航空电机实验报告（如何简化航空应用中的电机位置控制系统设计）

用于飞机和国防应用的线性执行器控制系统

随着飞机重量、尺寸和速度的增加，飞行控制表面驱动需要更高效、更可靠的半导体解决方案。

在这篇博文中，我们将演示使用LX4580 24 通道数据采集系统、同步电机控制接口片上系统(SoC) 和双ATSAMV71 MCU 的线性执行器控制系统。

航空业正在向电动飞机(MEA) 迈进，用电动解决方案取代机械、液压和气动系统。这可以显着减轻重量，从而减少燃料消耗和排放。使用较少机械部件的另一个好处是提高可靠性并减少维护和拥有费用。

LX4580驱动芯片

LX4580 是一款模拟前端，适用于按照DO-160 等严格标准运行的电机执行器控制系统。 LX4580 与MCU 或现场可编程门阵列(FPGA) 连接，实时执行数字控制系统算法。双高速串行外设接口(SPI) 或通用异步接收器和发送器(UART) 接口为冗余命令/监视器(COM/MON) 系统架构提供同步双端口寄存器访问。这些接口使用ECC 编码为每个1 位数据事务提供2 位错误纠正和16 位错误检测。顺序逻辑通过三模式冗余(TMR) 实现，以防止单事件干扰(SEU)。模拟输入、LVDT 驱动器和逻辑I/O 可以冷备用，允许两个LX4580 在冗余配置中运行，其中一个通电，另一个断电或复位。系统配置、校准和接口设置数据存储在内部一次性可编程(OTP) 存储器中，并在加电时自动加载。图1 显示了典型应用中LX4580 的内部功能和外部连接。

图1：典型驱动应用

典型控制系统架构

飞机和机载防御系统中使用的电机位置和线性驱动控制系统可以使用具有双ATSAMV4580Q71 MCU 的LX21 电机采集SoC 来实现。 MCU 运行电机控制环路，并在经典的命令/监视器(COM/MON) 双控制器冗余控制系统中生成电机控制信号（图2）。 LX4580 SoC 管理传感器（在本例中为一个LVDT 和两个温度传感器）并直接驱动LVDT 初级、计算两个LVDT 次级的RMS，并根据PT100 或TP1000 远程传感器自动执行温度检测。

图2：具有双处理器的COM/MON电机控制系统

为了提供此类控制系统实施的实际演示，我们开发了电机位置控制系统的源代码，该系统使用LVDT 作为位置反馈传感器作为更大控制系统的核心。通过使用现成的步进电机控制器而不是使用LX4580 的脉宽调制(PWM) 输出和电流检测输入，简化了电机驱动硬件。

COM 处理函数

COM 处理器是主电机控制处理器。其功能是：

与主系统控制器通信以进行位置目标设置和高级诊断

使用LX4580 获取系统位置、温度和其他状态

基于带磁滞的相位检测(PD) 环路控制TB6600 电机驱动器（下图3）

执行错误检查

将结果传递给MON 处理器进行比较结果并读取MON 错误状态

图3：相位检测环路

星期一处理器特性

MON 处理器是备用电机控制处理器。其功能是：

与主系统控制器通信以进行位置目标设置、高级诊断和错误报告

使用LX4580 获取位置（独立使用LX2 的第二个LVDT 通道）、温度和其他状态

监控COM处理器控制输出

测量命令电机步进的脉冲波形的频率

检测DIR波形的极性并指示电机方向

运行与COM 处理器相同的控制电机驱动算法，但基于MON 处理器收集的数据

与COM 处理程序通信以获取COM 结果并报告错误

COM 和MON 之间数据不一致的错误检查（脉冲频率、位置、温度）

COM 和MON 处理器之间的通信使用UART 接口来访问共享内存区域。

计算机（主系统控制器）

PC 软件运行Python 命令系统，通过单独的USB 接口与COM 和MON 处理器进行通信。命令被分派到COM 和MON 处理器，以允许MON 处理器检测COM 或MON 接口故障。检测到错误时，MON 处理器将COM 命令与电机隔离，并等待更高级别的控制可以处理错误并可能重新启动控制过程。

审稿编辑：郭婷