專利名稱：多余度高壓永磁無刷直流電機控制系統(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控制系統(tǒng)，特別涉及一種多余度高壓永磁無刷直流 電機的控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著多電飛機的快速發(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)在國外一些先進飛機上得到了應(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。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 直流電機控制系統(tǒng)進行了研究，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進行管理 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 流電機控制系統(tǒng)，則沒有檢索到相關(guān)文獻。
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的U、V、W三相連接來驅(qū)動電機；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)將一臺電機的霍爾位置傳感器信號送入DSP中；檢測保護 電路分別包括套數(shù)與余度一致的多套電壓檢測保護電路和電流檢測保護電路，分別通過電 流傳感器和電壓傳感器實時檢測加載在電機上的電流值和電壓值，送入DSP中。一旦電機 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)電機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。
以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
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)明電壓檢測保護電路圖。
具體實施方式
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 保護電路等組成，本實施例以3余度高壓永磁無刷直流電機控制系統(tǒng)進行說明?？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)處理的場合，控制電路如圖1所示。三臺電機發(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 臺電機運行，在電機運行過程中，通過電壓傳感器和電流傳感器實時檢測電機電壓和電流， 送入DSP的AD轉(zhuǎn)換模塊中進行處理，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、 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?？紤]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溝道增強型MOS 場效應(yīng)管IRFP460，其漏源極電壓可達500V，漏極電流可達20A。系統(tǒng)采用270V高壓設(shè)計，為了保護電路，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，兩套檢測保護電路類似， 以電壓檢測保護電路為例說明，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的U、V、W三相連接來驅(qū)動電機；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)將一臺電機的霍爾位置傳感器信號送入DSP中；檢測保護電路分別包括套數(shù)與余度一致的多套電壓檢測保護電路和電流檢測保護電路，分別通過電流傳感器和電壓傳感器實時檢測加載在電機上的電流值和電壓值，送入DSP中；一旦電機發(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。
專利摘要本實用新型公開了一種多余度高壓永磁無刷直流電機控制系統(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，與電機的U、V、W三相連接來驅(qū)動電機；檢測電路包括多套位置檢測電路，將電機的霍爾位置傳感器信號送入DSP中；檢測保護電路分別包括套數(shù)與余度一致的多套電壓檢測保護電路和電流檢測保護電路，實時檢測加載在電機上的電流值和電壓值，送入DSP中；一旦電機發(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。本實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H02H7/085GK201752106SQ20102026211
公開日2011年2月23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)