冲压发动机控制器及冲压发动机的制作方法

1.本技术涉及冲压发动机技术领域，尤其涉及一种冲压发动机控制器及冲压发动机。


背景技术：

2.目前，冲压发动机例如弹用冲压发动机通常采用集中控制方案，即通过一台冲压发动机控制器(硬件)实现发动机控制规律解算及执行机构控制。
3.对于使用电动泵供油的冲压发动机，由于发动机和电机的控制周期差异巨大，同时电机驱动控制功能比较独立，通常采用两个数字信号处理器(digital signal processing，简称dsp)分别运行发动机控制软件和电机控制软件，两个软件通过核间通讯实现数据传输，如图1所示。但上述双核控制器硬件方案体积大，成本高。


技术实现要素：

4.本技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
5.为此，本技术的第一个目的在于提出一种冲压发动机控制器。
6.本技术的第二个目的在于提出一种冲压发动机。
7.为达上述目的，本技术的第一方面实施例在于提出一种冲压发动机控制器，包括：设置于同一数字信号处理器中的发动机软件控制模块和电机软件控制模块；所述发动机软件控制模块的运行周期大于所述电机软件控制模块的运行周期，所述发动机软件控制模块与所述电机软件控制模块之间通过定时中断实现调用。
8.在本技术的一个实施例中，所述发动机软件控制模块的运行周期为50毫秒，所述电机软件控制模块的运行周期为500微秒，所述发动机软件控制模块与所述电机软件控制模块之间通过500微秒的定时中断实现调用。
9.在本技术的一个实施例中，所述发动机软件控制模块，用于接收对冲压发动机的控制指令，根据所述控制指令确定供油流量的给定值，根据供油流量的给定值和反馈的供油流量的实际值确定供油流量的控制值，根据所述供油流量的控制值控制所述冲压发动机的供油流量，以实现对发动机供油流量的闭环控制；所述电机软件控制模块，用于根据电机转速的给定值和反馈的电机转速的实际值确定电机转速的控制值，根据所述电机转速的控制值控制电机的转速，以实现对所述电机的转速闭环控制。
10.在本技术的一个实施例中，还包括：设置于所述数字信号处理器中的控制器底层软件模块；所述控制器底层软件模块的运行周期与发动机软件控制模块的运行周期相等，所述控制器底层软件模块与所述发动机软件控制模块之间通过函数实现调用。
11.在本技术的一个实施例中，所述控制器底层软件模块，用于实现对所述冲压发动机控制器的硬件电路的调用。
12.在本技术的一个实施例中，所述控制器底层软件模块，进一步用于实现以下至少一种功能：设置在冲压发动机和/或电机上的传感器信号的采集、所述硬件电路的自检控制
和总线通讯数据的收发。
13.在本技术的一个实施例中，还包括：现场可编程门阵列软件模块；所述现场可编程门阵列软件模块的运行周期小于所述电机软件控制模块的运行周期，所述现场可编程门阵列软件模块和所述电机软件控制模块之间通过寄存器实现数据传输。
14.在本技术的一个实施例中，所述现场可编程门阵列软件模块，用于根据电机电流的给定值和反馈的电机电流的实际值确定电机电流的控制值，根据所述电机电流的控制值控制电机的电流，以实现对所述电机的电流环闭环控制。
15.在本技术的一个实施例中，所述控制器底层软件模块通过所述现场可编程门阵列软件模块实现设置在所述冲压发动机和/或所述电机上的传感器信号的采集。
16.为达上述目的，本技术的第二方面实施例还提出了一种冲压发动机，包括：本技术的第一方面实施例提出的冲压发动机控制器。
17.本技术的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：
18.本技术实施例的冲压发动机控制器，包括设置于同一数字信号处理器中的发动机软件控制模块和电机软件控制模块，发动机软件控制模块的运行周期大于电机软件控制模块的运行周期，发动机软件控制模块与电机软件控制模块之间通过定时中断实现调用。本技术实施例通过将发动机软件控制模块和电机软件控制模块集成在同一个数字信号处理器中，并通过定时中断实现两个模块之间的调用，实现了单核控制器方案，在控制器硬件单dsp条件下实现了发动机控制和多台电机驱动控制功能，大幅降低了硬件体积和成本。
19.本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
20.本技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
21.图1为相关技术中双核控制器的软件结构示意图；
22.图2为本技术实施例提出的一种冲压发动机控制器的软件结构示意图；
23.图3为本技术实施例中电机转速闭环控制的示意图；
24.图4为本技术实施例提出的另一种冲压发动机控制器的软件结构示意图；
25.图5为本技术实施例中电机转速及电流环闭环控制的示意图；
