一種三冗余無(wú)刷直流伺服驅(qū)動(dòng)控制器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)器，具體涉及一種千瓦級(jí)三冗余機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)控制器。
【背景技術(shù)】
[0002]電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)器作為機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)的重要組成部分，直接驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，帶動(dòng)伺服作動(dòng)器，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。目前運(yùn)載火箭已成功采用和推廣了余度電液伺服機(jī)構(gòu)技術(shù)來(lái)提高系統(tǒng)的可靠性。機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)應(yīng)用于飛行器同樣需要解決可靠性問(wèn)題?，F(xiàn)有的機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)控制驅(qū)動(dòng)器通常采用雙余度雙繞組機(jī)電伺服控制驅(qū)動(dòng)器，其功率等級(jí)和冗余程度都較低。無(wú)法滿足新型飛行器的可靠性高的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種能夠滿足高可靠性需求的飛行器千瓦級(jí)三冗余機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)控制驅(qū)動(dòng)器，該驅(qū)動(dòng)器能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)電伺服控制的高度集成和冗余設(shè)計(jì)。
[0004]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案:一種三冗余無(wú)刷直流伺服驅(qū)動(dòng)控制器，它包括三路并聯(lián)的、分別與無(wú)刷直流電機(jī)連通的伺服控制驅(qū)動(dòng)電路，三路伺服控制驅(qū)動(dòng)電路之間互相通訊。
[0005]所述的伺服控制驅(qū)動(dòng)電路包括伺服控制模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、電流傳感器、電位計(jì)，伺服控制模塊的輸出端與電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的輸入端連通，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端與無(wú)刷直流電機(jī)的控制信號(hào)輸入端連通，電流檢測(cè)模塊的輸入端與無(wú)刷直流電機(jī)的檢測(cè)信號(hào)輸出端連通，電流檢測(cè)模塊的輸出端與電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的輸入端連通；電位計(jì)的輸入端與無(wú)刷直流電機(jī)的位置信號(hào)輸出端連通，第一電位計(jì)的輸出端與伺服控制模塊的數(shù)字信號(hào)輸入端連通；電位計(jì)采集無(wú)刷直流電機(jī)的電機(jī)位置反饋信號(hào)傳輸伺服控制模塊，電機(jī)位置反饋信號(hào)數(shù)字量在伺服控制模塊中進(jìn)行計(jì)算，生成PWM脈沖信號(hào)和電機(jī)轉(zhuǎn)向信號(hào)；電流檢測(cè)模塊采集無(wú)刷直流電機(jī)的電流信號(hào)；伺服控制模塊生成的PWM脈沖信號(hào)、電機(jī)轉(zhuǎn)向信號(hào)與位置脈沖信號(hào)共同進(jìn)入電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，控制直流無(wú)刷電機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。
[0006]所述的三路伺服控制驅(qū)動(dòng)電路的伺服控制模塊之間互相通訊，電流檢測(cè)模塊監(jiān)測(cè)無(wú)刷直流電機(jī)的輸出電流，將其傳輸給伺服控制模塊，伺服控制模塊發(fā)現(xiàn)其中一路伺服控制驅(qū)動(dòng)電路故障，伺服控制模塊將故障信號(hào)發(fā)送給另兩路正常工作的控制驅(qū)動(dòng)通道，并將故障通道進(jìn)行隔離。
[0007]所述的伺服控制模塊包括1553模塊、DSP控制器和A/D轉(zhuǎn)換模塊，1553模塊傳輸指令信號(hào)給DSP控制器，電位計(jì)采集無(wú)刷直流電機(jī)的電機(jī)位置反饋信號(hào)傳輸給A/D轉(zhuǎn)換模塊，A/D轉(zhuǎn)換模塊將電機(jī)位置反饋信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后傳輸給DSP控制器，電機(jī)位置反饋信號(hào)數(shù)字量在DSP控制器進(jìn)行計(jì)算，生成PWM脈沖信號(hào)和電機(jī)轉(zhuǎn)向信號(hào)；電流檢測(cè)模塊采集無(wú)刷直流電機(jī)的電流信號(hào)；DSP控制器生成的PWM脈沖信號(hào)、電機(jī)轉(zhuǎn)向信號(hào)與位置脈沖信號(hào)共同進(jìn)入電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，控制直流無(wú)刷電機(jī)工作。
