專利名稱：用于電動(dòng)執(zhí)行器的硬件故障保護(hù)的裝置及其實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電動(dòng)執(zhí)行器的故障處理技術(shù)，特別涉及一種用于龜動(dòng)執(zhí)行器的硬件故障 保護(hù)的裝置及其實(shí)現(xiàn)方法，具體是采用譯碼器和邏輯芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)智能電動(dòng)執(zhí)行器基于硬件 的故障保護(hù)的控制裝置和實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
電動(dòng)執(zhí)行器廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自動(dòng)化過程控制環(huán)節(jié)，是一個(gè)相當(dāng)重要的基礎(chǔ)設(shè)備。 在目前的電動(dòng)執(zhí)行器控制系統(tǒng)中，軟件、硬件的可靠性和穩(wěn)定性已經(jīng)非常高，而電動(dòng)執(zhí)行 器的故障成為控制系統(tǒng)失效的主要原因。電動(dòng)執(zhí)行器現(xiàn)有的故障保護(hù)處理方法主要是采用 傳統(tǒng)模擬控制器，對(duì)單個(gè)故障分別進(jìn)行軟件保護(hù)。針對(duì)電動(dòng)執(zhí)行器故障較多，故障復(fù)雜的 特點(diǎn)，現(xiàn)有的技術(shù)存在諸多缺點(diǎn)l.軟件的實(shí)現(xiàn)存在快速性和實(shí)時(shí)性問題；2.硬件實(shí)現(xiàn)成 本高，技術(shù)不完善。
發(fā)明目的
本發(fā)明的目的是提供一種用于電動(dòng)執(zhí)行器的硬件故障保護(hù)的裝置及其實(shí)現(xiàn)方法，采 用譯碼器和邏輯芯片作為智能電動(dòng)執(zhí)行器控制器的故障處理單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)執(zhí)行器的故
障保護(hù)。
本發(fā)明提供的一種用于電動(dòng)執(zhí)行器的硬件故障保護(hù)的裝置主要包括邏輯芯片、DSP， 邏輯芯片、DSP依次連接形成故障保護(hù)單元。所述的邏輯芯片包括74HS32, 74HC04, 74HC08和74LS11。
所述的DSP的CAP3/IOPA5連接74LS11的Al引腳，DSP的CANTX/IOPC6連接 74LS11的Bl引腳，DSP的CANTX/IOPC6同時(shí)連接第一片74HC04的2A引腳，DSP的 CLOCKOUT/IOPE0連接74LS11的B2引腳，DSP的任意一個(gè)I/O端引腳輸出Fault信號(hào) 連接74LS11的B3引腳，DSP的CAP6/IOPF1連接第一片74HC04的1A引腳，DSP的 PWMl/IOPA6， PWM2/IOPA7， PWM3/IOPB0， PWM4/I0PB1連接74HC08的1B、 2B、 3B、 4B引腳。
所述的74LS11的A2連接第一片74HC04的2Y引腳，Cl和C2連接電源，A3連接 第一片74LS32的Yl引腳，Yl連接74LS32的Al引腳，Y2連接第一片74LS32的Bl引 腳，C3連接第一片74LS04的1Y引腳，Y3連接74HC08的1A、 2A、 3A、 4A引腳。
所述的74HC08的1Y連接第二片74HC04的1A引腳和第二片74LS32的Al引腳； 2Y連接第二片74HC04的2A引腳和第二片74LS32的A2引腳；3Y連接第二片74HC04 的3A引腳和第二片74LS32的A3引腳;4Y連接第二片74HC04的4A引腳和第二片74LS32的A4引腳。
所述的74HS32， 74HC04, 74HC08和74LS11的GND引腳接地，VCC接電源，其 他閑置引腳懸空。
所述的第二片74HC04的1Y、 2Y、 3Y、 4Y引腳輸出分別和第二片74LS32的Yl、 Y2、 Y3、 Y4引腳輸出通過光耦形成回路為功率模塊提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)，起到隔離強(qiáng)電的作用。 本發(fā)明提供的一種用于電動(dòng)執(zhí)行器的硬件故障保護(hù)方法包括的步驟
1) 電動(dòng)執(zhí)行器的核心控制芯片DSP根據(jù)電動(dòng)執(zhí)行器狀態(tài)輸出OPEN、 CLOSE、 FANGXIANG信號(hào)，Enable, XPWM信號(hào)，F(xiàn)ault信號(hào)、PWM脈沖信號(hào)；
2) FANGXIANG信號(hào)在執(zhí)行器力臂開方向運(yùn)行為高電平、執(zhí)行器力臂向關(guān)方向運(yùn)行 為低電平；Enable信號(hào)初始化為高電平，可以有效防止電導(dǎo)通，Enable信號(hào)在電動(dòng)執(zhí)行器 正常工作時(shí)為低電平；電動(dòng)執(zhí)行器出現(xiàn)故障時(shí)，DSP輸出的Fault信號(hào)跳變?yōu)榈碗娖健?br> 3) DSP輸出的Fault信號(hào)還在邏輯芯片內(nèi)部與OPEN、 FANGXIANG、 CLOSE、 Enable 信號(hào)經(jīng)過邏輯運(yùn)算控制PWM脈沖信號(hào)，經(jīng)過硬件保護(hù)控制PWM脈沖勵(lì)磁信號(hào)，實(shí)現(xiàn)直 接由硬件對(duì)電動(dòng)執(zhí)行器的可靠保護(hù)。
