一種高可靠雙冗余電動舵機控制裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高可靠雙冗余電動舵機控制裝置，特別是涉及一種飛機起落架轉彎機構用，雙總線冗余的電動舵機控制器。
【背景技術】
[0002]飛機(含無人機)在起飛前或降落后，在跑道上低速滑跑階段，其轉向是通過前起落架的擺動實現(xiàn)。前起落架擺動是通過前起落架轉彎機構控制的，目前飛機前起落架轉彎機構多采用液壓缸實現(xiàn)。因此亟需提供一種新型的高可靠雙冗余電動舵機控制裝置。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種高可靠、雙冗余控制總線式前輪轉彎電動舵機控制裝置。
[0004]為解決上述技術問題，本發(fā)明一種高可靠雙冗余電動舵機控制裝置，包括總線接口、控制核心、電機驅動模塊、傳感器接口、旋轉變壓器接口、控制電源接口、三相電機接口、電源電路、以及功率電源接口 ；
[0005]控制電源通過控制電源接口進入；
[0006]電源電路將控制電源進行變換，然后進行供電；
[0007]控制核心通過總線接口接收到來自飛行控制系統(tǒng)的控制指令后，通過傳感器接口采集來自線位移傳感器和三冗余角位移傳感器的模擬量，并將控制指令與模擬量進行運算，生成控制量；
[0008]控制核心通過旋轉變壓器接口讀取來自旋轉變壓器的信息，根據(jù)旋轉變壓器的信息產生出虛擬霍爾信號和方向信號；
[0009]控制核心將控制量、方向信號和虛擬霍爾信號傳送至電機驅動模塊；
[0010]電機驅動模塊結合控制量、方向信號和虛擬霍爾信號將功率電源接口輸入的功率電源變換為三相電壓，通過三相電機接口輸出至電機，驅動電機運轉，電機通過減速器完成轉角的改變。
[0011]總線接口包括主控制總線、備控制總線和遙測總線；主控制總線、備控制總線同時接收飛行控制系統(tǒng)發(fā)送的控制指令，和向飛行控制系統(tǒng)發(fā)送舵機當前擺角；
[0012]遙測總線僅向飛行控制系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)。
[0013]飛行控制系統(tǒng)系統(tǒng)上電后每隔20ms通過主、備兩路控制總線向電動舵機控制裝置發(fā)送指令。
[0014]控制核心對飛行控制系統(tǒng)通過主/備控制總線發(fā)送的數(shù)據(jù)進行監(jiān)測；
[0015]如果兩路總線均正常，則電動舵機控制裝置按照主備控制總線上的指令進行動作；
[0016]若主備控制總線故障，則自動切換至備控制總線；
[0017]若兩路總線均故障，則切斷電源輸出，使電機處于自由狀態(tài)。
[0018]傳感器接口包括精密電源電路和A/D轉換電路組成；
[0019]精密電源電路向線位移傳感器和三冗余角位移傳感器供電；
[0020]A/D轉換電路將線位移傳感器和三冗余角位移傳感器返回的電壓量轉變?yōu)槟M量，進入控制核心進行位置閉環(huán)控制。
[0021]本發(fā)明的技術效果如下:
[0022]1、無刷直流電機的換相控制采用旋轉變壓器虛擬霍爾信號的方式，取消了傳統(tǒng)的霍爾位置傳感器，采用更加可靠的旋轉變壓器來控制無刷直流電機進行精確換相。
[0023]2、與飛控系統(tǒng)采用雙冗余總線通訊，兩條總線采用熱備方式進行冗余。將一條總線設為主總線，另一條作為備份總線。默認情況下本裝置采用主總線的數(shù)據(jù)，本裝置同時監(jiān)測兩個總線上的數(shù)據(jù)，當檢測到某一條總線上的數(shù)據(jù)連續(xù)故障，則認為該總線發(fā)生故障，若主總線發(fā)生故障，則采用備份總線的控制數(shù)據(jù)。
[0024]3、本裝置提供了額外的遙測總線，將控制器運行過程中采集的各參數(shù)傳送給用戶。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明所提供的一種高可靠雙冗余電動舵機控制裝置的示意圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0027]通常，航空器的前輪轉彎機構由電動舵機控制裝置、無刷直流電機、旋轉變壓器、減速器、三冗余角位移傳感器、線位移傳感器組成。
