CN108199627B - 一种分布式电机驱动控制*** - Google Patents

一种分布式电机驱动控制*** Download PDF

Info

Publication number
CN108199627B
CN108199627B CN201711442649.9A CN201711442649A CN108199627B CN 108199627 B CN108199627 B CN 108199627B CN 201711442649 A CN201711442649 A CN 201711442649A CN 108199627 B CN108199627 B CN 108199627B
Authority
CN
China
Prior art keywords
current
phase
motor
independent
redundancy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201711442649.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108199627A (zh
Inventor
朱纪洪
和阳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tsinghua University
Original Assignee
Tsinghua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsinghua University filed Critical Tsinghua University
Priority to CN201711442649.9A priority Critical patent/CN108199627B/zh
Publication of CN108199627A publication Critical patent/CN108199627A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108199627B publication Critical patent/CN108199627B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/28—Arrangements for controlling current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/022—Synchronous motors
    • H02P25/03—Synchronous motors with brushless excitation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/16—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring
    • H02P25/22—Multiple windings; Windings for more than three phases
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2207/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the type of motor
    • H02P2207/05—Synchronous machines, e.g. with permanent magnets or DC excitation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Control Of Multiple Motors (AREA)

Abstract

本发明涉及一种分布式电机驱动控制***，其特征在于，含有：一个速度控制器、一个信号检测模组、N个电流控制驱动模块、一个双余度时间触发协议总线和一个M相同步电机。本发明技术方案采用多相多组独立驱动控制，当绕组或者H桥故障时，故障范围仅为所控制的K个线包，大幅降低了故障对***的影响。减低了每个H桥的容量要求，利于***布局的综合优化，实现分布式驱动，避免了余度方案中逆变器利用率低的问题。内部通讯总线采用时间触发协议总线，具有确定性好、实时性好、可靠性高、效率高、便于故障诊断等优点，易于N组电流驱动控制的同步。局部采用余度技术则进一步提高了关键信息检测和控制***通讯的可靠性。