4) 當(dāng)Fault信號(hào)為低電平時(shí)，由DSP輸入邏輯芯片，經(jīng)過邏輯運(yùn)算將關(guān)閉所有PWM 脈沖信號(hào)輸出，電動(dòng)執(zhí)行器電機(jī)停止工作。
5) 在無故障信號(hào)的情況下，每路XPWM信號(hào)經(jīng)過邏輯芯片的運(yùn)算，輸出分為兩路高 低電平各一路，接出通過光耦形成回路為功率模塊提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)，起到隔離強(qiáng)電的作用。
本發(fā)明采用基于硬件對(duì)電動(dòng)執(zhí)行器的故障信號(hào)進(jìn)行邏輯保護(hù)和控制，將電動(dòng)執(zhí)行器可 能出現(xiàn)的故障集中到硬件芯片進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)字化的控制保護(hù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的可靠 保護(hù)，降低了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)復(fù)雜性，節(jié)省了硬件空間，并具有運(yùn)算簡單、故障信號(hào)判斷迅速、 成本低等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，結(jié)合DSP對(duì)故障進(jìn)行邏輯代碼識(shí)別和控制，實(shí)現(xiàn)了軟件和硬件的 雙重保護(hù)，提高了系統(tǒng)的可靠性，增加了操作的靈活性。這些排除故障的方法，采集適當(dāng) 的信號(hào)就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)其他類型執(zhí)行器的故障診斷。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例電動(dòng)執(zhí)行器硬件故障保護(hù)的結(jié)構(gòu)框圖。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例電動(dòng)執(zhí)行器硬件故障保護(hù)實(shí)現(xiàn)裝置圖。
圖3為譯碼器連接功能示意圖。
圖4為邏輯芯片處理故障的連接圖。
圖5為邏輯芯片實(shí)現(xiàn)故障保護(hù)的邏輯功能圖。
圖6為邏輯芯片功能框圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明，但它們不是對(duì)本發(fā)明作任何限制。
將一臺(tái)以四相8/6極開關(guān)磁阻電機(jī)作為動(dòng)力源的電動(dòng)執(zhí)行器為例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明。
四相8/6極開關(guān)磁阻電機(jī)作為動(dòng)力源的電動(dòng)執(zhí)行器的故障信號(hào)一般包括電機(jī)過熱TH—M， AB相功率模塊過熱TH一ab、 CD相功率模塊過熱TH—cd，電源電壓過低LOJU，電源電壓過高HI一U， AB相電流過流AB—FO、 CD相電流過流CD_FO，產(chǎn)生有7個(gè)故障信號(hào)，選擇74LS148譯碼器的進(jìn)行譯碼處理。故障信號(hào)輸入74LS148進(jìn)行數(shù)據(jù)鎖存、轉(zhuǎn)換譯碼，經(jīng)過譯碼后接入CPU的數(shù)據(jù)總線，CPU根據(jù)故障代碼進(jìn)行代碼的識(shí)別，給邏輯芯片輸入相應(yīng)的控制命令信號(hào)，經(jīng)過邏輯芯片的運(yùn)算決定電機(jī)勵(lì)磁功率模塊的輸出，如圖1所示。
電動(dòng)執(zhí)行器硬件故障保護(hù)實(shí)現(xiàn)裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示，執(zhí)行器主回路電壓和主回路參考電壓經(jīng)過比較器1(LM339，德州)，由輸出引腳輸出電源過電壓信號(hào)，經(jīng)過光耦(SFH6156，VISHAY) 2輸出HI—U接至譯碼器74LS1483(SN54HC148， TI公司)的5N引腳;同理，欠電壓信號(hào)經(jīng)過光耦2輸出LO—U接至譯碼器74LS1483的4N引腳，如圖3所示。
電機(jī)勵(lì)磁功率模塊4 (FCAS50SN60，飛兆)RTH引腳輸出反映AB相功率模塊溫度變化的電壓信號(hào)TH—ab，反映CD相功率模塊溫度變化的電壓信號(hào)TH—cd。TH—ab和TH一cd分別經(jīng)過比較器1與模塊參考電壓進(jìn)行比較，輸出AB相功率模塊過溫信號(hào)，經(jīng)過光耦2連接至譯碼器74LS1483的3N引腳，CD相功率模塊過溫信號(hào)經(jīng)過光耦2連接至譯碼器74LS1483的2N弓I腳，如圖3所示。