[0028]電動舵機控制裝置通過雙冗余控制總線接收來自飛控系統(tǒng)(如飛行控制計算機)的指令，同時實時監(jiān)測兩路總線上的數(shù)據(jù)。根據(jù)飛控系統(tǒng)發(fā)送的轉角指令，結合由旋轉變壓器和位移傳感器采集的信息，完成無刷直流電機的位置閉環(huán)控制。在進行控制的同時，電動舵機控制器將內部的參數(shù)通過遙測總線發(fā)送給遙測系統(tǒng)，可以供地面人員判讀。
[0029]如圖所示，本發(fā)明包括總線接口、控制核心、電機驅動模塊、傳感器接口、旋轉變壓器接口、控制電源接口、三相電機接口、電源電路、以及功率電源接口。
[0030]電源電路可以是DC/DC模塊，也可以是由電源管理芯片配合外圍電路形成的電源電路。控制核心可以是單片機、DSP芯片或FPGA芯片。電機驅動模塊可以是專用電機驅動芯片，或是由功率半導體器件加外圍電路構成的電機驅動電路。
[0031 ] 控制電源通過控制電源接口進入電動舵機控制裝置，然后又裝置中的電源電路負責將控制電源變換為5V和±15V，5V電源經過LDO芯片轉化為3.3V和1.8V，對傳感器、控制電路、電機驅動模塊進行供電。
[0032]飛行控制系統(tǒng)(如飛行控制計算機等)通過總線接口與電動舵機控制裝置進行總線通訊，完成對電動舵機控制裝置的控制以及監(jiān)測?？偩€接口包含主控制總線、備控制總線和遙測總線。主控制總線、備控制總線工作在全雙工模式，在接收飛行控制系統(tǒng)發(fā)送的控制指令的同時，也向飛行控制系統(tǒng)發(fā)送舵機當前擺角。遙測總線工作在單工模式，不接收來自飛行控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，僅向飛行控制系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)。電動舵機控制裝置內部的總線接口采用隔離型總線通訊模塊(如隔離型總線電平轉換芯片)實現(xiàn)，控制和遙測總線均采用SCI串口方式進行通訊，
[0033]電動舵機控制裝置通過總線接口接收到來自飛行控制系統(tǒng)的控制指令后，通過傳感器接口采集來自舵機線位移傳感器和三冗余角位移傳感器的模擬量，傳感器接口可由精密電源電路和A/D轉換電路組成。精密電源電路可由高精度電壓基準和功放組成，用來向線位移傳感器和三冗余角位移傳感器供電。A/D轉換電路負責將線位移傳感器和三冗余角位移傳感器返回的電壓量轉變?yōu)槟M量，進入控制核心(如高速DSP芯片)進行位置閉環(huán)控制。
[0034]控制核心將來自總線接口的控制指令和來自傳感器接口的位置信息進行運算，生成控制量(可以是PWM脈寬信號，也可以是SVPWM信號)。為了使控制量正確的作用到無刷直流電機上，控制核心通過旋轉變壓器接口讀取來自旋轉變壓器的信息，根據(jù)旋轉變壓器的信息產生出虛擬霍爾信號和方向信號，并將控制量、方向信號和虛擬霍爾信號傳送至電機驅動模塊(可以是專用無刷電機驅動芯片，也可以是由邏輯電路和功率電路組成的無刷直流電機驅動電路)。
[0035]電機驅動模塊結合控制核心送入的控制量、方向信號和虛擬霍爾信號將功率電源接口輸入的功率電源變換為三相電壓，通過三相電機接口輸出至無刷直流電機，驅動無刷直流電機運轉，無刷直流電機通過減速器完成轉角的改變。
[0036]電動舵機控制裝置要求飛行控制系統(tǒng)系統(tǒng)上電后便開始每隔20ms通過主、備兩路控制總線向電動舵機控制裝置發(fā)送指令。電動舵機控制裝置上電初始化完成后等待一段時間，等待時間過后開始對飛行控制系統(tǒng)通過主/備控制總線發(fā)送的數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，如果連續(xù)一段時間內都無法從某路總線上收到正確的數(shù)據(jù)，則認為該路總線故障。如果兩路總線均正常，則電動舵機控制裝置按照主總線上的指令進行動作，若主總線故障，則自動切換至備份總線，按照備份總線上的指令執(zhí)行轉彎，若兩路總線均故障，則轉彎控制器切斷功率模塊的功率輸出，使無刷直流電機處于自由狀態(tài)。
