1 引言

目前，艦載直升機(jī)助降系統(tǒng)大多為魚(yú)叉-格柵著艦助降系統(tǒng)，主要由固定在直升機(jī)上的魚(yú)叉和固定在艦船上的格柵組成。其中，魚(yú)叉是助降系統(tǒng)中的執(zhí)行裝置，其驅(qū)動(dòng)方式有液壓驅(qū)動(dòng)、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)和電驅(qū)動(dòng)三種方式。國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的驅(qū)動(dòng)方式為液壓驅(qū)動(dòng)，該驅(qū)動(dòng)方式需配備液壓輔助系統(tǒng)導(dǎo)致助降系統(tǒng)重量較重，并且油液易污染、泄露使維護(hù)保養(yǎng)較為復(fù)雜。氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)也需配備氣動(dòng)輔助系統(tǒng)導(dǎo)致助降系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且重量較重。電驅(qū)動(dòng)方式不需要額外的輔助設(shè)備，只需要一臺(tái)交流伺服驅(qū)動(dòng)器即可完成助降系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能，而且重量較輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)保養(yǎng)方便。電動(dòng)魚(yú)叉交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

由圖1可知電動(dòng)魚(yú)叉驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)、電動(dòng)魚(yú)叉和直流電源組成。其中，驅(qū)動(dòng)器是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵，主要完成接收飛控計(jì)算機(jī)的指令、驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)完成著艦鎖定和起飛解鎖動(dòng)作，并反饋系統(tǒng)工作狀態(tài)的功能。一些文獻(xiàn)雖涉及到了電動(dòng)魚(yú)叉詳細(xì)結(jié)構(gòu)，但是對(duì)其伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)并未做深入論述。本文將以永磁同步交流伺服電機(jī)為控制對(duì)象，采用空間矢量控制方法，進(jìn)行伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以滿足驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、操作方便、性能可靠的設(shè)計(jì)要求。

電動(dòng)魚(yú)叉交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的具體功能要求如下：

1)位置環(huán)工作模式下實(shí)現(xiàn)著艦鎖定（2s內(nèi)完成）和起飛解鎖（1.5s內(nèi)完成）功能；

2)2路RS-422隔離通訊，1路RS-485隔離通訊；

3)微動(dòng)開(kāi)關(guān)1、微動(dòng)開(kāi)關(guān)2、測(cè)試使能信號(hào)輸入處理功能；

4)電機(jī)制動(dòng)器和電磁鐵控制功能；

5)對(duì)關(guān)鍵部件的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控并實(shí)時(shí)反饋狀態(tài)信號(hào)；

6)具備自動(dòng)控制模式、人機(jī)對(duì)話模式和測(cè)試模式三種工作模式；

7)計(jì)數(shù)與故障報(bào)警功能；

8)過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、過(guò)載、IGBT過(guò)熱、通訊故障和旋變故障保護(hù)功能。

圖1 電動(dòng)魚(yú)叉驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)上述電動(dòng)魚(yú)叉伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功能要求，首先設(shè)計(jì)系統(tǒng)框架圖，如圖3所示?？紤]到伺服電機(jī)由高轉(zhuǎn)速到零速的快速減速過(guò)程會(huì)導(dǎo)致母線電壓上升，為此選擇合適的泄放電阻對(duì)多余的電壓進(jìn)行泄放。由于伺服電機(jī)工作時(shí)最高轉(zhuǎn)速可達(dá)10000r/min，如果此時(shí)驅(qū)動(dòng)器發(fā)生故障導(dǎo)致關(guān)使能停機(jī)，電動(dòng)魚(yú)叉由于慣性不能馬上停止運(yùn)動(dòng)，最終會(huì)造成機(jī)械結(jié)構(gòu)損壞的嚴(yán)重后果。即使在關(guān)使能時(shí)讓電機(jī)制動(dòng)器動(dòng)動(dòng)作也會(huì)因?yàn)檠訒r(shí)導(dǎo)致無(wú)法及時(shí)鎖住電機(jī)。因此需要增加動(dòng)態(tài)制動(dòng)器回路讓電機(jī)在故障發(fā)生時(shí)能快速停止轉(zhuǎn)動(dòng)。由圖3可知硬件部分主要由主控板和電源板組成。主控板主要由主控電路模塊、電源管理模塊、功率驅(qū)動(dòng)模塊、電流采樣模塊、電壓采樣模塊、旋變采樣模塊、泄放模塊、制動(dòng)器控制模塊、通訊模塊和硬件保護(hù)模塊等組成。電源板主要功能是將輸入的28VDC經(jīng)升壓電路轉(zhuǎn)換成270VDC以供母線使用。

