电推进飞行器的多舵机控制系统设计与研究

发布时间：2020-05-10 15:39

【摘要】：电推进飞行器控制系统通常由飞行器控制计算机子系统、伺服子系统、通信子系统等组成。本文针对飞行器在空中运行时,需要多个舵面相互配合来完成各种飞行姿态的转换任务,提出并设计了一套可靠性高且反应迅速的多舵机伺服和通信系统的解决方案。该方案采用了高性能的DSP+FPGA作为核心控制架构,设计过流保护,信号隔离和电源滤波等机制增强了系统的可靠性和抗干扰能力。在通信上采用TTP协议,不仅加强了多个舵机伺服系统之间的通信速率,而且在其中一个舵机出现故障时,不影响整个系统的安全工作,提高了飞行器通信系统中各节点的冗余性。考虑到飞行器在野外工作时,经常会遇到一些不确定的情况,而使飞行器丢失,或者损坏。或者电源耗尽之后,无法工作,也不能让工作人员及时找回,而引起的遗失的情况,提出了采用最新的NB-IOT网络,进行实时的位置采样,并进行上报,这样在电源不足或失联的情况下,能通过NB-IoT网络上报当前飞行器的地理位置,方便工作人员进行回收。飞行器在空中飞行时,为了保障飞行器运行的稳定性和安全性,将所有的驱动电路和控制器全部密封在电推进系统的内部,只有常用的串口留出来,这给整个电推进系统的优化升级带来了很多不方便的地方,于是需要研究设计出一款便于优化升级的软件系统。本电推进系统是基于多舵机控制器的TMS320F28377硬件平台开发的,通过分析TI公司的TMS320F28377的程序下载流程和FLASH_IAP库函数,对DSP程序储存位置进行合理的分配,再设计出LABVIEW和BootLoader程序升级优化DSP程序,从而对整个电推进系统进行升级和优化。多舵机控制系统通过对每个控制器进行对位置角度和控制性能进行相关实验测试,根据实验结果可知,该系统控制性能理想,满足预期要求。而且通过查看NB-IoT网络反馈的GPS数据信息可知。在低功耗的状态下,能够将位置信息通过加密之后反馈到服务器,安全可靠。而且在飞行器的维护和优化上,设计了一套完善的软件优化方式,提高的软件系统可移植性和裁剪性。
【图文】：

电容,和差模,舵机系统,电容器

高可靠舵机系统的硬件设计中主要有电源滤波 DSP+FPGA 控制单元信号隔离及保电路等[34] 不仅在电路设计上通过设计隔离电路消除电路中信号的干扰，而且在硬件 PCB 设计上，通过模拟信号和数字信号有意的分开进行线路的布局，尽量做电路的模分布，减少干扰信号从而增强了系统稳定性 1.1 电源电路设计在该舵机系统中，采用的供电电压是+28V，通过电源适配器进行供电在电推进系的硬件设计上，通过在电源模块的前端加入两个共模和差模电感，对共模信号和差模号进行滤波而且在电路中采用了安规电容，通过对 C29 和 C34 两个 Y 电容和 C31 一 X 电容的配置，来抑制 EMI 传导干扰当电路断电时，，通过安规电路丢电无电压储存特点，保障电路的安全性，如图（12）所示安规电容是一种不会引起电机并且更不会危及用户人身安全的电容器安规电容由容和 Y 电容组成 X 电容是连接在电力线（L-N）的两条电线之间的电容器，并且经选用金属薄膜电容器；而 Y 电容是连接在电力线和地线（L-E，N-E）的两线之间的电器，X 电容和 Y 电容一般都是成对出现考虑到漏电流的限制，Y 电容的值一般不会大，于是 X 电容是 uF 级，Y 电容是 nF 级，X 电容抑制差模干扰，Y 电容抑制共模干扰
【学位授予单位】：上海应用技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V237

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