26.图6为本技术实施例提出的一种冲压发动机的结构示意图。
具体实施方式
27.下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
28.下面参考附图描述本技术实施例所提出的一种冲压发动机控制器及冲压发动机。
29.图2为本技术实施例提出的一种冲压发动机控制器的软件结构示意图，如图2所示，本技术实施例的冲压发动机控制器具体可包括：设置于同一数字信号处理器(dsp)21中的发动机软件控制模块22和电机软件控制模块23。
30.数字信号处理器21是一种专门用来实现信号处理算法的微处理器芯片。根据使用方法的不同，数字信号处理器21可以分为专用数字信号处理器和可编程数字信号处理器。专用数字信号处理器只能用来实现某种特定的数字信号处理功能，如数字滤波、fft等。专用数字信号处理器不需编程，使用方便，处理速度快，但是灵活性差。可编程数字信号处理器则像通用处理器(general purpose processor，简称gpp)例如pentium一样有完整的指令系统，通过软件实现各种功能。本技术实施例中的数字信号处理器21采用的是可编程数字信号处理器，包括发动机软件控制模块22和电机软件控制模块23。
31.其中，发动机软件控制模块22的运行周期大于电机软件控制模块23的运行周期，发动机软件控制模块22与电机软件控制模块23之间可以通过定时中断实现调用，进而实现两个模块之间的数据传输。
32.例如，发动机软件控制模块22的运行周期可以设置为50毫秒(ms)，电机软件控制模块23的运行周期可以设置为500微秒(us)，发动机软件控制模块22与电机软件控制模块23之间可以通过500微秒的定时中断实现调用，进而实现两个模块之间的数据传输。
33.对于使用电动泵供油的冲压发动机，发动机软件控制模块22用于实现对发动机供油流量的闭环控制，具体过程如下：发动机软件控制模块22接收对冲压发动机的控制指令例如加速指令、减速指令等，根据该控制指令确定供油流量的给定值，根据供油流量的给定值和反馈的供油流量的实际值确定供油流量的控制值，根据供油流量的控制值控制冲压发动机的供油流量，以实现对发动机供油流量的闭环控制。其中，供油流量的实际值可通过设置在冲压发动机的油路上的流量传感器采集得到。
34.电机软件控制模块23用于实现对电机的转速闭环控制，具体过程如下：电机软件控制模块23根据电机转速的给定值和反馈的电机转速的实际值确定电机转速的控制值，根据电机转速的控制值控制电机的转速，以实现对电机的转速闭环控制。其中，电机转速的实际值可通过设置在电机上的转速传感器采集得到。电机具体可以为永磁同步电机。
35.图3为电机转速闭环控制的示意图，如图3所示，电机软件控制模块23计算电机转速的给定值和转速传感器反馈的电机转速的实际值之间的转速差值，采用转速调节器对转速差值进行转速调节，得到电机转速的控制值，根据电机转速的控制值控制电机的转速，以实现对电机的转速闭环控制。
36.综上，本技术实施例的冲压发动机控制器，包括设置于同一数字信号处理器中的发动机软件控制模块和电机软件控制模块，发动机软件控制模块的运行周期大于电机软件控制模块的运行周期，发动机软件控制模块与电机软件控制模块之间通过定时中断实现调用。本技术实施例通过将发动机软件控制模块和电机软件控制模块集成在同一个数字信号处理器中，并通过定时中断实现两个模块之间的调用，实现了单核控制器方案，在控制器硬件单dsp条件下实现了发动机控制和多台电机驱动控制功能，大幅降低了硬件体积和成本。
37.图4为本技术实施例提出的另一种冲压发动机控制器的软件结构示意图，如图4所示，在图2所示实施例的基础上，本技术实施例的冲压发动机控制器还可以包括：设置于数字信号处理器21中的控制器底层软件模块41。
38.其中，控制器底层软件模块41的运行周期与发动机软件控制模块22的运行周期相等，控制器底层软件模块41与发动机软件控制模块22之间通过函数实现调用，进而实现两个模块之间的数据传输。
39.控制器底层软件模块41用于实现对冲压发动机控制器的硬件电路的调用，具体包括但不限于实现以下至少一种功能：设置在冲压发动机和/或电机上的传感器信号的采集、硬件电路的自检控制和总线通讯数据的收发。
40.具体的，传感器信号的采集例如采集设置在冲压发动机的油路上的流量传感器输出的供油流量信号、采集设置在冲压发动机的油路上的油温传感器输出的供油温度信号、采集设置在冲压发动机的油路上的油压传感器输出的供油压力信号、采集设置在电机上的转速传感器输出的转速信号、采集设置在电机上的电流传感器输出的电流信号等。
41.总线通讯数据的收发例如接收总线上的对冲压发动机的控制指令、通过总线发送对冲压发动机的供油流量的控制指令、通过总线发送对电机转速的控制指令和通过总线发送对电机电流的控制指令等。
