專利名稱：多余度高壓永磁無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)，特別涉及一種多余度高壓永磁無(wú)刷直流 電機(jī)的控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著多電飛機(jī)的快速發(fā)展，用電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)取代復(fù)雜的液壓、氣壓系統(tǒng)，將是未來(lái) 的發(fā)展方向。現(xiàn)代飛機(jī)的主電源系統(tǒng)主要經(jīng)歷了低壓直流電源、恒速恒頻交流電源、變速恒 頻交流電源及高壓直流電源四個(gè)發(fā)展過(guò)程。270V高壓直流電源具有重量輕、效率高、更容易 實(shí)現(xiàn)不間斷供電等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在國(guó)外一些先進(jìn)飛機(jī)上得到了應(yīng)用。隨著電力電子技術(shù)和新 型稀土材料的快速發(fā)展，電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)普遍采用稀土永磁無(wú)刷直流電機(jī)。在飛行控制系統(tǒng)中，為了提高系統(tǒng)的可靠性，一般采用余度配置方式。傳統(tǒng)控制系 統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)余度控制通常做法是一臺(tái)控制器作為一個(gè)通道，采用多臺(tái)控制器并聯(lián)運(yùn)行，這種 方案的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、體積大。而將冗余技術(shù)引入到控制系統(tǒng)中，控制器中采用 高性能處理器，編寫(xiě)冗余式的軟件控制系統(tǒng)，功率控制電路采用冗余式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，每套功率 控制電路分別與控制系統(tǒng)構(gòu)成獨(dú)立的通道，可在一臺(tái)控制器上實(shí)現(xiàn)多臺(tái)電機(jī)的控制，該方 案的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、體積小。在搜索到的相關(guān)論文中，有一些學(xué)者對(duì)雙余度無(wú)刷 直流電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究，且一般為低壓，但在飛行控制系統(tǒng)中，雙余度并不能滿足系 統(tǒng)要求，普遍采用多余度控制系統(tǒng)；雙余度控制系統(tǒng)是通過(guò)兩個(gè)獨(dú)立通道對(duì)電機(jī)進(jìn)行管理 控制，對(duì)于故障只能通過(guò)人為判定等方法；而多余度控制系統(tǒng)需要對(duì)多個(gè)通道進(jìn)行管理控 制，每個(gè)通道間還要有通訊功能，故障判定通過(guò)表決制判定。而對(duì)于多余度高壓永磁無(wú)刷直 流電機(jī)控制系統(tǒng)，則沒(méi)有檢索到相關(guān)文獻(xiàn)。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種多余度高壓永磁無(wú)刷直流電機(jī)的控制 系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠有效地減小系統(tǒng)的體積和重量，降低成本。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是包括控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、檢測(cè)電路 和檢測(cè)保護(hù)電路；控制系統(tǒng)采用DSP作為主控芯片，發(fā)出路數(shù)與余度一致的多路PWM脈沖送 入驅(qū)動(dòng)電路；驅(qū)動(dòng)電路采用多套完全對(duì)稱的三相全橋式電路，電路套數(shù)與余度一致，每套三 相全橋式電路分別與一臺(tái)電機(jī)的U、V、W三相連接來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)；檢測(cè)電路包括多套位置檢測(cè) 電路，每一套位置檢測(cè)電路負(fù)責(zé)將一臺(tái)電機(jī)的霍爾位置傳感器信號(hào)送入DSP中；檢測(cè)保護(hù) 電路分別包括套數(shù)與余度一致的多套電壓檢測(cè)保護(hù)電路和電流檢測(cè)保護(hù)電路，分別通過(guò)電 流傳感器和電壓傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)加載在電機(jī)上的電流值和電壓值，送入DSP中。