[0008]所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊包括GAL邏輯模塊、光耦隔離模塊、高壓集成驅(qū)動(dòng)模塊、MOSFET功率模塊，DSP控制器的信號(hào)輸出端依次與GAL邏輯模塊、光耦隔離模塊、高壓集成驅(qū)動(dòng)模塊、MOSFET功率模塊連通，MOSFET功率模塊與無(wú)刷直流電機(jī)的控制信號(hào)輸入端連通，電流檢測(cè)模塊的輸出端與伺服控制模塊的A/D轉(zhuǎn)換模塊連通；GAL邏輯模塊將PWM脈沖信號(hào)、電機(jī)轉(zhuǎn)向信號(hào)和霍爾位置脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)GAL邏輯運(yùn)算，光耦隔離模塊將邏輯運(yùn)算后的信號(hào)隔離，高壓集成驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)MOSFET功率模塊工作，MOSFET功率模塊輸出三相PWM脈沖控制信號(hào)，用于控制直流無(wú)刷電機(jī)三相功率逆變橋，進(jìn)而控制直流無(wú)刷電機(jī)工作。
[0009]電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的電源輸入端與功率電源連通。
[0010]第一電位計(jì)的電源輸入端與電位計(jì)電源連通。
[0011]本發(fā)明的有益技術(shù)效果在于:(I)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)控制器能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)刷直流伺服控制驅(qū)動(dòng)器的控制部件三冗余設(shè)計(jì)，具備系統(tǒng)的一度故障容錯(cuò)能力和一度故障工作能力，容錯(cuò)能力與已有機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)顯著提高。(2)與雙余度雙繞組機(jī)電伺服控制驅(qū)動(dòng)器相比，本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)器三冗余無(wú)刷直流伺服驅(qū)動(dòng)控制器方案不僅在位置反饋信號(hào)、故障檢測(cè)切換模塊、驅(qū)動(dòng)模塊上進(jìn)行了三余度的設(shè)計(jì)，還對(duì)主控制器件DSP和電源模塊進(jìn)行了三冗余設(shè)計(jì)，保證了控制系統(tǒng)在各環(huán)節(jié)的高容錯(cuò)能力與故障工作能力。(3)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)器由于在三個(gè)子通道均采用1553B通訊技術(shù)，保證了三個(gè)控制回路的同步運(yùn)行，相較于傳統(tǒng)雙余度兩控制子通道的主從工作方式，其效率與可靠性大大提高。(4)本發(fā)明的三個(gè)子控制器之間除共用指令信號(hào)外完全獨(dú)立，每個(gè)子控制器均對(duì)三路反饋角度信號(hào)進(jìn)行多數(shù)表決，與相同的指令信號(hào)比較，實(shí)現(xiàn)伺服閉環(huán)控制；三個(gè)子控制器均監(jiān)測(cè)本路的母線電流，若出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)或卡死現(xiàn)象，母線電流將異常增大，若此現(xiàn)象持續(xù)一段時(shí)間，據(jù)此判斷此路故障，三個(gè)控制子通道中若一通道發(fā)生故障時(shí)，可對(duì)該通道進(jìn)行故障隔離，上傳故障信息，使系統(tǒng)進(jìn)行重構(gòu)，保證系統(tǒng)在繼續(xù)安全運(yùn)行的同時(shí)，盡量減小系統(tǒng)性能的降低。(5)無(wú)論是電源、控制器、驅(qū)動(dòng)器、反饋電位計(jì)的一度故障，最終都可通過(guò)以上的余度管理措施解決，簡(jiǎn)單有效地保證了伺服系統(tǒng)在冗余部件一度故障下仍能可靠工作，并達(dá)到系統(tǒng)性能要求。(6)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)器采用變結(jié)構(gòu)PID控制策略，通過(guò)實(shí)時(shí)判斷角度誤差、反饋位置信號(hào)，合理選擇控制參數(shù)，并利用算法的切換特性，減小系統(tǒng)的超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間，加速系統(tǒng)的收斂，提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)品質(zhì)。(7)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)控制器能夠?qū)崿F(xiàn)并提高無(wú)刷直流伺服機(jī)構(gòu)的一度故障容錯(cuò)能力和故障工作能力，在可靠性指標(biāo)上會(huì)有較大的提高，且基礎(chǔ)技術(shù)較成熟，易實(shí)現(xiàn)。(8)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)器的三個(gè)通道的供電各自獨(dú)立，均包含獨(dú)立的電源變換電路，若其中某一通道電源出現(xiàn)異常，其它通道仍能正常工作，從而保證了電源系統(tǒng)的可靠性。(9)三通道以熱備份方式運(yùn)行，當(dāng)某一通道出現(xiàn)故障時(shí)，直接將其切斷，另外兩路正常通道通過(guò)系統(tǒng)重構(gòu)繼續(xù)運(yùn)行。(10)在控制策略上采用由電流環(huán)和位置環(huán)構(gòu)成的雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的“三環(huán)”結(jié)構(gòu)相比，既可提高系統(tǒng)的快速性，又可節(jié)省硬件成本；同時(shí)采用一種變結(jié)構(gòu)PID控制策略，通過(guò)實(shí)時(shí)判斷角度誤差、反饋位置信號(hào)，合理選擇控制參數(shù)，并利用算法的切換特性，減小系統(tǒng)的超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間，加速系統(tǒng)的收斂，能夠提聞系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)品質(zhì)。