42.进一步的，如图4所示，本技术实施例的冲压发动机控制器还可以包括：现场可编程门阵列(field-programmable gate array，简称fpga)软件模块42。
43.其中，现场可编程门阵列软件模块42的运行周期小于电机软件控制模块23的运行周期，现场可编程门阵列软件模块42和电机软件控制模块23之间通过寄存器的写入、读取实现数据交互传输。例如现场可编程门阵列软件模块42的运行周期可以为100us。现场可编程门阵列软件模块42和电机软件控制模块23之间数据交互传输的周期可由发动机软件控制模块22控制，实现与数字信号处理器21共同工作。
44.寄存器的功能是存储二进制代码，它是由具有存储功能的触发器组合起来构成的。一个触发器可以存储1位二进制代码，故存放n位二进制代码的寄存器，需用n个触发器来构成。按照功能的不同，可将寄存器分为基本寄存器和移位寄存器两大类。基本寄存器只能并行送入数据，也只能并行输出。移位寄存器中的数据可以在移位脉冲作用下依次逐位右移或左移，数据既可以并行输入、并行输出，也可以串行输入、串行输出，还可以并行输入、串行输出，或串行输入、并行输出，十分灵活，用途也很广。
45.现场可编程门阵列软件模块41用于实现对电机的电流环闭环控制，具体过程如下：现场可编程门阵列软件模块41根据电机电流的给定值和反馈的电机电流的实际值确定电机电流的控制值，根据电机电流的控制值控制电机的电流，以实现对电机的电流环闭环控制。其中，电机电流的实际值可通过设置在电机上的电流传感器采集得到。
46.图5为电机转速及电流环闭环控制的示意图。如图5所示，电机软件控制模块23计算电机转速的给定值和转速传感器反馈的电机转速的实际值之间的转速差值，采用转速调节器对转速差值进行转速调节，得到电机转速的控制值，也即电机电流的给定值，现场可编程门阵列软件模块41计算电机电流的给定值和电流传感器反馈的电机电流的实际值之间的电流差值，采用电流调节器对电流差值进行电流调节，得到电机电流的控制值，根据电机电流的控制值控制电机的电流，以实现对电机的转速及电流环闭环控制。
47.另外，由于现场可编程门阵列软件模块42的运行周期较短，现场可编程门阵列软件模块42还可以用于实现设置在冲压发动机和/电机上的传感器信号的采集。控制器底层软件模块42依次通过发动机软件控制模块22、电机软件控制模块23从现场可编程门阵列软件模块获取采集的设置在冲压发动机和/或电机上的传感器信号。
48.综上，本技术实施例的冲压发动机控制器，包括现场可编程门阵列软件模块和设置于同一数字信号处理器中的发动机软件控制模块、电机软件控制模块和控制器底层软件
模块，发动机软件控制模块的运行周期大于电机软件控制模块的运行周期，发动机软件控制模块与电机软件控制模块之间通过定时中断实现调用，控制器底层软件模块的运行周期与发动机软件控制模块的运行周期相等，控制器底层软件模块与发动机软件控制模块之间通过函数实现调用，现场可编程门阵列软件模块的运行周期小于电机软件控制模块的运行周期，现场可编程门阵列软件模块和电机软件控制模块之间通过寄存器实现数据传输。本技术实施例通过将发动机软件控制模块、电机软件控制模块和控制器底层软件模块集成在同一个数字信号处理器中，并通过定时中断、函数实现模块之间的调用，实现了单核控制器方案，在控制器硬件单dsp条件下实现了发动机控制和多台电机驱动控制功能，大幅降低了硬件体积和成本。另外，通过软件模块化分工有利于软件快速开发和后续维护。
49.为了实现上述实施例，本技术还提出了一种冲压发动机。图6为本技术实施例提出的一种冲压发动机的结构示意图，如图6所示，该冲压发动机61包括：上述实施例所示的冲压发动机控制器62。
50.需要说明的是，前述对基于冲压发动机控制器的实施例的解释说明也适用于该实施例的冲压发动机，此处不再赘述。
51.综上，本技术实施例的冲压发动机包括冲压发动机控制器，冲压发动机控制器包括现场可编程门阵列软件模块和设置于同一数字信号处理器中的发动机软件控制模块、电机软件控制模块和控制器底层软件模块，发动机软件控制模块的运行周期大于电机软件控制模块的运行周期，发动机软件控制模块与电机软件控制模块之间通过定时中断实现调用，控制器底层软件模块的运行周期与发动机软件控制模块的运行周期相等，控制器底层软件模块与发动机软件控制模块之间通过函数实现调用，现场可编程门阵列软件模块的运行周期小于电机软件控制模块的运行周期，现场可编程门阵列软件模块和电机软件控制模块之间通过寄存器实现数据传输。本技术实施例通过将发动机软件控制模块、电机软件控制模块和控制器底层软件模块集成在同一个数字信号处理器中，并通过定时中断、函数实现模块之间的调用，实现了单核控制器方案，在控制器硬件单dsp条件下实现了发动机控制和多台电机驱动控制功能，大幅降低了硬件体积和成本。另外，通过软件模块化分工有利于软件快速开发和后续维护。
52.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
