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光传伺服舵机的实现技术研究 光传伺服舵机的实现技术研究* Researchon servobyLight 金益辉 杨一栋 王新华 (南京航空航天大学自动化学院，南京 210016) 摘 要:针对某小型无人直升机研制了一种光传伺服舵机。该光传伺服舵机主要由舵机控制 器、伺服电机、减速齿轮、反馈传感器组成，采用主流的PWM脉宽调制控制技术。性能测试结果显示 该系统具有实时性好、抗干扰能力强等优点，验证了光传伺服舵机在工程应用上的可行性和可靠性。 关键词:舵机 光传操纵 光电转换 单片机 PWM Abstract:Servo场 lightisoneofthecriticaltechnologiesoffly一by一light(FBL)flightcontrol 斗stem.Thisarticledesi护saservobylightforaunmannedhelicopter.Thissystemcomprisesservo controller，DCmotor，reducinggears andpositionsensor.Theresultofpefformancetestshowsthatthis systemhasexcellentreal一timeperformanceandcapabilityofanti一interference，andconfirmsthefeasibility andreliabilityofservobylightforengineeringapplication. Keywords: fly一by一light photoelectrictransducer MCU PWM 0 引 言 后，经控制算法解算后向相应的功率驱动芯片发出一 光纤具有抗电磁干扰能力强、传输信息量大、频带 定宽度的PWM脉宽调制信号，从而驱动光传伺服舵机 宽以及质量轻等优点，因此在飞行器上由光纤代替铜 机械轴转动。该系统要求实现对控制信号的快速线性 导线进行信息传输实现光传操纵系统(FBL)，是新一 跟踪，同时具有良好的动态特性和抗电磁干扰能力。 代战机飞控系统发展的必然趋势。西方国家尤其是美 1 光传伺服舵机结构配置 国对光传操纵系统的研究已有近30年的历史，取得了 光传伺服舵机跟传统的舵机一样，是一种位置伺 一系列关键技术，已处于领先地位，其中光传伺服舵机 服控制系统。它由伺服电机、减速齿轮、反馈传感器和 的研究备受关注。 控制器组成，系统结构配置见图1;由控制信号与位置 实现纯光传操纵系统的难点之一就在于光作动器 传感器的反馈信号比较，控制器根据位置误差产生 的研制’」〔。虽然国外已研制出了小功率的光化学反应 PWM调整脉冲，并驱动舵机正向或反向偏转，实现舵 舵机，即利用光的明、灭使化学物质分解或合成，产生压 机的精确定位。 力差来驱动机械机构，但此类舵机目前还不足以投人应 舵机控制器的输出信号为PWM信号，本文设计的 用。鉴于现有的技术条件，本文采用了在原有电传操纵 PwM周期为20ms，脉宽范围为1一Zms，中心位置脉宽 的基础上加人光电转换，从而实现光传操纵的设计 为1.sms，PWM信号的占空比决定舵机偏转角叫，见 思想。 图2。 本文针对某小型无人直升机研制了一种光传伺服 2 光传伺服舵机的硬件结构 舵机。整个光传舵机控制系统以P89c51RD2单片机 光传伺服舵机主要由舵机控制器、伺服电机、减速 为主控单元，完成数据通讯、控制实现、状态监测等任 齿轮、反馈传感器组成，其中控制器的硬件配置见图3。 务。舵机控制器接收到上位飞控计