基于STM32的数字舵机控制系统的设计

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计算机测量与控制.2011.19(1) Computer Measurement &Control

控制技术

收稿日期:2010-05-14; 修回日期:2010-06-24。

作者简介:周永龙(1986-),男,河南灵宝人,硕士研究生,主要从事电路与系统,数字伺服方向的研究。

文章编号:1671-4598(2011)01-0066-03 中图分类号:T P273

文献标识码:A

基于STM32的数字舵机控制系统的设计

周永龙1,雷金奎2

(11西北工业大学电子信息学院,陕西西安 710072;21西北工业大学第365研究所,陕西西安 710065)

摘要:针对无人机舵机控制系统对位置伺服的实时性和可靠性的要求,首次提出了以S TM 32为微控制器的新型数字控制系统;硬件部分给出了系统硬件结构图,并简要介绍了主控制芯片和硬件电路结构,为了提高系统数据传输的可靠性,引入CAN 总线传输方式;在软件部分,首先简要介绍了ST M 32的标准外设固件库函数,然后介绍了三闭环数字调节算法的实现和中断任务;另外,搭建了无人机数字舵机数字控制系统的仿真模型,通过仿真研究验证了控制策略的可行性。

关键词:无人机;ST M 32;三闭环伺服调节;舵机

Design of STM32-Based Digital Actuator Controlling System

Zho u Yonglong 1

,Lei Jinkui

2

(11No rthw ester n Polytechnical U niver sity ,Xi p an 710072,China;

21R esear ch Institute N o 1365,N o rthwester n P olytechnical U niver sity,Xi p an 710065,China)

Abstract:In view of th e position -s ervo real-timin g and reliability r equiremen ts to th e u nman ned aerial vehicle actu ator contr olling system ,for th e fir st time a novel digital actuator con tr olling s ystem is pu t forw ard based on S TM 32micr o-controller.In the hardw are part th e structu ral graph of the system hardw are is brough t forw ard,and the micro-controller and the hardw are circuit is br iefly introduced.To im prove the reliab ility of data tran smis sion,C AN bu s is u sed.In th e softw are part,S TM 32standard peripherals firmw are library is b riefly in trodu ced at first.Then the arith metic implement of th e th ree closed loop digital modulation and th e interruption tas k is mainly recommen -ded.In addition the emulation m od el of the unm ann ed aerial vehicle digital actuator controlling s ystem is built,and the s ystem performance is validated.

Key words :U AV;ST M 32;thr ee closed-loop control strategy;actuator

0 引言

舵机控制系统是无人机控制系统的重要部分,其性能好坏

直接决定了无人机的性能。随着国防军事的发展,人们对无人机的性能要求也越来越高。

本文研究的目的就在于设计新型数字舵机控制系统,以满足无人机舵机控制系统的快速性﹑精确性和稳定性等指标。该数字舵机控制系统是以微控制器ST M 32F 103R 为主控制单元,外围电路包括信号调制电路,信号采集电路和换向控制电路。该系统接收由上位机发出的位置指令,驱动舵机转动,从而实现了对无人机飞行的准确控制。

1 系统组成框图

舵机控制系统是无人机控制系统的重要组成部分。系统使用ST M 32系列微控制器作为主控制芯片,完成

数字舵机控制系统的设计和实现。系统的飞行控制指令由飞控计算机提供,通过数据接口接入航机控制器。航机控制器依据最新的位置指令与反馈信息,产生舵机飞行的控制信息。航机控制器有数据接口模块、中央控制单元模块、电机的逻辑换向模块及隔离与功率驱动模块。中央控制单元完成数字调节,逻辑单元接收电机位置信息和换向信息,产生新的换向信号,并由隔离与驱动模块完成该信号的隔离与放大。驱动电机通过减速器带动舵面

发生偏转。电机的速度信息与舵面的位置反馈信息通过传感器输入到航机控制器。系统组成框图如图1所示。

图1 系统组成框图

2 基于微控制器STM32F103R 的硬件描述

211 微控制器STM32F 103R

ST M 32F10X 系列微控制器使用灵活而丰富的电源控制策略,为内部的各个模块提供工作电压。各个模块时钟频率可以软件配置。该控制器内嵌了丰富的外设功能模块。该系列控制器中有4个定时控制器,可以工作在编码模式和PWM 模式,对于电机控制很有用处。

212 硬件设计

系统硬件主要包括主控制器﹑接口部分﹑逻辑换向部分﹑信号反馈部分和驱动部分。

(1)接口部分

该系统使用CAN 总线接口,接受位置指令。由于ST M 32系列微控制器内嵌CA N 模块控制器,所以使用CAN 总线传输数据时,非常方便。外部接口只需要外接一个CA N 总线收