　　圖2 電動(dòng)魚(yú)叉交流伺服驅(qū)動(dòng)器實(shí)物圖

　　圖3 系統(tǒng)框架圖

根據(jù)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功能要求，設(shè)計(jì)圖4所示的主控板框架圖。按照?qǐng)D4所示的主控板內(nèi)部框架圖依次對(duì)主控電路模塊、電源管理模塊、功率驅(qū)動(dòng)模塊、電流采樣模塊、旋變采樣模塊、泄放和制動(dòng)器控制模塊、通訊模塊等主要模塊分別進(jìn)行介紹。

2.1主控電路

伺服控制器在工業(yè)上使用時(shí)常采用DSP+FPGA/CPLD的控制器架構(gòu)，兩者各取所長(zhǎng)。DSP用于完成復(fù)雜的運(yùn)算，F(xiàn)PGA/CPLD用于處理輸入輸出接口、編碼器計(jì)數(shù)、PWM生成、硬件保護(hù)等邏輯處理單元。在本設(shè)計(jì)中，需要考慮功能和體積重量?jī)煞矫娴囊蛩兀虼薉SP+FPGA/CPLD的方案顯然過(guò)于復(fù)雜。

在綜合考慮了系統(tǒng)運(yùn)算速度、驅(qū)動(dòng)器重量和成本后，本系統(tǒng)采用TI的DSP芯片TMS320F28335作為主控芯片。TMS320F28335具有150MHz的高速處理能力，具備32位浮點(diǎn)處理單元，與以往的定點(diǎn)DSP相比，該器件具有精度高、成本低、功耗小、性能高、外設(shè)集成度高、數(shù)據(jù)以及程序存儲(chǔ)容量大、AD轉(zhuǎn)換更精確快速等優(yōu)點(diǎn)。在電機(jī)控制接口方面，TMS320F28335包含多達(dá)18通道的PWM輸出、6個(gè)捕捉單元、2個(gè)正交脈沖編碼電路。在通信方面，集成了2個(gè)增強(qiáng)型的Ecan2.0B模塊，包含多達(dá)3個(gè)SCI模塊、2個(gè)McBSP模塊、1個(gè)SPI模塊、1個(gè)I2C總線接口。在模擬量采樣方面，集成了16通道12位精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC。在內(nèi)存方面，片上有68Kb的SARAM程序運(yùn)行空間和512KbFlash程序存儲(chǔ)空間。這些條件可以滿足永磁同步電機(jī)的矢量控制功能。更重要的是采用PQFP176封裝的芯片僅有26.2×26.2×1.45mm的大小。

　　圖4主控板內(nèi)部框架圖

根據(jù)圖4和系統(tǒng)功能要求設(shè)計(jì)了圖5所示的主控電路原理圖。圖5中所示的6路PWM輸出采用互補(bǔ)型EPWM并加入死區(qū)時(shí)間。3個(gè)SCI模塊全部利用了，分別對(duì)應(yīng)與飛控計(jì)算機(jī)之間的RS-422通訊，與健康管理系統(tǒng)之間的RS-422通訊，與調(diào)試上位機(jī)之間的RS-485通訊。為了方便系統(tǒng)性能調(diào)試以及后續(xù)測(cè)試，特增加了2路模擬量輸出接口。

2.2電源管理

因電動(dòng)魚(yú)叉交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是安裝在無(wú)人機(jī)上的，飛機(jī)上對(duì)系統(tǒng)的供電只提供28V大功率直流電源。28V直流電進(jìn)入到驅(qū)動(dòng)器后要分成兩路，一路給到主控板經(jīng)過(guò)DC-DC變換和LDO變換轉(zhuǎn)換為+15V、+5V、+3.3V、+3V、+1.9V、+1.5V等電壓以供主控板后級(jí)電路使用，另一路給到電源板經(jīng)過(guò)升壓電路轉(zhuǎn)換為270V直流電以供主控板直流母線使用。