Description

一种分布式电机驱动控制***
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域，具体涉及一种分布式电机驱动控制***。该***适用于航空航天、军事装备以及工业生产中电动/发电***需要高可靠驱动控制的应用需求。
背景技术
目前电机控制***通常采用全桥拓扑结构实现对电动机的驱动控制，该拓扑结构所需功率器件数量少、结构简单、易于集成，但当任意一个桥臂的功率管出现故障时，将导致整个驱动控制***故障，并且难以故障隔离，可靠性低、无容错能力。针对独立绕组电机所采用的H桥拓扑结构则可有效避免上述问题。独立绕组电机每相采用4个功率管实现独立驱动控制，当任意一个功率管出现故障时，仅影响本相绕组运行，而非故障相绕组仍可正常工作。采用H桥拓扑结构有利于故障隔离，可实现电机的带故障运行，但由于一般电机相数有限，一旦出现故障，其性能仍不可避免会受到影响。此外，驱动拓扑采用余度技术可有效提升全***的任务可靠性，故障时可实现动态重构以及容错驱动，但同时也会成倍地增加***复杂性、质量、体积、成本，以及研制时间和非计划维修工作等。而在***正常工作时，备份通道的逆变电路则难以被充分利用，降低了逆变器的利用率。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的可靠性低、容错能力差，***带故障运行性能差，难以兼顾可靠性与***复杂度、逆变器利用率低等缺陷，从而提供一种电机的驱动控制***结构。为此，提出了一种分布式电机驱动控制***，其特征在于含有：一个速度控制器、一个信号检测模组、N个电流控制驱动模块、一个双余度时间触发协议总线和一个M相同步电机。其中，双余度时间触发协议总线含有两个信号通道，所述速度控制器、信号检测模组、N个电流控制驱动模块均各含有两个时间触发通信端口，并分别连接至所述双余度时间触发协议总线的两个独立的总线通道，构成双余度通信链路。上述速度控制器还含有外部总线端口，用于实现与上位控制计算机的实时信息交互，获取遥控指令并反馈遥测信号。
所提出的分布式电机驱动控制***中的M相同步电机采用独立绕组结构，共有M相(M≥3)，每相分为N组(N≥2)单独引出接线端，每组含有K个绕组线包(K≥1)，其定子齿槽数为M×N×K。其中，N由电流控制驱动模块数决定，K为每个电流控制驱动模块驱动的各相定子绕组的线包数。
所提出的分布式电机驱动控制***，其中N个所述的电流控制驱动模块，每个模块均含有一个电流控制器、M个相电流检测器、M个H桥逆变器。其中，每个所述H桥逆变器用于驱动M相同步电机每相中的K个定子绕组线包。每个电流控制器均含有M个反馈输入端口和M组控制输出，其中，M个反馈输入端口分别与M个相电流检测器相连，M组控制输出分别连接至M个H桥逆变器，从而对每相K个定子绕组线包施加电压，实现电流控制。此外，电流控制器均各含有两个时间触发通信端口，并分别连接至双余度时间触发协议总线的两个独立的总线通道，从而独立获取电流指令信息、转子位置信息，以及向所述速度控制器发送所对应的K个绕组线包的电流信息，并实现N个电流控制驱动模块之间的时间同步。
所提出的分布式电机驱动控制***，其中信号检测模组可含有一个或多个独立的检测通道，每个检测通道均含有一个电机转子位置检测单元、一个速度检测单元和一个通讯处理单元。所述电机转子位置检测单元用于获取电机转子位置信息，所述速度检测单元用于获取电机速度信息。所述通讯处理单元含有两个时间触发通信端口，并分别连接至双余度时间触发协议总线的两个独立的总线通道，实现将电机速度信息发送至所述速度控制器，以及将电机转子位置信息发送至所述电流控制驱动模块。
上位控制计算机通过外部总线将电机速度指令发送至速度控制器，速度控制器经外部总线将电机状态信息遥测回上位控制计算机进行显示、记录和人机交互。速度控制器通过内部双余度时间触发协议总线从信号检测模组获取电机速度信息，并实现速度的快速无差跟踪，输出各相电流指令或直交轴电流指令至内部双余度时间触发协议总线。N个电流控制驱动模块中的电流控制器通过内部双余度时间触发协议总线获取上述电流指令以及从信号检测模组获取电机转角信息，同时从每个电流控制驱动模块中M个相电流检测器获取所控制绕组线包的M相电流，实现对所控制绕组电流的控制。所述电流控制器输出的M组电压控制量分别控制所述电流控制驱动模块中的M个H桥逆变电路，实现对每相K个绕组线包的独立驱动控制。
