基于VC++设计的模拟舵机系统，可实现多种类型舵机
基于vc++的模拟舵机系统设计摘要：在无人机半物理仿真实验中，为了节约实验成本，提出用模拟舵机系统代替真实舵机的方法。基于vc++设计了模拟舵机系统。在半物理仿真系统中连入模拟舵机，并用该系统模拟副翼、升降舵、油门的舵机。通过实验验证了该模拟舵机系统的有效性。实验结果表明，该模拟舵机系统具有实时性好，可模拟多种舵机的特点。
0 引言 无人机飞行控制仿真主要包括数字仿真和半物理仿真。半物理仿真将系统部分实物引入仿真回路，尽可能真实模拟现场情况，比数字仿真更能有效验证飞行控制系统的可靠性，尤其在其在初期试飞调参以及后期控制策略改进阶段应用广泛。
做无人机的半物理仿真时，需要使用真实舵机，而舵机价格比较昂贵，且多次实验时存在损坏的风险，无形中增加了实验成本。本文根据舵机在飞行控制系统中的作用及特点，基于vc++设计模拟舵机；该模拟舵机由综合记录计算机和若干板卡构成，运行于综合记录计算机中；代替实现真实舵机的功能，节约了实验成本。
1 模拟舵机硬件设计 模拟舵机系统，首先要能模拟舵机在半物理仿真中的功能；其次要不影响半物理仿真接入真实舵机。这个是通过pcld-785b（继电器输出板）来选择的，当do不输出任何值时，ci和nci是导通的，当do输出时，ci和noi导通（i=0，1，2，…，9）。
系统硬件设计如图1所示，为了简洁，省去pcl-880接线板。
图1中的pcld-782b是光电隔离板，为了隔离pcld-785b带来的噪声和提高电压（飞控盒输出电压是3．3 v，提高到ttl电平）。而pcl-836（频率采集卡）和pcl-726（d／a输出卡），pcl-812（a／d采集卡）和位于综合记录计算机内，在vc++中的操作方法如图2所示。
2 舵机函数关系的输入 为了仿真多种舵机的需要，舵机函数关系应该可调；同时系统要满足自动获取接在图1仿真舵机上舵机的舵机函数。系统用pcl-836发出pwm波，pcl-726采集反馈电压。程序界面如图3所示。
图中k，b为v=kt+b中的系数，v代表反馈电压，t代表脉宽（单位：ms）。
3 模拟舵机软件设计 3．1 pwm波采集方法
对pwm的采集是程序的难点，这里使用pcl-836的事件计数功能来实现对pwm的测量。pcl-836共有6路计数器，其中clk5用来产生时钟信号。在pwm的下降沿时去读计数器的值，然后根据时钟的频率算出pwm高电平的时间。检测pwm下降沿的常见的方法是使用中断和查询。在pwm每次下降沿时触发中断，在中断程序里去读计数器的值。但是pcl-836只支持一个外接中断，并且是上升沿触发中断，而整个仿真需要4个舵机，在目前的硬件条件下并不能直接实现，需要一定的辅助电路，如非门等。其次用查询的方法，用一个线程来读di，在下降沿时去读计数器的值。但这样cpu的占用很高，影响系统的整体性能。所以不使用查询和中断的方法。为了能够检测pwm下降沿，并考虑现实性，决定用1 ms定时器来实现。如果上次读到高定平，而这次读到低电平，就认为是下降沿。虽然有不定的延迟，但是延迟小于1 ms，同时可以得到正确的值，而且系统占用要远远低于查询方法。
3．2 使用多媒体定时器采集pwm波
微软提供了精确定时器的底层api，支持能够提供高精度的定时器服务，利用多媒体定时器可以精确地读出系统的当前时间，并在很精确的时间间隔内处理事件，可以到1 ms的精度。多媒体定时器的回调函数的程序流程图如图4所示。
用多媒体定时器采集pwm的方法带来的不定延迟，加上windows系统的实时性差带来的延迟，使得模拟舵机系统实时性变差。但是飞控盒发出的pwm波几乎是同时发出，即上升沿在时间上是一致的。所以可以用中断加查询的方法来检测，用一路pwm做中断源，每次中断的时候去查询，最终检测到下降沿。
3．3 中断加查询采集pwm波
pcl-836支持一路外部中断，上升沿触发。首先使用drv_enableevent函数使能中断，开始中断线程，在中断线程里用drv_checkevent函数检测中断。中断线程流程图如图5所示。
使用中断加查询的方法采集pwm，实时性比较好，系统占用高于定时器方法，但是低于查询方法。
4 仿真分析 在半物理仿真系统中连人该模拟舵机，系统模拟副翼、升降舵、油门三个舵机。使用该系统采集飞控盒发出的pwm，并反馈电压给模型机。经仿真采集到各舵机的pwm曲线如图6～图8，可知该系统实现具有实时性好，可模拟多种舵机的特点。
5 结语 本文基于vc++设计的模拟舵机系统，实现了无人机飞行控制半物理仿真中真实舵机的功能，一定程度上降低了实验成本。该系统功能全面，设计灵活，可实现多种类型舵机，是一种行之有效的仿真方法。
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1 模拟舵机硬件设计 模拟舵机系统，首先要能模拟舵机在半物理仿真中的功能；其次要不影响半物理仿真接入真实舵机。这个是通过pcld-785b（继电器输出板）来选择的，当do不输出任何值时，ci和nci是导通的，当do输出时，ci和noi导通（i=0，1，2，…，9）。
系统硬件设计如图1所示，为了简洁，省去pcl-880接线板。
图1中的pcld-782b是光电隔离板，为了隔离pcld-785b带来的噪声和提高电压（飞控盒输出电压是3．3 v，提高到ttl电平）。而pcl-836（频率采集卡）和pcl-726（d／a输出卡），pcl-812（a／d采集卡）和位于综合记录计算机内，在vc++中的操作方法如图2所示。
2 舵机函数关系的输入 为了仿真多种舵机的需要，舵机函数关系应该可调；同时系统要满足自动获取接在图1仿真舵机上舵机的舵机函数。系统用pcl-836发出pwm波，pcl-726采集反馈电压。程序界面如图3所示。
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3．2 使用多媒体定时器采集pwm波
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3．3 中断加查询采集pwm波
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使用中断加查询的方法采集pwm，实时性比较好，系统占用高于定时器方法，但是低于查询方法。
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5 结语 本文基于vc++设计的模拟舵机系统，实现了无人机飞行控制半物理仿真中真实舵机的功能，一定程度上降低了实验成本。该系统功能全面，设计灵活，可实现多种类型舵机，是一种行之有效的仿真方法。
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