53.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
54.流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部
分，并且本技术的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本技术的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
55.在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得程序，然后将其存储在计算机存储器中。
56.应当理解，本技术的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
57.本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
58.此外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
59.上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术特征：
1.一种冲压发动机控制器，其特征在于，包括：设置于同一数字信号处理器中的发动机软件控制模块和电机软件控制模块；所述发动机软件控制模块的运行周期大于所述电机软件控制模块的运行周期，所述发动机软件控制模块与所述电机软件控制模块之间通过定时中断实现调用。2.根据权利要求1所述的冲压发动机控制器，其特征在于，所述发动机软件控制模块的运行周期为50毫秒，所述电机软件控制模块的运行周期为500微秒，所述发动机软件控制模块与所述电机软件控制模块之间通过500微秒的定时中断实现调用。3.根据权利要求1所述的冲压发动机控制器，其特征在于，所述发动机软件控制模块，用于接收对冲压发动机的控制指令，根据所述控制指令确定供油流量的给定值，根据供油流量的给定值和反馈的供油流量的实际值确定供油流量的控制值，根据所述供油流量的控制值控制所述冲压发动机的供油流量，以实现对发动机供油流量的闭环控制；所述电机软件控制模块，用于根据电机转速的给定值和反馈的电机转速的实际值确定电机转速的控制值，根据所述电机转速的控制值控制电机的转速，以实现对所述电机的转速闭环控制。4.根据权利要求1所述的冲压发动机控制器，其特征在于，还包括：设置于所述数字信号处理器中的控制器底层软件模块；所述控制器底层软件模块的运行周期与发动机软件控制模块的运行周期相等，所述控制器底层软件模块与所述发动机软件控制模块之间通过函数实现调用。5.根据权利要求4所述的冲压发动机控制器，其特征在于，所述控制器底层软件模块，用于实现对所述冲压发动机控制器的硬件电路的调用。6.根据权利要求5所述的冲压发动机控制器，其特征在于，所述控制器底层软件模块，进一步用于实现以下至少一种功能：设置在冲压发动机和/或电机上的传感器信号的采集、所述硬件电路的自检控制和总线通讯数据的收发。7.根据权利要求6所述的冲压发动机控制器，其特征在于，还包括：现场可编程门阵列软件模块；所述现场可编程门阵列软件模块的运行周期小于所述电机软件控制模块的运行周期，所述现场可编程门阵列软件模块和所述电机软件控制模块之间通过寄存器实现数据传输。8.根据权利要求7所述的冲压发动机控制器，其特征在于，所述现场可编程门阵列软件模块，用于根据电机电流的给定值和反馈的电机电流的实际值确定电机电流的控制值，根据所述电机电流的控制值控制电机的电流，以实现对所述电机的电流环闭环控制。9.根据权利要求7所述的冲压发动机控制器，其特征在于，所述控制器底层软件模块通过所述现场可编程门阵列软件模块实现设置在所述冲压发动机和/或所述电机上的传感器信号的采集。10.一种冲压发动机，其特征在于，包括：如权利要求1-9任一项所述的冲压发动机控制器。

技术总结
本申请提出了一种冲压发动机控制器及冲压发动机，其中，该冲压发动机控制器，包括：设置于同一数字信号处理器中的发动机软件控制模块和电机软件控制模块；所述发动机软件控制模块的运行周期大于所述电机软件控制模块的运行周期，所述发动机软件控制模块与所述电机软件控制模块之间通过定时中断实现调用。本申请通过将发动机软件控制模块和电机软件控制模块集成在同一个数字信号处理器中，并通过定时中断实现两个模块之间的调用，实现了单核控制器方案，在控制器硬件单DSP条件下实现了发动机控制和多台电机驱动控制功能，大幅降低了硬件体积和成本。硬件体积和成本。硬件体积和成本。


技术研发人员：凌文辉 卢彬 裘云 刘志明 张政伟 刘小红 王鸿鹏
受保护的技术使用者：北京动力机械研究所
技术研发日：2023.05.05
技术公布日：2023/7/7