本发明技术方案，具有如下优点：
1、将每相绕组分为N组独立驱动控制，当绕组或者H桥逆变器故障时，故障范围仅为该组所控制的K个绕组线包，大幅降低了故障对***的影响，避免了传统结构一旦出现绕组或逆变器故障将影响整相甚至整个电机***，从而对电机带故障运行性能影响较大的问题。
2、采用多相多组独立驱动控制，当出现绕组或逆变器故障时，便于故障隔离和状态重构。通过调整故障相其他正常组线包的电流，以及非故障相的电流，可提升***故障时的运行性能。
3、采用多相多组独立驱动控制，降低了对每个H桥逆变器的容量要求，便于实现单个逆变器的集成化。同时，所提出技术途径增加了H桥逆变器的数量，有利于***布局的综合优化，实现分布式驱动。正常运行时，逆变器容量可被充分利用，避免了余度方案逆变器利用率低的问题。
4、内部通讯总线采用时间触发协议总线，具有确定性好、实时性好、可靠性高、效率高、便于故障诊断等优点，容易实现N组电流驱动控制的同步。
5、采用多余度的信号检测模组以及双余度的内部通讯总线，进一步提高了关键信息检测和控制***通讯的可靠性。
附图说明
图1：本发明***结构框图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行进一步清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。此处所说明的方案只用来提供对本发明的进一步理解，为本申请的一部分，不构成对本发明方案的限定。
本实施例以五相60槽54极永磁同步电机的分布式驱动控制***为例，***由一个速度控制器、一个三余度信号检测模组、4个电流控制驱动模块、一个双余度时间触发协议总线和一个五相60槽54极永磁同步电机组成。同步电机的每相以3个线包为一组出线端，分为4组独立控制。则根据前述技术途径，可确定M＝5，N＝4，K＝3。
***采用的三余度信号检测模组含有三个独立的检测通道，每个检测通道均含有一个电机转子位置检测单元、一个速度检测单元和一个通讯处理单元。电机转子位置检测单元用于获取电机转子位置信息，所述速度检测单元用于获取电机速度信息。***采用旋转变压器作为转子位置传感器，并同时获得转子角速度，同时含有一个具有双串行通讯接口的控制芯片作为通讯处理单元。通讯处理单元通过双余度时间触发协议总线的两个独立的总线通道，实现将电机速度信息发送至所述速度控制器，以及将电机转子位置信息发送至所述电流控制驱动模块。
速度控制器以及4个电流控制器均采用美国德州仪器公司(Texas Instruments，简称TI)的TMS320C28xTM系列数字信号处理芯片。***内部总线采用的双余度时间触发总线含有两个信号通道，速度控制器、三余度信号检测模组、4个电流控制驱动模块均各含有两个串行通讯接口，并分别连接至双余度时间触发协议总线的两个独立的总线通道，构成双余度通信链路实现控制器间的组网。上述速度控制器还含有一个外部总线端口，用于实现与上位控制计算机的实时信息交互，获取遥控指令并反馈遥测信号。
驱动控制***中4个电流控制驱动模块，每个模块均含有一个电流控制器、5个相电流检测器、5个H桥逆变器。其中，每个H桥逆变器分别驱动同步电机一相中的3个定子绕组线包。每个电流控制器均含有5个反馈输入端口和5组PWM控制输出。其中，5个反馈输入端口分别与5个相电流检测器相连，5组控制输出分别连接至5个H桥逆变器。每个H桥逆变器均用于驱动控制永磁同步电机中的3个槽的绕组线包。每组PWM信号经过隔离式栅极驱动芯片控制H桥的各桥臂的导通与关断，从而对每相3个槽的定子绕组线包施加电压，实现电流控制。此外，电流控制器通过双余度时间触发协议总线的两个独立的总线通道，独立获取电流指令信息、转子位置信息，以及向速度控制器发送所控制的绕组线包的电流信息，并实现与其他3个电流控制驱动模块之间的时间同步。
上位控制计算机通过外部总线定时将电机速度指令信号ω*传输至速度控制器，速度控制器经外部总线将电机状态信息遥测回上位控制计算机进行显示、记录和人机交互。速度控制器通过内部双余度时间触发协议总线从三余度信号检测模组获取电机速度信息，并实现速度的快速无差跟踪，输出各相电流指令或直交轴电流指令至内部双余度时间触发协议总线。4个电流控制驱动模块中的电流控制器通过内部双余度时间触发协议总线获取上述电流指令以及从三余度信号检测模组获取电机转角信息，同时从每个电流控制驱动模块中5个相电流检测器获取所控制绕组线包的5相电流，实现对所控制绕组电流的控制。所述电流控制器输出的5组电压控制量分别控制所述电流控制驱动模块中的5个H桥逆变电路，实现对每相3个槽绕组的独立驱动控制。
