頻域指標降低至接近技術(shù)指標要求，此時電流負反饋即可在使舵系統(tǒng)滿足技術(shù)指標要求的前提下，最大限度的抑制舵系統(tǒng)在響應(yīng)超出頻帶的中、高頻干擾信號控制信號時的電流。經(jīng)測試，對于舵系統(tǒng)頻帶指標為13Hz，實測系統(tǒng)頻帶為18Hz (裕量為5Hz)，直流電機電樞內(nèi)阻約為0. 47 Ω，電樞電感約0. 4mH的情況。將R5阻值確定為2 Ω時，此時Kc = 0. 192，舵系統(tǒng)在頻率40Hz，幅值IV的干擾信號下，電流峰值可由86A降低至小于40A，舵系統(tǒng)頻帶降低至14Hz。
權(quán)利要求1.一種利用電流負反饋抑制舵機電流的電路，包括舵系統(tǒng)位置環(huán)控制器、舵系統(tǒng)電流環(huán)控制器和電機；舵系統(tǒng)位置環(huán)控制器用于接收舵系統(tǒng)位置控制信號和舵系統(tǒng)位置反饋信號，并輸出整定后的位置誤差信號給舵系統(tǒng)電流環(huán)控制器，舵系統(tǒng)電流環(huán)控制器將綜合誤差信號輸出給電機；其特征在于在舵系統(tǒng)電流環(huán)控制器和電機之間還連接有電流負反饋電路，電流負反饋電路接收電機電樞電流，并將電流負反饋信號發(fā)送給舵系統(tǒng)電流環(huán)控制O
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用電流負反饋抑制舵機電流的電路，其特征在于電流負反饋電路由電流傳感器、反向比例電路和可調(diào)電阻組成；所述電流負反饋電路中的電流傳感器用于測量電機電樞電流，并輸出一個與電機電樞電流成線性比例關(guān)系的電壓信號；該電壓信號經(jīng)反向比例電路后成為電流負反饋信號；舵系統(tǒng)電流環(huán)控制器中的反向比例電路將電流負反饋信號和位置環(huán)控制器輸出的位置控制信號作和得到電流控制信號輸出給電機。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種利用電流負反饋抑制舵機電流的電路，其特征在于所述電流傳感器性能參數(shù)為測試信號頻率范圍由DC 100kHz，響應(yīng)時間小于lus。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種利用電流負反饋抑制舵機電流的電路，其特征在于所述電流傳感器輸出的電壓信號與所測試電流成線性關(guān)系，比例為1V/20A。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種利用電流負反饋抑制舵機電流的電路，其特征在于所述電流傳感器為F. W. Bell公司的NT-50型號電流傳感器。
專利摘要本實用新型屬于自動控制領(lǐng)域，具體涉及一種利用電流負反饋抑制舵機電流的電路。目的是在舵控信號中耦合有高頻干擾信號時，有效降低舵機電流。該電路包括舵系統(tǒng)位置環(huán)控制器、舵系統(tǒng)電流環(huán)控制器和電機；舵系統(tǒng)位置環(huán)控制器用于接收舵系統(tǒng)位置控制信號和舵系統(tǒng)位置反饋信號，并輸出整定后的位置誤差信號給舵系統(tǒng)電流環(huán)控制器，舵系統(tǒng)電流環(huán)控制器將綜合誤差信號輸出給電機；在舵系統(tǒng)電流環(huán)控制器和電機之間還連接有電流負反饋電路，電流負反饋電路接收電機電樞電流，并將電流負反饋信號發(fā)送給舵系統(tǒng)電流環(huán)控制器。該電路降低了舵控信號中耦合有干擾信號情況下的舵機電流；降低了舵機功耗和供電系統(tǒng)負荷；提高舵機和舵機放大器工作可靠性。
文檔編號H03F1/34GK202160143SQ20112008182
公開日2012年3月7日 申請日期2011年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月25日
發(fā)明者張新華, 曲蘊杰, 王瑩, 紀志農(nóng), 那學(xué)智, 鄭辛 申請人:北京自動化控制設(shè)備研究所