CN104590550B - 一种高可靠双冗余电动舵机控制装置 - Google Patents

一种高可靠双冗余电动舵机控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高可靠双冗余电动舵机控制装置，包括总线接口、控制核心、电机驱动模块、传感器接口、旋转变压器接口、控制电源接口、三相电机接口、电源电路、以及功率电源接口；控制核心通过总线接口接收到来自飞行控制***的控制指令后，将控制量、方向信号和虚拟霍尔信号传送至电机驱动模块；电机驱动模块通过三相电机接口输出至电机，驱动电机运转，电机通过减速器完成转角的改变。本发明通过双冗余的数字总线与飞控***通讯，接收飞控***发送的转角指令，在内部实现双冗余总线的冗余逻辑、无刷直流电机的换相控制、前轮转角的闭环控制。

Description

一种高可靠双冗余电动舵机控制装置
技术领域
本发明涉及一种高可靠双冗余电动舵机控制装置，特别是涉及一种飞机起落架转弯机构用，双总线冗余的电动舵机控制器。
背景技术
飞机(含无人机)在起飞前或降落后，在跑道上低速滑跑阶段，其转向是通过前起落架的摆动实现。前起落架摆动是通过前起落架转弯机构控制的，目前飞机前起落架转弯机构多采用液压缸实现。因此亟需提供一种新型的高可靠双冗余电动舵机控制装置。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高可靠、双冗余控制总线式前轮转弯电动舵机控制装置。
为解决上述技术问题，本发明一种高可靠双冗余电动舵机控制装置，包括总线接口、控制核心、电机驱动模块、传感器接口、旋转变压器接口、控制电源接口、三相电机接口、电源电路、以及功率电源接口；
控制电源通过控制电源接口进入；
电源电路将控制电源进行变换，然后进行供电；
控制核心通过总线接口接收到来自飞行控制***的控制指令后，通过传感器接口采集来自线位移传感器和三冗余角位移传感器的模拟量，并将控制指令与模拟量进行运算，生成控制量；
控制核心通过旋转变压器接口读取来自旋转变压器的信息，根据旋转变压器的信息产生出虚拟霍尔信号和方向信号；
控制核心将控制量、方向信号和虚拟霍尔信号传送至电机驱动模块；
电机驱动模块结合控制量、方向信号和虚拟霍尔信号将功率电源接口输入的功率电源变换为三相电压，通过三相电机接口输出至电机，驱动电机运转，电机通过减速器完成转角的改变。
总线接口包括主控制总线、备控制总线和遥测总线；主控制总线、备控制总线同时接收飞行控制***发送的控制指令，和向飞行控制***发送舵机当前摆角；
遥测总线仅向飞行控制***发送数据。
飞行控制******上电后每隔20ms通过主、备两路控制总线向电动舵机控制装置发送指令。
控制核心对飞行控制***通过主/备控制总线发送的数据进行监测；
如果两路总线均正常，则电动舵机控制装置按照主备控制总线上的指令进行动作；
若主备控制总线故障，则自动切换至备控制总线；
若两路总线均故障，则切断电源输出，使电机处于自由状态。
传感器接口包括精密电源电路和A/D转换电路组成；
精密电源电路向线位移传感器和三冗余角位移传感器供电；
A/D转换电路将线位移传感器和三冗余角位移传感器返回的电压量转变为模拟量，进入控制核心进行位置闭环控制。
本发明的技术效果如下：
1、无刷直流电机的换相控制采用旋转变压器虚拟霍尔信号的方式，取消了传统的霍尔位置传感器，采用更加可靠的旋转变压器来控制无刷直流电机进行精确换相。
2、与飞控***采用双冗余总线通讯，两条总线采用热备方式进行冗余。将一条总线设为主总线，另一条作为备份总线。默认情况下本装置采用主总线的数据，本装置同时监测两个总线上的数据，当检测到某一条总线上的数据连续故障，则认为该总线发生故障，若主总线发生故障，则采用备份总线的控制数据。
3、本装置提供了额外的遥测总线，将控制器运行过程中采集的各参数传送给用户。
附图说明
图1为本发明所提供的一种高可靠双冗余电动舵机控制装置的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
通常，航空器的前轮转弯机构由电动舵机控制装置、无刷直流电机、旋转变压器、减速器、三冗余角位移传感器、线位移传感器组成。
电动舵机控制装置通过双冗余控制总线接收来自飞控***(如飞行控制计算机)的指令，同时实时监测两路总线上的数据。根据飞控***发送的转角指令，结合由旋转变压器和位移传感器采集的信息，完成无刷直流电机的位置闭环控制。在进行控制的同时，电动舵机控制器将内部的参数通过遥测总线发送给遥测***，可以供地面人员判读。
如图所示，本发明包括总线接口、控制核心、电机驱动模块、传感器接口、旋转变压器接口、控制电源接口、三相电机接口、电源电路、以及功率电源接口。
电源电路可以是DC/DC模块，也可以是由电源管理芯片配合***电路形成的电源电路。控制核心可以是单片机、DSP芯片或FPGA芯片。电机驱动模块可以是专用电机驱动芯片，或是由功率半导体器件加***电路构成的电机驱动电路。
控制电源通过控制电源接口进入电动舵机控制装置，然后又装置中的电源电路负责将控制电源变换为5V和±15V，5V电源经过LDO芯片转化为3.3V和1.8V，对传感器、控制电路、电机驱动模块进行供电。
飞行控制***(如飞行控制计算机等)通过总线接口与电动舵机控制装置进行总线通讯，完成对电动舵机控制装置的控制以及监测。总线接口包含主控制总线、备控制总线和遥测总线。主控制总线、备控制总线工作在全双工模式，在接收飞行控制***发送的控制指令的同时，也向飞行控制***发送舵机当前摆角。遥测总线工作在单工模式，不接收来自飞行控制***的数据，仅向飞行控制***发送数据。电动舵机控制装置内部的总线接口采用隔离型总线通讯模块(如隔离型总线电平转换芯片)实现，控制和遥测总线均采用SCI串口方式进行通讯，
电动舵机控制装置通过总线接口接收到来自飞行控制***的控制指令后，通过传感器接口采集来自舵机线位移传感器和三冗余角位移传感器的模拟量，传感器接口可由精密电源电路和A/D转换电路组成。精密电源电路可由高精度电压基准和功放组成，用来向线位移传感器和三冗余角位移传感器供电。A/D转换电路负责将线位移传感器和三冗余角位移传感器返回的电压量转变为模拟量，进入控制核心(如高速DSP芯片)进行位置闭环控制。
控制核心将来自总线接口的控制指令和来自传感器接口的位置信息进行运算，生成控制量(可以是PWM脉宽信号，也可以是SVPWM信号)。为了使控制量正确的作用到无刷直流电机上，控制核心通过旋转变压器接口读取来自旋转变压器的信息，根据旋转变压器的信息产生出虚拟霍尔信号和方向信号，并将控制量、方向信号和虚拟霍尔信号传送至电机驱动模块(可以是专用无刷电机驱动芯片，也可以是由逻辑电路和功率电路组成的无刷直流电机驱动电路)。
电机驱动模块结合控制核心送入的控制量、方向信号和虚拟霍尔信号将功率电源接口输入的功率电源变换为三相电压，通过三相电机接口输出至无刷直流电机，驱动无刷直流电机运转，无刷直流电机通过减速器完成转角的改变。
电动舵机控制装置要求飞行控制******上电后便开始每隔20ms通过主、备两路控制总线向电动舵机控制装置发送指令。电动舵机控制装置上电初始化完成后等待一段时间，等待时间过后开始对飞行控制***通过主/备控制总线发送的数据进行监测，如果连续一段时间内都无法从某路总线上收到正确的数据，则认为该路总线故障。如果两路总线均正常，则电动舵机控制装置按照主总线上的指令进行动作，若主总线故障，则自动切换至备份总线，按照备份总线上的指令执行转弯，若两路总线均故障，则转弯控制器切断功率模块的功率输出，使无刷直流电机处于自由状态。
在工作过程中，电动舵机控制装置实时监控电机转速、电流，控制和功率电压等参数，并根据自检判据对这些参数进行判断，通过遥测总线实时上报当前电动舵机控制装置的运行状态。从而提高***的可靠性。