显然，以上所述的具体实施方法，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了详细说明，所应理解的是，上述实施例仅为本发明的具体实施方式而已，仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明方法的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，以及由此所引伸出的显而易见的变化或变动，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种分布式电机驱动控制***，其特征在于含有：一个速度控制器、一个信号检测模组、N个电流控制驱动模块、一个双余度时间触发协议总线和一个M相同步电机；所述M相同步电机为多相电机，M至少为3，采用独立绕组结构，并通过H桥实现独立绕组的驱动控制；其中，M相同步电机将电机绕组线包分为N组实现开绕组控制后，每组内各相所含的独立绕组线包的反电势为各相总反电势的1/N；所述N个电流控制驱动模块，每个模块通过M个独立H桥，独立驱动每组中的各相绕组所包含的独立线包；所述N个电流控制驱动模块，每个模块的输入电流指令即为速度控制器输出的参考电流，相电流指令幅值与参考电流相同；所述双余度时间触发协议总线含有两个信号通道，所述速度控制器、信号检测模组、N个电流控制驱动模块均各含有两个时间触发通信端口，并分别连接至所述双余度时间触发协议总线的两个独立的总线通道，构成双余度通信链路；所述速度控制器还含有外部总线端口，用于实现与上位控制计算机的实时信息交互，获取遥控指令并反馈遥测信号。
2.根据权利要求1中所述分布式电机驱动控制***，其特征在于，所述的M相同步电机采用独立绕组结构，共分为N组，其中N≥2；每组含有M相，其中M≥3；每组每相含有K个定子绕组线包，其中K至少为1；每K个线包单独引出接线端，则对应电机的定子齿槽数为M×N×K；其中，N由电流控制驱动模块数决定，K为每组电流控制驱动模块驱动的各相定子绕组的线包数。
3.根据权利要求1中所述分布式电机驱动控制***，其特征在于，N个所述的电流控制驱动模块，每个模块均含有一个电流控制器、M个相电流检测器、M个H桥逆变器；其中，每个所述H桥逆变器用于驱动M相同步电机N组绕组中每组每相中的K个定子绕组线包；所述电流控制器均含有M个反馈输入端口和M组控制输出，所述M个反馈输入端口分别与M个相电流检测器相连，所述M组控制输出分别连接至M个H桥逆变器，从而对每组每相K个定子绕组线包施加电压，实现电流控制；所述电流控制器均各含有两个时间触发通信端口，并分别连接至双余度时间触发协议总线的两个独立的总线通道，从而独立获取电流指令信息、转子位置信息，向所述速度控制器发送该组内各相所对应的K个定子绕组线包的电流信息，并实现N个电流控制驱动模块之间的时间同步。
4.根据权利要求1中所述分布式电机驱动控制***，其特征在于，所述的信号检测模组含有一个或多个独立的检测通道；其中，每个检测通道均含有一个电机转子位置检测单元、一个速度检测单元和一个通讯处理单元；所述电机转子位置检测单元用于获取电机转子位置信息，所述速度检测单元用于获取电机速度信息；每个信号检测通道的所述通讯处理单元均含有两个时间触发通信端口，并分别连接至双余度时间触发协议总线的两个独立的总线通道，实现将电机速度信息发送至所述速度控制器，以及将电机转子位置信息发送至所述电流控制驱动模块。
5.根据权利要求4中所述分布式电机驱动控制***，其特征在于，所述信号检测模组被设计为含有多个检测通道时，每个通道均具有相同的组成结构，各通道间相互独立，从而构成多余度信号检测模组。
CN201711442649.9A 2017-12-26 2017-12-26 一种分布式电机驱动控制*** Active CN108199627B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711442649.9A CN108199627B (zh) 2017-12-26 2017-12-26 一种分布式电机驱动控制***