2.3功率驅(qū)動(dòng)電路

功率驅(qū)動(dòng)模塊是電機(jī)驅(qū)動(dòng)的核心設(shè)計(jì)模塊。目前，功率驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)方案主要有三種。方案一：采用IGBT驅(qū)動(dòng)型光耦來(lái)驅(qū)動(dòng)IGBT或者M(jìn)OS管以達(dá)到隔離和功率驅(qū)動(dòng)的目的，這類光耦的典型代表有A316J、A3120等光耦。方案二：采用雙通道高速光耦和專用的驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)IGBT或者M(jìn)OS管以達(dá)到隔離和功率驅(qū)動(dòng)的目的，例如：TLP2105+IR2011方案。方案三：采用雙通道高速光耦和內(nèi)部集成驅(qū)動(dòng)電路與IGBT的IPM以達(dá)到隔離與功率驅(qū)動(dòng)的目的。三種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，在選擇方案時(shí)要考慮驅(qū)動(dòng)器最大電流15A、過(guò)流閾值為22.5A、PWM頻率20KHz、母線供電電壓270VDC（210VDC~330VDC）等因素的限制。考慮到主控板空間的限制選擇了三菱公司生產(chǎn)的IPM模塊——PS21767-V，該模塊最大持續(xù)電流達(dá)到30A，峰值電流達(dá)到60A，最大供電電壓450VDC，PWM輸入最高頻率可到20KHz，完全滿足設(shè)計(jì)的要求，并且因?yàn)槭羌墒侥K為主控板節(jié)省了空間。

　　圖5主控電路原理圖

因IPM模塊是高電平有效，為了防止在上電瞬間出現(xiàn)上下橋臂誤導(dǎo)通損壞IPM的情況，需要選擇一款輸出邏輯反向的高速雙通道光耦，而HCPL-063A剛好滿足這一要求。NL27WZ16是一款高性能雙緩沖器，采用1.65至5.5V電源供電。最后得到的驅(qū)動(dòng)電路原理圖如圖7所示，另外兩組驅(qū)動(dòng)電路原理與圖7相似。

2.4電流采樣設(shè)計(jì)

在緊湊結(jié)構(gòu)的伺服驅(qū)動(dòng)器中，采用在每相下橋臂到地之間串聯(lián)一個(gè)采樣電阻的方式實(shí)現(xiàn)電流采樣。將采樣電阻到地的壓降通過(guò)一個(gè)精密運(yùn)放放大，并添加一定的偏置使采樣電壓調(diào)整到單片機(jī)ADC輸入合適的電壓工作范圍。這種電流采樣方式可行，但是增加了采樣電阻和精密運(yùn)放等元器件，反而使電路變得復(fù)雜。目前，霍爾電流傳感器芯片因其集成度高、抗干擾性好、精度高和線性度好等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在變頻器、伺服驅(qū)動(dòng)器等產(chǎn)品中。電動(dòng)魚(yú)叉交流伺服驅(qū)動(dòng)器的額定電流7.5A，最大電流15A，過(guò)流閾值按1.5倍最大電流計(jì)算就是22.5A，因此需要選擇電流測(cè)量范圍在-30A~+30A之間的霍爾電流傳感器。Allegro公司生產(chǎn)的ACS712系列霍爾電流傳感器芯片具有響應(yīng)時(shí)間短至3.5us、非線性度低至1.5%、噪聲低、測(cè)量范圍廣和帶寬可調(diào)整等優(yōu)點(diǎn)。其中ACS712ELCTR-30A-T這款產(chǎn)品電流測(cè)量范圍-30A~+30A之間，而且該芯片是SOIC-8封裝，極大地節(jié)省空間。綜合以上分析所得的電流采樣原理圖如圖8所示。

2.5旋變激磁反饋設(shè)計(jì)

旋變激磁反饋模塊是驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部十分重要的一個(gè)模塊，通過(guò)對(duì)反饋回來(lái)的正余弦信號(hào)進(jìn)行數(shù)字鎖相環(huán)解碼，為位置環(huán)提供位置反饋信息，為速度環(huán)提供速度反饋信息，為電流環(huán)提供電角度信息。旋變反饋信號(hào)采樣穩(wěn)定性和采樣精度決定了三環(huán)控制精度。

