一種井下無刷直流電機驅動控制器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種井下無刷直流電機無位置驅動控制器，包括電源電路、驅動電路、通訊電路、壓力采集電路和主控單元。驅動電路接收主控單元的控制信號，壓力采集電路將壓力信號傳送至主控單元，通訊電路將壓力設定值傳送至主控單元，電源電路與上述各單元電連接進行供電。本實用新型的驅動控制器采用了無位置傳感器電機控制方式，不需要在電機上安裝轉子位置傳感器，具有成本低廉、可靠性高、電纜簡單等優(yōu)點；本實用新型的驅動控制器具有智能壓力控制功能，可以獨立完成井下液壓臂控制，是研發(fā)小尺寸垂直鉆井工具的重要技術保障。
【專利說明】一種井下無刷直流電機驅動控制器

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及井下無刷直流電機驅動控制領域，具體涉及一種用于石油鉆井設備井下液壓臂無刷直流電機的無位置傳感器驅動方式的液壓閉環(huán)智能驅動控制電路。

【背景技術】
[0002]井下石油設備工作環(huán)境惡劣，布局空間狹小，可靠性要求高，一旦發(fā)生故障必須能夠快速維修或更換。但目前國內(nèi)的相關產(chǎn)品均是基于霍爾位置傳感器或旋變位置傳感器，通過檢測轉子位置信息完成電子換相，實現(xiàn)無刷直流電機驅動控制的。位置傳感器的使用不但提高了無刷直流電機的制造和維護成本，增大了電機尺寸，不利于小尺寸井下設備的研發(fā)，也使得相關產(chǎn)品的應用受限于位置傳感器的環(huán)境適應性，且驅動控制器產(chǎn)品與位置傳感器的相對關系固定，維修時需要根據(jù)位置傳感器信息進行重新配對使用，使產(chǎn)品的快速更換性變差。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型的目的在于提供一種用于井下液壓臂無刷直流電機的液壓閉環(huán)智能驅動控制器，該驅動控制電路采用了無位置傳感器電機控制方式，不需要安裝機械式位置傳感器檢測電機轉子位置信號來實現(xiàn)電子換相，而只需通過檢測驅動電路中的工作電壓、工作電流等物理量來實時計算無刷直流電機的電子換相點，避免了位置傳感器在井下設備應用中的種種弊端。
[0004]實現(xiàn)本實用新型目的的技術方案:一種用于井下液壓臂無刷直流電機的液壓閉環(huán)智能驅動控制器，其中，包括電源電路、驅動電路、通訊電路、壓力采集電路和主控單元，驅動電路接收主控單元的控制信號，壓力采集電路將壓力信號傳送至主控單元，通訊電路將壓力設定值傳送至主控單元，電源電路與上述各單元電連接進行供電。
[0005]驅動控制器還包括保護電路，電源電路為保護電路提供能源，驅動電路將工作電流和工作電壓信號傳送至保護電路，保護電路將保護信號傳送至主控單元。
[0006]所述的驅動電路接收主控單元的PWM控制信號，經(jīng)過自舉電路信號放大后驅動逆變電路工作；壓力采集電路將液壓臂內(nèi)壓力傳感器信號變換為數(shù)字信號，發(fā)送給主控單元，主控單元將壓力信號與通訊電路接收的壓力設定值進行閉環(huán)運算，輸出PWM到驅動電路控制無刷直流電機旋轉。
[0007]所述的保護電路監(jiān)測驅動電路電流、電壓，由保護電路判斷驅動電路的工作狀態(tài)，一旦出現(xiàn)異常，保護電路輸出保護信號給主控單元，主控單元短時間關閉PWM輸出以保護驅動電路。
[0008]所述的電源電路接收24?48V寬范圍直流電源，變換成驅動控制器自身所需的+5V、+3.3V、+1.8V電源，和壓力傳感器所需的+15V電源。
[0009]所述的主控單元采集驅動電路工作電壓、工作電流，根據(jù)電子換相算法，通過主控單元的高速數(shù)據(jù)處理功能實時計算出無刷直流電機電子換相點，并實現(xiàn)無刷直流電機的驅動控制。
[0010]所述的通訊電路用于驅動控制器與外部設備的數(shù)字總線通信功能，接收外部壓力指令值，返回驅動控制器工作狀態(tài)。
[0011]所述的控制芯片為高性能數(shù)字信號處理器DSP，所述的通訊電路為CAN總線收發(fā)器。
[0012]本實用新型的有益技術效果:本實用新型的驅動控制器不使用機械式位置傳感器檢測電機轉子位置信息，具有以下三大優(yōu)點:首先，降低無刷直流電機制造成本，減小電機本體尺寸，是小口徑井下設備研發(fā)的重要技術保障；其次，無刷直流電機本體可以在較惡劣的環(huán)境下可靠工作，而且驅動控制器與電機之間連接線纜簡潔，整體可靠性高；再次，驅動控制器對電機之間匹配性好，可以快速更換，維修性好。同時驅動控制器產(chǎn)品自帶壓力閉環(huán)和數(shù)字總線通訊，以及異常停機監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)電機異常停止，可以在2s內(nèi)驅動電機重新旋轉。以上特點使得驅動控制器產(chǎn)品可以作為獨立的智能單機實現(xiàn)無刷直流電機高可靠驅動控制。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型所提的一種井下無刷直流電機無位置驅動控制器的系統(tǒng)示意圖；
[0014]圖2為本實用新型所提的一種井下無刷直流電機無位置驅動控制器的結構示意圖。
[0015]圖中:1.電源電路，2.驅動電路，3.通訊電路，4.壓力采集電路，5.保護電路，6.主控單元，7.微型DC/DCI，8.微型DC/DCII，9.信號調(diào)理電路，10.自舉驅動，11.三相逆變，12.電流檢測，13.電壓檢測，14.保護邏輯。

【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細說明。
[0017]如圖1所示，一種用于井下液壓臂無刷直流電機的液壓閉環(huán)智能驅動控制器，它包括電源電路1、驅動電路2、通訊電路3，壓力采集電路4，保護電路5，主控單元6。電源電路1為驅動電路2、通訊電路3、壓力采集電路4、保護電路5和主控單元6提供穩(wěn)定可靠的能源；驅動電路2接收主控單元6的PWM控制信號，經(jīng)過信號放大后驅動無刷直流電機工作；壓力采集電路4將液壓臂中壓力傳感器的模擬信號變換為數(shù)字信號送主控單元6，將壓力信號與通訊電路3接收的壓力設定值進行閉環(huán)運算，輸出PWM到驅動電路2控制無刷直流電機旋轉；驅動電路2的工作電流、工作電壓信號進入保護電路5，由保護電路5判斷驅動電路2的工作狀態(tài)，一旦出現(xiàn)異常，保護電路5輸出保護信號給主控單元6，主控單元6將短時間關閉PWM輸出以保護驅動控制器；同時驅動電路2的工作電流、工作電壓信號通過信號調(diào)理電路調(diào)理后送主控單元6，并通過主控單元6的電子換相算法實時計算無刷直流電機的換相時刻，經(jīng)過驅動電路2的功率放大后控制無刷直流電機旋轉。
[0018]如圖2所示，電源電路1包括微型DC/DCI7和微型DC/DCII8，其中微型DC/DCI7將24?48V寬范圍直流穩(wěn)壓電源變換為土 15V和+5V ;微型DC/DCII8進一步將+5V直流電源變換為+3.3V和+1.8V,為驅動控制器提供能源。
[0019]驅動電路2采用功率驅動集成芯片10，集成度高、體積小，驅動方式為自舉驅動，這種驅動方式結構緊湊、所用外圍元器件數(shù)量少、驅動效率高；三相逆變電路11采用三相M0SFET橋，M0SFET功率器件具有電壓驅動、開關損耗小、適合于低電壓應用的優(yōu)點。
[0020]通訊電路3采用高可靠CAN數(shù)字總線通信，主要完成壓力指令接收、時間同步控制、總線復位指令和驅動控制器工作狀態(tài)返回。
[0021]保護電路5包括過流保護和欠壓保護等多重保護模式，其中過流保護通過采樣電阻將驅動電路工作電流轉變?yōu)殡妷褐?，通過電壓比較器與設定值比較產(chǎn)生過流信號，進而由主控單元6短時切斷驅動電路2實現(xiàn)電流降低目的。
[0022]主控單元6是驅動控制器的控制核心，采用高性能數(shù)字信號處理器DSP，主要完成電機轉子位置檢測、電機轉速計算、壓力采集、壓力閉環(huán)運算、PWM控制信號生成類實時電機運行控制任務，以及通訊管理、工作狀態(tài)返回類非實時任務。主控單元采集驅動電路工作電壓、工作電流，根據(jù)電子換相算法，通過主控單元的高速數(shù)據(jù)處理功能實時計算出無刷直流電機電子換相點，并實現(xiàn)無刷直流電機的驅動控制。
[0023]驅動控制器具有軟件在線管理功能，可以通過通訊電路3與上位機進行通信，通過上位機軟件實現(xiàn)驅動控制器的軟件更新和版本管理，提高了驅動控制器的可靠性和維護性。
[0024]驅動控制器具有異常停機自動重啟功能，主控單元6實時監(jiān)測驅動電路2的工作電壓、工作電流，一旦發(fā)現(xiàn)無刷直流電機非正常停止運行，主控單元6立即復位控制邏輯，重新驅動電機旋轉，檢測到停機到重新啟動的時間間隔小于2s。
[0025]上面結合附圖對本實用新型的實施例作了詳細說明，但是本實用新型并不限于上述實施例，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本實用新型宗旨的前提下作出各種變化。
【權利要求】
1.一種用于井下液壓臂無刷直流電機的驅動控制器，其特征在于:包括電源電路(1)、驅動電路(2)、通訊電路(3)、壓力采集電路(4)和主控單元(6)，驅動電路⑵接收主控單元(6)的控制信號，壓力采集電路(4)將壓力信號傳送至主控單元￠)，通訊電路(3)將壓力設定值傳送至主控單元￠)，主控單元(6)采集驅動電路(2)的工作電流、工作電壓信號，電源電路(1)與上述各單元電連接進行供電。
2.根據(jù)權利要求1所述的驅動控制器，其特征在于:還包括保護電路(5)，電源電路(1)為保護電路(5)供電，驅動電路(2)將工作電流和工作電壓信號傳送至保護電路(5)，保護電路(5)將保護信號傳送至主控單元(6)。
3.根據(jù)權利要求1所述的驅動控制器，其特征在于:所述的壓力采集電路(4)將液壓臂內(nèi)壓力傳感器信號變換為數(shù)字信號，發(fā)送給主控單元出)，主控單元(6)將壓力信號與通訊電路(3)接收的壓力設定值進行閉環(huán)運算，輸出PWM到驅動電路(2)控制無刷直流電機旋轉，實現(xiàn)井下智能控制。
4.根據(jù)權利要求1所述的驅動控制器，其特征在于:主控單元(6)通過通訊電路(3)實現(xiàn)與外部設備通信，通信方式采用高可靠性CAN數(shù)字總線技術。
5.根據(jù)權利要求3所述的驅動控制器，其特征在于:開發(fā)出軟件在線管理功能，通過通訊電路(3)實現(xiàn)驅動控制器的軟件更新和版本管理。
6.根據(jù)權利要求2所述的驅動控制器，其特征在于:驅動電路(2)的工作電流、工作電壓信號進入保護電路(5)，由保護電路(5)判斷驅動電路(2)的工作狀態(tài)，一旦出現(xiàn)異常，保護電路(5)輸出保護信號給主控單元(6)，主控單元(6)將短時間關閉PWM輸出以保護驅動電路⑵。
7.根據(jù)權利要求1所述的驅動控制器，其特征在于:主控單元(6)采集驅動電路(2)的工作電壓、工作電流，通過電子換相算法，實時計算無刷直流電機的換相時刻，控制無刷直流電機的驅動。
8.根據(jù)權利要求7所述的驅動控制器，其特征在于:主控單元(6)監(jiān)控驅動電路(2)的工作電壓、工作電流，當發(fā)現(xiàn)無刷直流電機非正常停止運行時，主控單元出)復位控制邏輯，重新驅動電機旋轉，停機到重新啟動的時間間隔小于2s。
【文檔編號】H02P7/18GK204046475SQ201420526346
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月13日 優(yōu)先權日:2014年9月13日
【發(fā)明者】李雪, 白玉新, 張建國, 吳文晉, 解慶 申請人:北京精密機電控制設備研究所