一旦電機(jī) 發(fā)生短路或者斷路等故障，DSP自動(dòng)切除該路控制信號(hào)，并發(fā)出警報(bào)信號(hào)，保證其他余度的 正常運(yùn)行。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明針對(duì)飛行控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了一套基于DSP的多余度 高壓永磁無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)。在系統(tǒng)工作過(guò)程中，通過(guò)對(duì)各種故障的實(shí)時(shí)檢測(cè)，當(dāng)一路控制信號(hào)發(fā)生故障，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切除該路信號(hào)，而其他余度仍可正常工作，既保證了系統(tǒng)的 可靠性，又有效地減小了系統(tǒng)的體積重量，降低了成本。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本發(fā)明所述的控制器 可以實(shí)現(xiàn)單余度和多余度等不同模式下運(yùn)行，在每種模式下，均可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1是本發(fā)明控制電路圖；圖2是本發(fā)明驅(qū)動(dòng)電路圖； 圖3是本發(fā)明上電延時(shí)電路圖；圖4是本發(fā)明電壓檢測(cè)保護(hù)電路圖。
具體實(shí)施方式
裝置實(shí)施例本發(fā)明所述的系統(tǒng)主要由控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、上電延時(shí)電路和檢測(cè) 保護(hù)電路等組成，本實(shí)施例以3余度高壓永磁無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行說(shuō)明?？刂齐娐凡捎肨MS320F28235作為主控芯片，該芯片具有低功耗和高性能的處理 能力，特別適用于有大量數(shù)據(jù)處理的場(chǎng)合，控制電路如圖1所示。三臺(tái)電機(jī)發(fā)出HALL1、 HALL2和HALL3三路位置信號(hào)送入DSP TMS320F28235的CAPl、CAP2和CAP3模塊中，根據(jù) 這三路位置信號(hào)，DSP發(fā)出P麗1、P麗2和P麗3三路控制信號(hào)送入三個(gè)IR2130中，經(jīng)IR2130 放大后，三個(gè)IR2130分別發(fā)出控制信號(hào)送入三相全橋式電路中，3個(gè)三相全橋式電路驅(qū)動(dòng)3 臺(tái)電機(jī)運(yùn)行，在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)電壓傳感器和電流傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)電機(jī)電壓和電流， 送入DSP的AD轉(zhuǎn)換模塊中進(jìn)行處理，檢測(cè)是否有過(guò)流、過(guò)壓、欠壓等故障的出現(xiàn)。驅(qū)動(dòng)電路采用專用三相橋驅(qū)動(dòng)的集成電路IR2130，它的內(nèi)部設(shè)計(jì)有過(guò)電流保護(hù)、 欠電壓封鎖等功能，一個(gè)余度的驅(qū)動(dòng)電路如圖2所示。內(nèi)帶三個(gè)獨(dú)立的高壓側(cè)和低壓側(cè)輸 出通道，分別與H1N1、H1N2、H1N3、LINK L1N2、L1N3相連接，可輸出六路驅(qū)動(dòng)脈沖，驅(qū)動(dòng)電 流的拉灌能力為2A，而且僅需一路直流供電電源，同時(shí)該器件可對(duì)同一橋臂上下兩只功率 MOS器件的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生2微秒的互鎖延時(shí)時(shí)間，以防止同一橋臂上下兩功率管直通 短路。當(dāng)其六個(gè)輸入信號(hào)中任何一個(gè)為邏輯低電平時(shí)，相應(yīng)的輸出為高電平，以驅(qū)動(dòng)功率 M0SFET。考慮到系統(tǒng)母線額定電壓為270V直流高壓，主電路逆變橋采用N溝道增強(qiáng)型MOS 場(chǎng)效應(yīng)管IRFP460，其漏源極電壓可達(dá)500V，漏極電流可達(dá)20A。系統(tǒng)采用270V高壓設(shè)計(jì)，為了保護(hù)電路，設(shè)計(jì)了上電延時(shí)電路，如圖3所示，上電 瞬間，母線電壓經(jīng)電阻R44向母線電容C64充電，防止了突加電壓對(duì)電容的沖擊。