旋轉(zhuǎn)變壓器的額定激勵(lì)電壓為4±0.4Vrms，額定激勵(lì)頻率為10±0.1KHz，額定輸出電壓2±0.2Vrms，激勵(lì)信號(hào)輸入阻抗≥400Ω。根據(jù)已知的旋變參數(shù)選擇TI公司的高速、低功耗雙路運(yùn)算放大器LMH6643MA來(lái)進(jìn)行激磁電路的設(shè)計(jì)，具體電路圖如圖9所示。圖9中的三極管BG501的作用是為了進(jìn)一步提高旋變激磁電路的輸出能力。旋變反饋的正余弦信號(hào)是一種差分信號(hào)，提高了抗干擾的能力，但是DSP的AD采樣口只有單輸入通道，因此本方案采用運(yùn)放將差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成單通道信號(hào)，輸入到DSP的AD采樣口。

　　圖6主控板電源轉(zhuǎn)換框圖

　　圖7驅(qū)動(dòng)電路原理圖

　　圖8電流采樣原理圖

2.6泄放和制動(dòng)器控制設(shè)計(jì)

電動(dòng)魚(yú)叉的運(yùn)動(dòng)控制是往復(fù)式的，在短時(shí)間內(nèi)經(jīng)歷多次啟停過(guò)程，在制動(dòng)過(guò)程中電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，產(chǎn)生的反向電動(dòng)勢(shì)會(huì)抬高母線電壓。如果不對(duì)其進(jìn)行處理，過(guò)高的電壓會(huì)對(duì)電路產(chǎn)生沖擊，甚至擊穿一些耐壓較低的元器件，同時(shí)由于電源電壓的波動(dòng)使得計(jì)算電壓矢量偏大，會(huì)對(duì)控制產(chǎn)生較大的擾動(dòng)。對(duì)這個(gè)問(wèn)題，最常見(jiàn)最有效的處理方式是通過(guò)軟件或者硬件的方式檢測(cè)到母線電壓高于泄放點(diǎn)電壓時(shí)就開(kāi)始泄放，當(dāng)電壓低于泄放點(diǎn)電壓減去回差后的電壓值時(shí)就停止泄放。由圖10可知正常情況下MOS管MOS601關(guān)閉，母線上的電壓無(wú)法通過(guò)泄放電阻進(jìn)行泄放，當(dāng)檢測(cè)到母線電壓高于設(shè)定值時(shí)，DSP發(fā)出控制信號(hào)使光耦G601導(dǎo)通，從而導(dǎo)通MOS管MOS601將大功率電阻直接加在母線電壓兩端以達(dá)到消耗多余能量的目的。

圖10中所示的電機(jī)制動(dòng)器控制電路工作原理與泄放控制原理類似，當(dāng)需要電機(jī)正常工作時(shí)，DSP發(fā)出控制信號(hào)使光耦G603導(dǎo)通，從而導(dǎo)通MOS管MOS602使電機(jī)制動(dòng)器得電解鎖；當(dāng)驅(qū)動(dòng)器發(fā)生故障或者其他不需要電機(jī)工作時(shí)，DSP發(fā)出控制信號(hào)使光耦G603不導(dǎo)通，從而MOS管MOS602不導(dǎo)通使電機(jī)制動(dòng)器失電鎖緊電機(jī)。因?yàn)橐獙?duì)電機(jī)制動(dòng)器的電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)，所以增加了一個(gè)霍爾電流傳感器芯片ACS712ELCTR-20A-T對(duì)流過(guò)制動(dòng)器的電流進(jìn)行檢測(cè)。

2.7通訊電路設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)通訊要求，需要設(shè)計(jì)兩路RS-422通訊電路和一路RS-485通訊電路。RS-422是全雙工通訊方式，RS-485是半雙工通訊方式，目前兼容這兩種通訊方式的芯片種類很多，有非隔離與隔離之分。考慮到飛控計(jì)算機(jī)與驅(qū)動(dòng)器之間的通訊線比較長(zhǎng)，易受外界電磁干擾，故RS-422通訊應(yīng)選擇隔離類的通訊芯片。RS-485通訊是系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中驅(qū)動(dòng)器與電腦端調(diào)試軟件之間的通訊，整個(gè)通訊線比較短，其干擾相對(duì)較小可以采用非隔離類的通訊芯片。

Analog Devices公司生產(chǎn)的通訊芯片ADM2582的隔離電壓達(dá)到2500Vrms，具有±15KV的ESD防護(hù)能力，傳輸速率最高可到16Mbps，極低的數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)，完全滿足設(shè)計(jì)要求。選用NUP2105LT1G雙向瞬態(tài)電壓抑制器來(lái)解決工作在速度環(huán)模式以100r/min的速度反轉(zhuǎn)直到堵轉(zhuǎn)電流A、B、Y、Z線路上可能存在的瞬時(shí)高壓對(duì)元器件造成損壞的問(wèn)題。RS-485通訊選用SN65LBC184DR這款非隔離芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，（見(jiàn)圖11）。