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本發(fā)明所提供的一種三冗余無(wú)刷直流伺服驅(qū)動(dòng)控制器的系統(tǒng)組成圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0014]如圖1所示，本發(fā)明所提供的一種三冗余無(wú)刷直流伺服驅(qū)動(dòng)控制器，包括三路并聯(lián)的、相同的伺服控制驅(qū)動(dòng)電路，三路伺服控制驅(qū)動(dòng)電路為并聯(lián)的第一伺服控制驅(qū)動(dòng)電路1、第二伺服服控制驅(qū)動(dòng)電路2和第三伺服服控制驅(qū)動(dòng)電路3。
[0015]如圖1所示，第一伺服控制驅(qū)動(dòng)電路包括第一伺服控制模塊101、第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊102、第一控制電源103、第一電流檢測(cè)模塊104、第一電位計(jì)電源105、第一電位計(jì)106。
[0016]如圖1所不,第一伺服控制模塊101包括第一 1553模塊101A、第一 DSP控制器101B、第一 A/D轉(zhuǎn)換模塊1lC ;第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊102包括第一 GAL邏輯模塊102A、第一光耦隔離模塊102B、第一高壓集成驅(qū)動(dòng)模塊102C、第一 MOSFET功率模塊102D。第一 1553模塊1lA的輸出端與第一 DSP控制器1lB的控制信號(hào)輸入端連通，第一 DSP控制器1lB的數(shù)字信號(hào)輸入端與第一 A/D轉(zhuǎn)換模塊1lC的信號(hào)輸出端連通，第一 A/D轉(zhuǎn)換模塊1lC的信號(hào)輸入端與第一電位計(jì)106的反饋信號(hào)輸出端連通，第一電位計(jì)106的信號(hào)輸入端與無(wú)刷直流電機(jī)4的電位計(jì)信號(hào)輸出端連通；第一電位計(jì)106的電源輸入端與第一電位計(jì)電源105的輸出端連通,第一電位計(jì)106用于給第一電位計(jì)電源105供電。第一 DSP控制器1lB的控制信號(hào)輸出端與第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊102的第一 GAL邏輯模塊102A的信號(hào)輸入端連通，第一 GAL邏輯模塊102A的信號(hào)輸出端與第一光稱(chēng)隔離模塊102B的信號(hào)輸入端連通,第一光率禹隔離模塊102B的信號(hào)輸出端與第一高壓集成驅(qū)動(dòng)模塊102C的信號(hào)輸入端連通,第一高壓集成驅(qū)動(dòng)模塊102C的信號(hào)輸出端與第一 MOSFET功率模塊102D的信號(hào)輸入端連通，第一MOSFET功率模塊102D的信號(hào)輸出端與無(wú)刷直流電機(jī)4的三相繞組輸出端連通。無(wú)刷直流電機(jī)4的電流檢測(cè)信號(hào)輸出端與第一電流檢測(cè)模塊104的信號(hào)輸入端連通，第一電流檢測(cè)模塊104的信號(hào)輸出端與第一 A/D轉(zhuǎn)換模塊1lC的反饋信號(hào)輸入端連通。第一控制電源103與第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊102中的第一 GAL邏輯模塊102A、第一光稱(chēng)隔離模塊102B、第一高壓集成驅(qū)動(dòng)模塊102C的電源輸入端均連通，用于給第一控制電源103第一 GAL邏輯模塊102A、第一光耦隔離模塊102B、第一高壓集成驅(qū)動(dòng)模塊102C供電。
[0017]如圖1所示，第二伺服控制模塊201包括第二 1553模塊201A、第二 DSP控制器201B、第二 A/D轉(zhuǎn)換模塊201C ;第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊202包括第二 GAL邏輯模塊202A、第二光耦隔離模塊202B、第二高壓集成驅(qū)動(dòng)模塊202C、第二 MOSFET功率模塊202D。第二 1553模塊201A的輸出端與第二 DSP控制器201B的控制信號(hào)輸入端連通，第二 DSP控制器201B的數(shù)字信號(hào)輸入端與第二 A/D轉(zhuǎn)換模塊201C的信號(hào)輸出端連通，第二 A/D轉(zhuǎn)換模塊201C的信號(hào)輸入端與第二電位計(jì)206的反饋信號(hào)輸出端連通，第二電位計(jì)206的信號(hào)輸入端與無(wú)刷直流電機(jī)4的電位計(jì)信號(hào)輸出端連通；第二電位計(jì)206的電源輸入端與第二電位計(jì)電源205的輸出端連通，第二電位計(jì)206用于給第二電位計(jì)電源205供電。第二 DSP控制器20IB的控制信號(hào)輸出端與第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊202的第二GAL邏輯模塊202A的信號(hào)輸入端連通，第二 GAL邏輯模塊202A的信號(hào)輸出端與第二光耦隔離模塊202B的信號(hào)輸入端連通，第二光耦隔離模塊202B的信號(hào)輸出端與第二高壓集成驅(qū)動(dòng)模塊202C的信號(hào)輸入端連通，第二高壓集成驅(qū)動(dòng)模塊202C的信號(hào)輸出端與第二 MOSFET功率模塊202D的信號(hào)輸入端連通，第二MOSFET功率模塊202D的信號(hào)輸出端與無(wú)刷直流電機(jī)4的控制信號(hào)輸入端連通。無(wú)刷直流電機(jī)4的電流檢測(cè)信號(hào)輸出端與第二