+15Q電源 建立后，一方面經(jīng)電阻R40向電容C63充電，同時(shí)Q2立刻飽和導(dǎo)通，Ql的柵源極間近似短 路，Ql處于截止?fàn)顟B(tài)，電容C63充電并達(dá)到穩(wěn)壓管D9的擊穿電壓所需的延時(shí)時(shí)間，已經(jīng)足 夠控制器所需電源電壓的建立，D9擊穿后，Q3導(dǎo)通，Q2截止，電阻R42、R43串聯(lián)分壓，使Ql 的柵極電壓近似為+15V，Ql導(dǎo)通，電阻R44被短路，+270V電壓直接加到了功率橋上。系統(tǒng)采用霍爾傳感器實(shí)現(xiàn)母線電壓及電流的實(shí)時(shí)檢測(cè)，兩套檢測(cè)保護(hù)電路類似， 以電壓檢測(cè)保護(hù)電路為例說(shuō)明，如圖4所示。母線電壓檢測(cè)采用霍爾電壓傳感器HNV025A， 由于該傳感器原邊沒(méi)有串連電阻，因此需要計(jì)算進(jìn)行電阻配合，其中R23為原邊串聯(lián)電阻，主要是將被檢測(cè)的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成傳感器敏感的弱電流信號(hào)，R13將副邊弱電流信號(hào)轉(zhuǎn)換 成弱電壓信號(hào)，經(jīng)D6限幅后輸入到LM358，再經(jīng)過(guò)電壓跟隨和阻容濾波后輸入 到DSP的AD 模塊。母線電流檢測(cè)采用閉環(huán)霍爾電流傳感器HNC-05SY，同樣采用士 15V供電，額定測(cè)量電 流If = 5A，線性范圍0-7. 5A，額定輸出電壓Vh = 4V，免去了副邊采用電阻將弱電流信號(hào)轉(zhuǎn) 換成弱電壓信號(hào)的環(huán)節(jié)，
權(quán)利要求多余度高壓永磁無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)，包括控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、檢測(cè)電路和檢測(cè)保護(hù)電路，其特征在于控制系統(tǒng)采用DSP作為主控芯片，發(fā)出路數(shù)與余度一致的多路PWM脈沖送入驅(qū)動(dòng)電路；驅(qū)動(dòng)電路采用多套完全對(duì)稱的三相全橋式電路，電路套數(shù)與余度一致，每套三相全橋式電路分別與一臺(tái)電機(jī)的U、V、W三相連接來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)；檢測(cè)電路包括多套位置檢測(cè)電路，每一套位置檢測(cè)電路負(fù)責(zé)將一臺(tái)電機(jī)的霍爾位置傳感器信號(hào)送入DSP中；檢測(cè)保護(hù)電路分別包括套數(shù)與余度一致的多套電壓檢測(cè)保護(hù)電路和電流檢測(cè)保護(hù)電路，分別通過(guò)電流傳感器和電壓傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)加載在電機(jī)上的電流值和電壓值，送入DSP中；一旦電機(jī)發(fā)生短路或者斷路等故障，DSP自動(dòng)切除該路控制信號(hào)，并發(fā)出警報(bào)信號(hào)，保證其他余度的正常運(yùn)行。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種多余度高壓永磁無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)發(fā)出路數(shù)與余度一致的多路PWM脈沖送入驅(qū)動(dòng)電路；驅(qū)動(dòng)電路采用多套完全對(duì)稱的三相全橋式電路，與電機(jī)的U、V、W三相連接來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)；檢測(cè)電路包括多套位置檢測(cè)電路，將電機(jī)的霍爾位置傳感器信號(hào)送入DSP中；檢測(cè)保護(hù)電路分別包括套數(shù)與余度一致的多套電壓檢測(cè)保護(hù)電路和電流檢測(cè)保護(hù)電路，實(shí)時(shí)檢測(cè)加載在電機(jī)上的電流值和電壓值，送入DSP中；一旦電機(jī)發(fā)生短路或者斷路等故障，DSP自動(dòng)切除該路控制信號(hào)，并發(fā)出警報(bào)信號(hào)，保證其他余度的正常運(yùn)行。本實(shí)用新型既保證了系統(tǒng)的可靠性，又有效地減小了系統(tǒng)的體積重量，降低了成本。
文檔編號(hào)H02H7/085GK201752106SQ20102026211
公開(kāi)日2011年2月23日 申請(qǐng)日期2010年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月16日
發(fā)明者付朝陽(yáng), 劉景林, 趙小鵬 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)