[0037]在工作過程中，電動舵機控制裝置實時監(jiān)控電機轉速、電流，控制和功率電壓等參數(shù)，并根據(jù)自檢判據(jù)對這些參數(shù)進行判斷，通過遙測總線實時上報當前電動舵機控制裝置的運行狀態(tài)。從而提高系統(tǒng)的可靠性。
【主權項】
1.一種高可靠雙冗余電動舵機控制裝置，其特征在于:包括總線接口、控制核心、電機驅動模塊、傳感器接口、旋轉變壓器接口、控制電源接口、三相電機接口、電源電路、以及功率電源接口； 所述控制電源通過所述控制電源接口進入； 所述電源電路將控制電源進行變換，然后進行供電； 所述控制核心通過總線接口接收到來自飛行控制系統(tǒng)的控制指令后，通過傳感器接口采集來自線位移傳感器和三冗余角位移傳感器的模擬量，并將所述控制指令與模擬量進行運算，生成控制量； 所述控制核心通過旋轉變壓器接口讀取來自旋轉變壓器的信息，根據(jù)旋轉變壓器的信息產生出虛擬霍爾信號和方向信號； 所述控制核心將控制量、方向信號和虛擬霍爾信號傳送至電機驅動模塊； 所述電機驅動模塊結合所述控制量、方向信號和虛擬霍爾信號將功率電源接口輸入的功率電源變換為三相電壓，通過三相電機接口輸出至電機，驅動電機運轉，電機通過減速器完成轉角的改變。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種高可靠雙冗余電動舵機控制裝置，其特征在于:所述總線接口包括主控制總線、備控制總線和遙測總線；所述主控制總線、備控制總線同時接收飛行控制系統(tǒng)發(fā)送的控制指令，和向飛行控制系統(tǒng)發(fā)送舵機當前擺角； 遙測總線僅向飛行控制系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種高可靠雙冗余電動舵機控制裝置，其特征在于:飛行控制系統(tǒng)系統(tǒng)上電后每隔20ms通過主、備兩路控制總線向電動舵機控制裝置發(fā)送指令。
4.根據(jù)權利要求2所述的一種高可靠雙冗余電動舵機控制裝置，其特征在于:所述控制核心對飛行控制系統(tǒng)通過主/備控制總線發(fā)送的數(shù)據(jù)進行監(jiān)測； 如果兩路總線均正常，則電動舵機控制裝置按照主備控制總線上的指令進行動作； 若主備控制總線故障，則自動切換至備控制總線； 若兩路總線均故障，則切斷電源輸出，使電機處于自由狀態(tài)。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種高可靠雙冗余電動舵機控制裝置，其特征在于:所述傳感器接口包括精密電源電路和A/D轉換電路組成； 精密電源電路向線位移傳感器和三冗余角位移傳感器供電； A/D轉換電路將線位移傳感器和三冗余角位移傳感器返回的電壓量轉變?yōu)槟M量，進入控制核心進行位置閉環(huán)控制。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高可靠雙冗余電動舵機控制裝置，包括總線接口、控制核心、電機驅動模塊、傳感器接口、旋轉變壓器接口、控制電源接口、三相電機接口、電源電路、以及功率電源接口；控制核心通過總線接口接收到來自飛行控制系統(tǒng)的控制指令后，將控制量、方向信號和虛擬霍爾信號傳送至電機驅動模塊；電機驅動模塊通過三相電機接口輸出至電機，驅動電機運轉，電機通過減速器完成轉角的改變。本發(fā)明通過雙冗余的數(shù)字總線與飛控系統(tǒng)通訊，接收飛控系統(tǒng)發(fā)送的轉角指令，在內部實現(xiàn)雙冗余總線的冗余邏輯、無刷直流電機的換相控制、前輪轉角的閉環(huán)控制。
【IPC分類】B64C25-50
【公開號】CN104590550
【申請?zhí)枴緾N201310524761
【發(fā)明人】曹巳甲, 王效亮, 仲悅, 郭翹楚, 褚曉霞
【申請人】北京精密機電控制設備研究所, 中國運載火箭技術研究院
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2013年10月30日