步进电机驱动的燃油计量装置控制器的设计

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1、步进电机驱动的燃油计量装置控制器的设计石磊黄金泉南京航空航天大学［摘要］:本文研究航空发动机分布浅控制系统中燃油计■装賣的设计・使用数字倍号处理器（DSP）作为中央检制器，步进电机驱动燃油计■装置，通过控制步进电机运动，实现发动机燃油■的调节.系统采用CAN总钱实现与上位机的通讯，接受上位机发出的指令信号.上传步进电机当前的状态.试验结果表明此系统具有较高的控制精度和快速的响应时间.为航空发动机分布式控制半物理仿真平台的搭建奠定了基础.关键词：航空发动机分布式控制DSPCAN总线步进电机引言航空发动机分布式控制系统是一种比较有前途的控制系统，目前国内外已经开展了大量的研究。在该系统中，通常

2、包含以下几个单元：智能温度传感器.智能压力传感器、智能转速传感器，智能位置控制器，智能燃油计量装置等.各智能单元之间、智能单元与中央控制器之间采用总线通讯.本文主要研究智能燃油计量装置单元，釆用DSP作为控制器，现场总线CAN作为数据总线。DSP既具有数字信号处理能力，又具有强大的事件管理能力和嵌入式控制功能，特别适合有大批量数据处理的测控场合，如工业自动化控制、马达伺服控制系统等。CAN总线最早出现在80年代末的欧洲汽车工业中。现在已经成为国际标准。它具有如下的优点:多主方式、标识符分优先级、非破坏总线仲裁技术、自动关闭输出功能、传输距离远等等。这些优点使得CAN总线不仅仅应用于汽车工业

3、，还广泛应用于航空工业、工业控制、安全防护等领域，成为国际上应用最广泛的现场总线之一.步进电机是一种将脉冲信号转换为直线位移或角位移的控制微电机，其机械角位移和转速分别与输入电机绕组的脉冲个数和脉冲频率成比例.通过改变电脉冲频率，可在大范围内进行调速。工作时，步进电机的步距角或转速不受电压波动和负载变化的影响，也不受环境条件（如温度.压力、振动等）变化的影响。同时它又能按照控制系统的要求，快速启动、停止、反转和改变转速.此外,步进电机易于实现与计算机或其他数字元件接口，适用于数字控制系统.本文使用DSP2812的事件管理模块，产生占空比为50%的PWM波.通过计数PWM波的脉冲个数来控制步

4、进电机的步进角•采用电位计作为位置反馈元件•通过DSP2812的CAN模块与上位机通讯.1控制器硬件设计1.1系统结构核心电路模块主要由DSP、CAN及JTAG接口组成。DSP芯片采用TI公司的1HS320F2812,通过数据总线和CAN控制器相连.同时，使用电位计作为位置反馈元件，整个控制系统的硬件框图如图】所示.F2812有非常丰富的硬件负源：150MHz的主频，4兆字的线性程序地址，4兆字的数据地址，3条地址总线和3条数据总线，8K的Flash存储器，18K的单口随机存储器，128位的密钥.JTAG边界扫描支持。片上集成CAN控制器•本文外接30MHz的无源晶振，经内部锁相环5倍频后

5、得到150MHz系统。使用片上FLASH存放控制器的运行程序。图1控制系统硬件框图选用北京和时利公司的42系列两相混合步进电机(42BYG250C-SASSML-0151)和SH-20803N驱动器.该步进电机的整步步进角为1.8°*,使用该公司配套的电机驱动器，最多可以对步进电机进行64细分，即每一个脉冲使电机转动1.8/64=0.028125°•由于对控制角度的精度要求较高，故使用64细分模式。DSP2812与步进电机驱动器的硬件连接如图2所示.06图2DSP与步进电机的硬件连接图F2812DSP的片内外设使用3.3V电平，步进电机驱动器使用5V电平，使用74HC244芯片进行电平转换

6、。DSP输出3路PWM(PWM1,PWM3,PWM5),分别控制步进电机的步进角，方向和脱机，另外3路PWM作为细分选择信号.驱动器的A+,A「B+,B-引脚接到步进电机上面.此外，DSP还要接受上位机传来的指令，控制步进电机运动。该功能由DSP上面的CAN模块实现。1.2CAN总线接口使用82C250驱动器连接DSP与CAN物理总线。CAN模块的硬件连接如图3所示•在DSP与82C250之间加高速光隔.采用6N137芯片.起到隔离、电压变换的功能(F2812是3.3V供电，82C250是5V供电儿在82C250与CAN总线的接口部分采用了一定的安全和抗干扰措施.CANL和CANH引脚各自

7、通过一个5欧姆的电阻与CAN总线相连，电阻可以起到一定的限流作用，保护82C250免受过流的冲击。CANH和CANL与地之间并联了两个30pF的小电容，可以起到滤除总线上的高频干扰和一定的防电磁辐射的能力.另外在两根CAN总线输入端与地之间接了一个二极管，当两输入端与地之间出现瞬变干扰时，二极管可起到一定的保护作用。82C250的Rs脚上接有一个斜率电阻，电阻大小可根据数据总线通信速度适当调整，本文设定为47K・图3CA