[实用新型]一种双余度舵机系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种双余度舵机系统。

背景技术

舵机控制系统是飞行系统的一个重要执行机构，舵机控制器可以控制舵面的偏转，从而控制着飞行姿态的变化，实现偏航、翻转。

目前，舵机余度控制系统发展迅速，成果显著。公开号为CN101799689A的专利《双余度舵机控制器》采用了双余度设计，但控制器只对功率驱动电路进行了余度备份，未进行故障诊断和隔离，从而在故障状态下，影响舵机系统整体性能。发表于《微电机》的文章《双余度舵机控制系统设计》介绍了基于DSP和CPLD的双余度舵机控制系统，但对双余度系统的设计并未详细给出，并对系统故障诊断和隔离上未作介绍，不能实现对系统故障的诊断和隔离，影响系统的可靠性。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种双余度舵机系统，在正常情况下，能够完成正常的舵面位置跟随给定信号，在驱动装置一余度出现故障时，能够实时检测出故障点并进行隔离，在单通道下，完成舵面跟踪功能，从而提高舵机系统的可靠性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括冗余驱动控制器、双余度无刷直流电机和舵面。冗余驱动控制器接收舵面位置给定信号，驱动双余度无刷直流电机工作，使舵面转过的角度跟随舵面位置给定信号。

其中，冗余驱动控制器包括舵面位置反馈调理单元、舵面位置给定接收单元、DSP单元、CPLD单元、隔离电路单元、功率驱动单元、电流采集单元、过流保护辅助单元和电源系统单元。舵面位置给定接收单元将舵面位置给定信号输入DSP单元，舵面位置反馈调理单元将双余度位置传感器测得的两路舵面位置反馈信号输入DSP单元，DSP单元分别控制双余度无刷直流电机两个绕组的占空比信号。CPLD单元将占空比信号和双余度无刷直流电机的两套霍尔信号进行逻辑运算，分别输出控制双余度无刷直流电机的两个绕组运转的调制换向信号，经隔离电路单元和功率驱动单元，控制双余度无刷直流电机运行。在功率驱动单元采集双余度无刷直流电机的母线电流，经过流保护辅助单元，将母线电流与预先设定的过流阈值相比较，若母线电流大于预先设定的过流阈值，则过流信号为低，若母线电流小于等于预先设定的过流阈值，则过流信号为高，将过流信号送入DSP单元中。当电机出现过流故障时，DSP单元检测过流信号为低，则关断占空比信号，从而排除过流故障。电流采集单元采集功率驱动单元上双余度无刷直流电机绕组的母线电流和相电流，并将母线电流和相电流滤波后输入DSP单元。电源系统单元接收两个控制电源，经二极管将两个电源并联在一起，向舵面位置反馈调理单元、舵面位置给定接收单元、DSP单元、CPLD单元、隔离电路单元、功率驱动单元、电流采集单元、过流保护辅助单元供电，电源系统单元接收两个驱动电源，给功率驱动单元供电。

所述的双余度无刷直流电机的定子绕组为两套在空间上电角度互差30°的Y型连接的绕组构成，两套绕组电气上彼此隔离、空间上磁场耦合，彼此互为余度，双余度无刷直流电机共用一个永磁体转子。双余度无刷直流电机的每套绕组有各自独立的霍尔传感器，两套霍尔传感器互为余度。

本发明工作时包括以下步骤：

第一步：采集两路舵面位置反馈信号，并进行AD转化。

第二步：若两路舵面位置反馈信号的差值小于预先设定的误差阈值，则进入第四步，否则进入第三步。

第三步：若一路舵面位置反馈信号大于位置传感器的量程最大值，或小于其量程最小值，则诊断该路位置传感器故障，将另一路位置传感器的舵面位置反馈信号赋值给位置反馈，进入第五步，否则进入第四步。

第四步：位置反馈等于两路舵面位置反馈信号之和除以二。

第五步：采集双余度霍尔传感器信号，若一路霍尔传感器信号为000或111，则诊断该路霍尔传感器故障，否则进入第六步。

第六步：采集各余度绕组母线电流和相电流。

第七步：若一路绕组母线电流大于预先设定的短路阈值，则开始短路计时，若短路计时大于预先设定的短路上限阈值，则诊断该路绕组为短路故障，进入第十步。若一路绕组母线电流大于电机最小工作电流，且小于预先设定的标准0位电流下限，则开始断路计时，若断路计时大于预先设定的断路上限阈值，则诊断该路绕组为断路故障，进入第十步。否则进入第八步。

第八步：采集舵面位置给定信号，并进行AD转化。

第九步：若位置环计数器的值大于位置环周期阈值，则将位置环计数器清零，根据舵面位置给定和舵面位置反馈进行位置环PID计算，然后将位置环计数器的值加1；否则直接将位置环计数器的值加1。