　　圖9旋變激磁與反饋原理圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)伺服驅(qū)動(dòng)器代碼的模塊化、高內(nèi)聚、低耦合和高時(shí)性的功能，將代碼進(jìn)行模塊分層劃分，其結(jié)構(gòu)如圖12所示。

芯片抽象層（Chip Hardware AbstractLayer）是對(duì)一個(gè)微控制器的外設(shè)寄存器的一級(jí)抽象，被認(rèn)為是來(lái)自廠商對(duì)于內(nèi)核開(kāi)發(fā)包裝外設(shè)的總體。例如，本文采用的是TI的TMS320F28335，其所有外設(shè)寄存器與中斷的總和描述即為一層芯片抽象層，常以開(kāi)發(fā)手冊(cè)形式描述每個(gè)寄存器的功能。

板級(jí)抽象層（Board Hardware AbstractLayer）建立在芯片抽象層之上，是對(duì)特定外設(shè)的一級(jí)抽象描述，包括了該外設(shè)的初始化函數(shù)，過(guò)程處理函數(shù)，外設(shè)使能禁止函數(shù)等，是該外設(shè)對(duì)于寄存器層面到函數(shù)層面的一級(jí)抽象，向上提供外設(shè)的接口函數(shù)，實(shí)現(xiàn)寄存器對(duì)于上層應(yīng)用封裝。該模塊包含了所有應(yīng)用的到的外設(shè)提供接口函數(shù)，例如：系統(tǒng)時(shí)鐘初始化、GPIO口初始化、ADC初始化、EPWM初始化、SCI串口初始化，以及外設(shè)的處理函數(shù)。這樣處理就將應(yīng)用層程序與底層寄存器之間分離開(kāi)來(lái)，在進(jìn)行不同硬件平臺(tái)之間的程序移植時(shí)只需修改底層接口函數(shù)，而不用修改應(yīng)用層程序。

工程數(shù)據(jù)集包含了內(nèi)部參數(shù)數(shù)據(jù)、旋變反饋解碼數(shù)據(jù)、PID控制數(shù)據(jù)、矢量控制數(shù)據(jù)、三環(huán)控制數(shù)據(jù)、狀態(tài)反饋數(shù)據(jù)、故障代碼數(shù)據(jù)、輸入輸出數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)類型主要采用結(jié)構(gòu)體、聯(lián)合體和枚舉等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)定義，盡量減少了全局變量的使用。應(yīng)用層函數(shù)在調(diào)用這些數(shù)據(jù)時(shí)主要通過(guò)指針進(jìn)行實(shí)參的傳遞。這樣減少了函數(shù)與函數(shù)之間的耦合度，使程序的模塊化設(shè)計(jì)進(jìn)行得更加徹底。

系統(tǒng)的重要功能需求是著艦鎖定和著艦鎖定解除功能。這兩個(gè)功能對(duì)應(yīng)程序流程圖分別如圖13、圖14所示。根據(jù)程序流程圖編寫(xiě)程序時(shí)，把著艦鎖定和著艦鎖定解除分別寫(xiě)成兩個(gè)不同的功能函數(shù)。在程序中還增加了安全保護(hù)代碼，一旦發(fā)現(xiàn)給定位置與當(dāng)前位置差值絕對(duì)值大于電動(dòng)魚(yú)叉最大行程240mm時(shí)，相應(yīng)指令的動(dòng)作不會(huì)執(zhí)行。

伺服驅(qū)動(dòng)器工作在位置環(huán)模式下，電動(dòng)魚(yú)叉工作的零位非常重要，而旋變不同于絕對(duì)值編碼器在每次重新上電后會(huì)以新的位置為零位，所以在系統(tǒng)掉電后要把當(dāng)前位置保存在EEPROM中，在下次上電時(shí)從EEPROM中讀取該值作為魚(yú)叉所在的位置。在系統(tǒng)首次調(diào)試時(shí)，必須要進(jìn)行一次回零位操作，當(dāng)伺服驅(qū)動(dòng)器接收到回零指令時(shí)，驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作在速度環(huán)模式以100r/min的速度反轉(zhuǎn)直到堵轉(zhuǎn)電流達(dá)到1.5A時(shí)再切換到位置環(huán)模式正轉(zhuǎn)使電動(dòng)魚(yú)叉前進(jìn)4mm，并記錄該位置為電動(dòng)魚(yú)叉工作的零位。