Claims (4)

1.一种高可靠双冗余电动舵机控制装置，包括总线接口、控制核心、电机驱动模块、传感器接口、旋转变压器接口、控制电源接口、三相电机接口、电源电路、以及功率电源接口；
所述控制电源通过所述控制电源接口进入；
所述电源电路将控制电源进行变换，然后进行供电；
所述控制核心通过总线接口接收到来自飞行控制***的控制指令后，通过传感器接口采集来自线位移传感器和三冗余角位移传感器的模拟量，并将所述控制指令与模拟量进行运算，生成控制量；
所述控制核心通过旋转变压器接口读取来自旋转变压器的信息，根据旋转变压器的信息产生出虚拟霍尔信号和方向信号；
所述控制核心将控制量、方向信号和虚拟霍尔信号传送至电机驱动模块；
所述电机驱动模块结合所述控制量、方向信号和虚拟霍尔信号将功率电源接口输入的功率电源变换为三相电压，通过三相电机接口输出至电机，驱动电机运转，电机通过减速器完成转角的改变；
其特征在于：所述总线接口包括主控制总线、备控制总线和遥测总线；所述主控制总线、备控制总线同时接收飞行控制***发送的控制指令，和向飞行控制***发送舵机当前摆角；
遥测总线仅向飞行控制***发送数据。
2.根据权利要求1所述的一种高可靠双冗余电动舵机控制装置，其特征在于：飞行控制***上电后每隔20ms通过主、备两路控制总线向电动舵机控制装置发送指令。
3.根据权利要求1所述的一种高可靠双冗余电动舵机控制装置，其特征 在于：所述控制核心对飞行控制***通过主、备控制总线发送的数据进行监测；
如果两路总线均正常，则电动舵机控制装置按照主控制总线上的指令进行动作；
若主控制总线故障，则自动切换至备控制总线；
若两路总线均故障，则切断电源输出，使电机处于自由状态。
4.根据权利要求1所述的一种高可靠双冗余电动舵机控制装置，其特征在于：所述传感器接口包括精密电源电路和A/D转换电路组成；
精密电源电路向线位移传感器和三冗余角位移传感器供电；
A/D转换电路将线位移传感器和三冗余角位移传感器返回的电压量转变为模拟量，进入控制核心进行位置闭环控制。
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