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711442649.9A CN108199627B (zh) 2017-12-26 2017-12-26 一种分布式电机驱动控制***

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108199627A CN108199627A (zh) 2018-06-22
CN108199627B true CN108199627B (zh) 2021-03-09

Family

ID=62584482

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711442649.9A Active CN108199627B (zh) 2017-12-26 2017-12-26 一种分布式电机驱动控制***

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108199627B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108646650A (zh) * 2018-07-31 2018-10-12 上海应用技术大学 基于ttp通信的电机监控***及方法
CN113590518B (zh) * 2021-08-03 2023-07-28 北京北航天宇长鹰无人机科技有限公司 一种双余度数据总线的同步***及方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101719752A (zh) * 2009-11-26 2010-06-02 西北工业大学 一种检测无刷电机转子位置的方法及装置
US20110101906A1 (en) * 2009-04-13 2011-05-05 Masaki Tagome Synchronous electric motor system
CN103850802A (zh) * 2012-12-04 2014-06-11 中航商用航空发动机有限责任公司 基于时间触发协议ttp/c总线的电子控制器及fadec***
CN105024622A (zh) * 2015-08-16 2015-11-04 石成富 一种电力驱动电机的智能控制方法
CN106452218A (zh) * 2016-12-09 2017-02-22 华中科技大学 一种模块化三相多端电机及其驱动控制方法
CN106712639A (zh) * 2017-02-16 2017-05-24 上海理工大学 电动驱动装置以及电动设备

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110101906A1 (en) * 2009-04-13 2011-05-05 Masaki Tagome Synchronous electric motor system
CN101719752A (zh) * 2009-11-26 2010-06-02 西北工业大学 一种检测无刷电机转子位置的方法及装置
CN103850802A (zh) * 2012-12-04 2014-06-11 中航商用航空发动机有限责任公司 基于时间触发协议ttp/c总线的电子控制器及fadec***
CN105024622A (zh) * 2015-08-16 2015-11-04 石成富 一种电力驱动电机的智能控制方法
CN106452218A (zh) * 2016-12-09 2017-02-22 华中科技大学 一种模块化三相多端电机及其驱动控制方法
CN106712639A (zh) * 2017-02-16 2017-05-24 上海理工大学 电动驱动装置以及电动设备

Also Published As

Publication number Publication date
CN108199627A (zh) 2018-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111740643B (zh) 基于EtherCAT P总线技术的多轴伺服电机控制***及方法
de Lillo et al. Multiphase power converter drive for fault-tolerant machine development in aerospace applications
CN106470008B (zh) 基于三相四桥臂的双绕组永磁容错电驱动***和控制方法
JP5850620B2 (ja) 電力コンバータの電力変換を制御するための方法およびコントロールシステム
CN102522945B (zh) 基于多神经网络逆模型的多相电机容错控制方法及***
CN106849702B (zh) 一种带有故障监测功能的新型旋转整流器
CN105897071B (zh) 双凸极电机容错型变换器驱动***及其控制方法
US20130128628A1 (en) Power system controlling and monitoring power semiconductor devices employing two serial signals
CN102195551A (zh) 用于五相机同步电流调整的方法、***和设备
AU2012364265A1 (en) Methods and apparatus for controlling power switches via a digital communication bus
CN101667805A (zh) 六相永磁容错电机控制***
CN108199627B (zh) 一种分布式电机驱动控制***
CN108702110A (zh) 多轴电动机控制***
CN101938139A (zh) 具有多个水平旋转变压器的可变频率变压器及方法
CN108429491A (zh) 一种双永磁同步电机容错控制***及其控制方法
CN108039837A (zh) 一种双永磁同步电机容错逆变器及其控制方法
CN108667382B (zh) 一种两相永磁同步电机容错***及其控制方法
CN109672389A (zh) 电动汽车用永磁容错电机驱动***及其控制方法
CN108631673A (zh) 一种永磁同步电机容错***矢量控制方法
CN108809173A (zh) 共母线开绕组无刷双馈风力发电机***容错控制方法
CN109217738A (zh) 一种四轴集成的伺服驱动器及伺服驱动控制方法
CN113131440B (zh) 电机控制***与电机控制装置
CN108173472B (zh) 一种双三相电机五相逆变器及控制方法
Galketiya et al. Novel communication system for scada tied smart inverter for vietnam
Jin et al. Communication-based distributed control of the stacked polyphase bridges converter

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant