[發明專利]一種雙余度舵機系統和控制方法

無效

• 申請號: 201210176371.6
• 申請日: 2012-05-31
• 公開（公告）號: CN102700706A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 林輝;戴志勇;馬冬麒;齊蓉;李兵強
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B64C13/50
• 分類號: B64C13/50
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 顧潮琪

技術領域

本發明涉及一種雙余度舵機系統和控制方法。

背景技術

舵機控制系統是飛行系統的一個重要執行機構，舵機控制器可以控制舵面的偏轉，從而控制著飛行姿態的變化，實現偏航、翻轉。

目前，舵機余度控制系統發展迅速，成果顯著。公開號為CN101799689A的專利《雙余度舵機控制器》采用了雙余度設計，但控制器只對功率驅動電路進行了余度備份，未進行故障診斷和隔離，從而在故障狀態下，影響舵機系統整體性能。發表于《微電機》的文章《雙余度舵機控制系統設計》介紹了基于DSP和CPLD的雙余度舵機控制系統，但對雙余度系統的設計并未詳細給出，并對系統故障診斷和隔離上未作介紹，不能實現對系統故障的診斷和隔離，影響系統的可靠性。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供了一種雙余度舵機系統，在正常情況下，能夠完成正常的舵面位置跟隨給定信號，在驅動裝置一余度出現故障時，能夠實時檢測出故障點并進行隔離，在單通道下，完成舵面跟蹤功能，從而提高舵機系統的可靠性。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：包括冗余驅動控制器、雙余度無刷直流電機和舵面。冗余驅動控制器接收舵面位置給定信號，驅動雙余度無刷直流電機工作，使舵面轉過的角度跟隨舵面位置給定信號。

其中，冗余驅動控制器包括舵面位置反饋調理單元、舵面位置給定接收單元、DSP單元、CPLD單元、隔離電路單元、功率驅動單元、電流采集單元、過流保護輔助單元和電源系統單元。舵面位置給定接收單元將舵面位置給定信號輸入DSP單元，舵面位置反饋調理單元將雙余度位置傳感器測得的兩路舵面位置反饋信號輸入DSP單元，DSP單元分別控制雙余度無刷直流電機兩個繞組的占空比信號。CPLD單元將占空比信號和雙余度無刷直流電機的兩套霍爾信號進行邏輯運算，分別輸出控制雙余度無刷直流電機的兩個繞組運轉的調制換向信號，經隔離電路單元和功率驅動單元，控制雙余度無刷直流電機運行。在功率驅動單元采集雙余度無刷直流電機的母線電流，經過流保護輔助單元，將母線電流與預先設定的過流閾值相比較，若母線電流大于預先設定的過流閾值，則過流信號為低，若母線電流小于等于預先設定的過流閾值，則過流信號為高，將過流信號送入DSP單元中。當電機出現過流故障時，DSP單元檢測過流信號為低，則關斷占空比信號，從而排除過流故障。電流采集單元采集功率驅動單元上雙余度無刷直流電機繞組的母線電流和相電流，并將母線電流和相電流濾波后輸入DSP單元。電源系統單元接收兩個控制電源，經二極管將兩個電源并聯在一起，向舵面位置反饋調理單元、舵面位置給定接收單元、DSP單元、CPLD單元、隔離電路單元、功率驅動單元、電流采集單元、過流保護輔助單元供電，電源系統單元接收兩個驅動電源，給功率驅動單元供電。

所述的雙余度無刷直流電機的定子繞組為兩套在空間上電角度互差30°的Y型連接的繞組構成，兩套繞組電氣上彼此隔離、空間上磁場耦合，彼此互為余度，雙余度無刷直流電機共用一個永磁體轉子。雙余度無刷直流電機的每套繞組有各自獨立的霍爾傳感器，兩套霍爾傳感器互為余度。

本發明還提供上述裝置的控制方法，包括以下步驟：

第一步：采集兩路舵面位置反饋信號，并進行AD轉化。

第二步：若兩路舵面位置反饋信號的差值小于預先設定的誤差閾值，則進入第四步，否則進入第三步。

第三步：若一路舵面位置反饋信號大于位置傳感器的量程最大值，或小于其量程最小值，則診斷該路位置傳感器故障，將另一路位置傳感器的舵面位置反饋信號賦值給位置反饋，進入第五步，否則進入第四步。

第四步：位置反饋等于兩路舵面位置反饋信號之和除以二。

第五步：采集雙余度霍爾傳感器信號，若一路霍爾傳感器信號為000或111，則診斷該路霍爾傳感器故障，否則進入第六步。

第六步：采集各余度繞組母線電流和相電流。

第七步：若一路繞組母線電流大于預先設定的短路閾值，則開始短路計時，若短路計時大于預先設定的短路上限閾值，則診斷該路繞組為短路故障，進入第十步。若一路繞組母線電流大于電機最小工作電流，且小于預先設定的標準0位電流下限，則開始斷路計時，若斷路計時大于預先設定的斷路上限閾值，則診斷該路繞組為斷路故障，進入第十步。否則進入第八步。

第八步：采集舵面位置給定信號，并進行AD轉化。

第九步：若位置環計數器的值大于位置環周期閾值，則將位置環計數器清零，根據舵面位置給定和舵面位置反饋進行位置環PID計算，然后將位置環計數器的值加1；否則直接將位置環計數器的值加1。