用于飛機和國防應用的線性執行器控制系統

隨著飛機重量、尺寸和速度的增加，飛行控制表面驅動需要更高效、更可靠的半導體解決方案。

在這篇博文中，我們將演示一個線性執行器控制系統，該系統使用 LX4580 24 通道數據采集系統，該系統具有同步電機控制接口片上系統 （SoC） 和雙 ATSAMV71 MCU。

航空業正在轉向電動飛機（MEA），用電動解決方案取代機械、液壓和氣動系統。這導致重量顯著減輕，從而減少油耗和排放。使用較少機械內容的另一個好處是提高了可靠性并減少了維護和擁有費用。

LX4580 驅動芯片

LX4580 是一款模擬前端，適用于在 DO-160 等嚴格標準下工作的電機執行器控制系統。LX4580與MCU或現場可編程門陣列（FPGA）接口，以實時執行數字控制系統算法。雙高速串行外設接口 （SPI） 或通用異步接收器和發射器 （UART） 接口為冗余命令/監視器 （COM/MON） 系統架構提供同步雙端口寄存器訪問。這些接口使用 ECC 編碼在每個 1 位數據事務中提供 2 位糾錯和 16 位錯誤檢測。順序邏輯通過三模式冗余 （TMR） 實現，以防止單事件翻轉 （SEU）。模擬輸入、LVDT 驅動器和邏輯 I/O 可以冷備用，允許兩個 LX4580 以冗余配置運行，其中一個通電，另一個關閉或復位。系統配置、校準和接口設置數據存儲在內部一次性可編程（OTP）存儲器中，并在上電時自動加載。圖1顯示了典型應用中LX4580的內部功能和外部連接。

圖 1：典型致動應用

典型控制系統架構

飛機和機載防御系統中使用的電機位置和線性驅動控制系統可以使用帶有雙 ATSAMV4580Q71 MCU 的 LX21 電機采集 SoC 來實現。MCU 運行電機控制環路，并在經典命令/監視器 （COM/MON） 雙控制器冗余控制系統中生成電機控制信號（圖 2）。LX4580 SoC管理傳感器（在本例中為一個LVDT和兩個溫度傳感器），并直接驅動LVDT初級，計算兩個LVDT次級的RMS，并基于PT100或TP1000遠程傳感器自動進行溫度檢測。

圖 2：帶雙處理器的 COM/MON 電機控制系統

為了提供這種控制系統實現的實際演示，我們開發了電機位置控制系統的源代碼，該系統使用LVDT作為位置反饋傳感器，作為更大控制系統的核心。通過使用現成的步進電機控制器，而不是使用LX4580的脈寬調制（PWM）輸出和電流檢測輸入，簡化了電機驅動硬件。

COM 處理器函數

COM處理器是主要的電機控制處理器。其功能是：

與主系統控制器通信，以進行位置目標設置和高級診斷

使用 LX4580 獲取系統位置、溫度和其他狀態

基于帶遲滯的相位檢測 （PD） 環路控制 TB6600 電機驅動器（下圖 3）

執行錯誤檢查

將結果傳送給 MON 處理器以比較結果并讀取 MON 錯誤狀態

圖3：相位檢測環路

周一處理器功能

MON處理器是備用電機控制處理器。其功能是：

與主系統控制器通信，以進行位置目標設置、高級診斷和錯誤報告

使用 LX4580 獲取位置（使用 LX2 的第二個 LVDT 通道獨立）、溫度和其他狀態

監視 COM 處理器控制輸出

測量脈沖波形指令電機步進的頻率

檢測DIR波形的極性，指示電機方向

運行與COM處理器相同的控制電機驅動算法，但基于MON處理器收集的數據

與 COM 處理器通信以獲取 COM 結果并報告錯誤

錯誤檢查COM和MON之間的數據不一致（脈沖頻率，位置，溫度）

COM 和 MON 處理器之間的通信使用 UART 接口訪問共享內存區域。

電腦（主系統控制器）

PC軟件在Python中運行命令系統，該系統通過單獨的USB接口與COM和MON處理器進行通信。命令被調度到 COM 和 MON 處理器，以允許 MON 處理器檢測 COM 或 MON 接口故障。在錯誤檢測時，MON 處理器將 COM 命令與電機隔離，并將等待，直到更高級別的控制可以處理錯誤并可能重新啟動控制過程。

審核編輯：郭婷