圖10 泄放和制動(dòng)器控制原理圖

圖11 RS-422通訊電路原理圖

圖12 伺服驅(qū)動(dòng)代碼結(jié)構(gòu)圖

在完成伺服驅(qū)動(dòng)軟件代碼的編寫(xiě)、調(diào)試后通過(guò)SVN版本管理工具及時(shí)把代碼上傳到公司服務(wù)器上，在上傳前應(yīng)簡(jiǎn)要說(shuō)明軟件實(shí)現(xiàn)功能。如果下次對(duì)軟件有更改，則在更改并調(diào)試完成后需要再次上傳代碼（只上傳修改了代碼文件），并簡(jiǎn)要說(shuō)明修改了的地方。使用SVN的好處在于軟件代碼的每個(gè)版本在服務(wù)器端都有記錄可供查詢，并可以十分方便地比較兩個(gè)版本代碼之間的差異。

4 測(cè)試結(jié)果及結(jié)論

在樣機(jī)制作出來(lái)后開(kāi)始進(jìn)行軟件和硬件間的聯(lián)合測(cè)試工作。首先，是在不帶魚(yú)叉負(fù)載情況下，對(duì)電機(jī)控制性能進(jìn)行測(cè)試，主要利用示波器觀察電流環(huán)模式下Q軸電流的階躍響應(yīng)，并調(diào)整電流環(huán)的PI參數(shù)至合適值，在速度環(huán)模式下速度的階躍響應(yīng)，并調(diào)整速度環(huán)的PI參數(shù)至合適值，然后在位置環(huán)模式下調(diào)整位置環(huán)比例系數(shù)P、位置環(huán)前饋系數(shù)和前饋平滑系數(shù)至合適值，通過(guò)示波器觀測(cè)到的波形如圖15所示。圖15中所示的通道1測(cè)試的是實(shí)際速度值，通道2測(cè)試的是反饋的位置值，從中可以看出初始位置和最終位置的一致性，沒(méi)有較大的位置誤差。

圖13著艦鎖定程序流程圖

圖14著艦鎖定解除程序流程圖

圖15空載測(cè)試時(shí)位置、速度波形

其次，是在帶魚(yú)叉負(fù)載的情況下完成系統(tǒng)回零位測(cè)試、旋變位置掉電保存測(cè)試、最高速度限制模式下的定位精度測(cè)試、自動(dòng)控制模式測(cè)試、手動(dòng)控制模式測(cè)試和測(cè)試使能模式下測(cè)試，具體的測(cè)試波形如圖16、圖17所示。圖16、圖17中通道1測(cè)試的是Q軸電流，通道2測(cè)試的是反饋速度，其中圖16反應(yīng)的是一個(gè)完整的著艦鎖定和著艦鎖定解除動(dòng)作時(shí)Q軸電流和速度波形。圖17反應(yīng)的是在最高轉(zhuǎn)速達(dá)10000r/min情形下進(jìn)行滿行程往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的Q軸電流和速度波形。從圖16和圖17的波形中可以看出Q軸電流和速度沒(méi)有太大的波動(dòng)，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)。

圖16鎖定和解鎖過(guò)程中Q軸電流和速度波形

圖17往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的Q軸電流和速度波形圖

最后，進(jìn)行加載測(cè)試，從2000N負(fù)載開(kāi)始，每次增加1000N負(fù)載，直至10000N負(fù)載。在加載測(cè)試過(guò)程中，驅(qū)動(dòng)器能平穩(wěn)將負(fù)載拉起來(lái)，沒(méi)有出現(xiàn)異常情況。整個(gè)測(cè)試結(jié)果表明系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)、定位準(zhǔn)確，滿足功能和性能要求。

5 結(jié)語(yǔ)

整個(gè)系統(tǒng)利用主控芯片TMS320F28335與智能功率模塊PS21767-V實(shí)現(xiàn)對(duì)交流永磁同步伺服電機(jī)的控制。在RS-422通訊的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)魚(yú)叉的自動(dòng)控制、手動(dòng)控制和測(cè)試模式控制功能，并通過(guò)一系列測(cè)試驗(yàn)證了系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)可靠。通過(guò)以上控制方法研究，為其他設(shè)計(jì)人員提供一定的參考和借鑒。