專利名稱：多余度高壓永磁無刷直流電機(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)動系統(tǒng)取代復(fù)雜的液壓、氣壓系統(tǒng)，將是未來 的發(fā)展方向?，F(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發(fā)展過程。270V高壓直流電源具有重量輕、效率高、更容易 實現(xiàn)不間斷供電等優(yōu)點，已經(jīng)在國外一些先進(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)動系統(tǒng)普遍采用稀土永磁無刷直流電機(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)中實現(xiàn)余度控制通常做法是一臺控制器作為一個通道，采用多臺控制器并聯(lián)運行，這種 方案的缺點是結(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，每套功率 控制電路分別與控制系統(tǒng)構(gòu)成獨立的通道，可在一臺控制器上實現(xiàn)多臺電機(jī)的控制，該方 案的特點是結(jié)構(gòu)簡單、成本低、體積小。在搜索到的相關(guān)論文中，有一些學(xué)者對雙余度無刷 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)是通過兩個獨立通道對電機(jī)進(jìn)行管理 控制，對于故障只能通過人為判定等方法；而多余度控制系統(tǒng)需要對多個通道進(jìn)行管理控 制，每個通道間還要有通訊功能，故障判定通過表決制判定。而對于多余度高壓永磁無刷直 流電機(jī)控制系統(tǒng)，則沒有檢索到相關(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刷直流電機(jī)的控制 系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，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)問題所采用的技術(shù)方案是包括控制電路、驅(qū)動電路、檢測電路 和檢測保護(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)動電路；驅(qū)動電路采用多套完全對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電機(jī)的U、V、W三相連接來驅(qū)動電機(jī)；檢測電路包括多套位置檢測 電路，每一套位置檢測電路負(fù)責(zé)將一臺電機(jī)的霍爾位置傳感器信號送入DSP中；檢測保護(hù) 電路分別包括套數(shù)與余度一致的多套電壓檢測保護(hù)電路和電流檢測保護(hù)電路，分別通過電 流傳感器和電壓傳感器實時檢測加載在電機(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自動切除該路控制信號，并發(fā)出警報信號，保證其他余度的 正常運行。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明針對飛行控制系統(tǒng)，設(shè)計了一套基于DSP的多余度 高壓永磁無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)。在系統(tǒng)工作過程中，通過對各種故障的實時檢測，當(dāng)一路控制信號發(fā)生故障，系統(tǒng)會自動切除該路信號，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)實驗驗證，本發(fā)明所述的控制器 可以實現(xiàn)單余度和多余度等不同模式下運行，在每種模式下，均可以實現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。下面結(jié) 合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。


圖1是本發(fā)明控制電路圖；圖2是本發(fā)明驅(qū)動電路圖；圖3是本發(fā)明上電延時電路圖；圖4是本發(fā)明電壓檢測保護(hù)電路圖。
具體實施例方式裝置實施例本發(fā)明所述的系統(tǒng)主要由控制電路、驅(qū)動電路、上電延時電路和檢測 保護(hù)電路等組成，本實施例以3余度高壓永磁無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行說明。控制電路采用TMS320F28235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)處理的場合，控制電路如圖1所示。三臺電機(jī)發(fā)出HALL1、 HALL2和HALL3三路位置信號送入DSP TMS320F28235的CAPl、CAP2和CAP3模塊中，根據(jù) 這三路位置信號，DSP發(fā)出P麗1、P麗2和P麗3三路控制信號送入三個IR2130中，經(jīng)IR2130 放大后，三個IR2130分別發(fā)出控制信號送入三相全橋式電路中，3個三相全橋式電路驅(qū)動3 臺電機(jī)運行，在電機(jī)運行過程中，通過電壓傳感器和電流傳感器實時檢測電機(jī)電壓和電流， 送入DSP的AD轉(zhuǎn)換模塊中進(jìn)行處理，檢測是否有過流、過壓、欠壓等故障的出現(xiàn)。驅(qū)動電路采用專用三相橋驅(qū)動的集成電路IR2130，它的內(nèi)部設(shè)計有過電流保護(hù)、 欠電壓封鎖等功能，一個余度的驅(qū)動電路如圖2所示。內(nèi)帶三個獨立的高壓側(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)動脈沖，驅(qū)動電 流的拉灌能力為2A，而且僅需一路直流供電電源，同時該器件可對同一橋臂上下兩只功率 MOS器件的柵極驅(qū)動信號產(chǎn)生2微秒的互鎖延時時間，以防止同一橋臂上下兩功率管直通 短路。當(dāng)其六個輸入信號中任何一個為邏輯低電平時，相應(yīng)的輸出為高電平，以驅(qū)動功率 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，為了保護(hù)電路，設(shè)計了上電延時電路，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時間，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)采用霍爾傳感器實現(xiàn)母線電壓及電流的實時檢測，兩套檢測保護(hù)電路類似， 以電壓檢測保護(hù)電路為例說明，如圖4所示。母線電壓檢測采用霍爾電壓傳感器HNV025A， 由于該傳感器原邊沒有串連電阻，因此需要計算進(jìn)行電阻配合，其中R23為原邊串聯(lián)電阻，主要是將被檢測的電壓信號轉(zhuǎn)換成傳感器敏感的弱電流信號，R13將副邊弱電流信號轉(zhuǎn)換成弱電壓信號，經(jīng)D6限幅后輸入到LM358，再經(jīng)過電壓跟隨和阻容濾波后輸入到DSP的AD 模塊。母線電流檢測采用閉環(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轉(zhuǎn) 換成弱電壓信號的環(huán)節(jié)。
權(quán)利要求
多余度高壓永磁無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)，包括控制電路、驅(qū)動電路、檢測電路和檢測保護(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)動電路；驅(qū)動電路采用多套完全對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電機(jī)的U、V、W三相連接來驅(qū)動電機(jī)；檢測電路包括多套位置檢測電路，每一套位置檢測電路負(fù)責(zé)將一臺電機(jī)的霍爾位置傳感器信號送入DSP中；檢測保護(hù)電路分別包括套數(shù)與余度一致的多套電壓檢測保護(hù)電路和電流檢測保護(hù)電路，分別通過電流傳感器和電壓傳感器實時檢測加載在電機(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自動切除該路控制信號，并發(fā)出警報信號，保證其他余度的正常運行。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多余度高壓永磁無刷直流電機(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)動電路；驅(qū)動電路采用多套完全對稱的三相全橋式電路，與電機(jī)的U、V、W三相連接來驅(qū)動電機(jī)；檢測電路包括多套位置檢測電路，將電機(jī)的霍爾位置傳感器信號送入DSP中；檢測保護(hù)電路分別包括套數(shù)與余度一致的多套電壓檢測保護(hù)電路和電流檢測保護(hù)電路，實時檢測加載在電機(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自動切除該路控制信號，并發(fā)出警報信號，保證其他余度的正常運行。本發(fā)明既保證了系統(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H02H7/09GK101873094SQ20101022981
公開日2010年10月27日 申請日期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, 劉景林, 趙小鵬 申請人:西北工業(yè)大學(xué)