電機(jī)勵(lì)磁功率模塊4的VFO引腳輸出電機(jī)AB相繞組過流信號(hào)AB—FO和CD相繞組過流信號(hào)CD—FO，經(jīng)過光耦2分別連接至譯碼器74LS1483的7N引腳和6N引腳。
電機(jī)繞組中放置過溫繼電器(3UA，西門子)6，電機(jī)過溫信號(hào)由過溫繼電器6輸出，經(jīng)過光耦2連接到譯碼器74LS1483的1N引腳。
譯碼器74LS1483經(jīng)過對(duì)9個(gè)故障信號(hào)的邏輯譯碼，將產(chǎn)生的4位編碼信號(hào)XFA1，XFA2, XFA3， XFA4，依次接至微處理器DSP (美國德州儀器，tms320lf2407) 7的數(shù)據(jù)總線的低四位(Dq-D3)， Fault信號(hào)輸入至DSP7的XINT引腳，如圖3所示。
當(dāng)電動(dòng)執(zhí)行器的力臂運(yùn)行至最大開方向位置時(shí)，開方向限位開關(guān)動(dòng)作，將開方向限位信號(hào)OPEN置為低電平；當(dāng)電動(dòng)執(zhí)行器的力臂運(yùn)行至最大關(guān)方向位置時(shí)，關(guān)方向限位開關(guān)動(dòng)作，將關(guān)方向限位信號(hào)CLOSE置為低電平。在力臂的其他任何位置時(shí)，開方向限位信號(hào)OPEN和關(guān)方向限位信號(hào)CLOSE均為高電平。
如圖4所示，DSP7輸出OPEN信號(hào)接至74LS118 (DM74LS11, FairChild)的Al引腳，F(xiàn)ANGXING信號(hào)接至第一片74LS118的Bl引腳，兩個(gè)信號(hào)經(jīng)邏輯運(yùn)算產(chǎn)生的I！信號(hào)由Yl引腳接至第一片74LS329 (SN74LS， Motorola)的A1引腳。
DSP7輸出FANGXING信號(hào)同時(shí)也輸入第一片74HC0410 (74HC04N， PHILIPS)的2A引腳，經(jīng)過邏輯運(yùn)算產(chǎn)生結(jié)果由第一片74HC0410的2Y引腳接至第一片74LS118的A2引腳。DSP7輸出CLOSE接入第一片74LS118的B2引腳，產(chǎn)生12由第一片74LS118的Y2引腳接至第一片74LS329的Bl弓l腳。
邏輯運(yùn)算產(chǎn)生Z結(jié)果由第一片74LS329的Yl引腳接至第一片74LS118的A3引腳。DSP7輸出EnaWe接入第一片74HC0410的1A引腳，經(jīng)邏輯運(yùn)算產(chǎn)生的結(jié)果由IY弓l腳接至第一片74LS118的C3弓1腳，DSP7輸出Fault信號(hào)接至74LS118的B3引腳。74LS118、第一片74HC0410、第一片74LS329共同對(duì)DSP輸出的OPEN、FANGXIANG、CLOSE、Enalbe、Fault信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算的結(jié)果為Y信號(hào)，由第一片74LS118的Y3引腳輸出，如圖4所示。
Y信號(hào)輸入74HC0811 (74HC08N, PHILIPS)的1A、 2A、 3A、 4A引腳，DSP輸出的XPWM1、 XPWM2、 XPWM3、 XPWM4分別輸入74HC0811的1B、 2B、 3B、 4B引腳。
74HC0811由引腳1Y、 2Y、 3Y、 4Y輸出的信號(hào)連接到第二片74HC0412 (74HC04N，PHILIPS)的1A、 2A、 3A、 4A引腳。
同時(shí)，74HC0811由引腳1Y、2Y、3Y、4Y輸出的信號(hào)連接到第二片74LS3213(SN74LS，Motorola)的A1、 2A、 3A、 A4引展P。
第二片74HC0412的四位輸出分別為低電平DRIVE—AN、 DRIVE—BN、 DRIVE—CN、DRIVE—DN;第二片74LS3213的四位輸出分別為高電平DRIVE—AP、 DRIVE—BP、DRIVE一CP、 DRIVE一DP。
本發(fā)明的邏輯芯片的功能圖如圖5所示。邏輯芯片運(yùn)行框圖如圖6所示。
DSP根據(jù)電動(dòng)執(zhí)行器狀態(tài)輸出FANGXIANG信號(hào)FANGXIANG信號(hào)在執(zhí)行器力臂開方向運(yùn)行為高電平、執(zhí)行器力臂向關(guān)方向運(yùn)行為低電平。同B寸，DSP輸出Enable, XPWM信號(hào)；Enable信號(hào)初始化為高電平，可以有效防止電導(dǎo)通，Enable信號(hào)在電動(dòng)執(zhí)行器正常工作時(shí)為低電平。
Fault信號(hào)與OPEN、 FANGXIANG、 CLOSE、 Enable信號(hào)經(jīng)過邏輯運(yùn)算后控制PWM脈沖信號(hào)。Fault如跳變?yōu)榈碗娖剑壿嬓酒瑢⒎怄iPWM的脈沖信號(hào)，經(jīng)過邏輯芯片的硬件保護(hù)則可以關(guān)閉PWM信號(hào)，實(shí)現(xiàn)直接由硬件對(duì)電動(dòng)執(zhí)行器的可靠保護(hù)，如圖5所示。
OPEN, FANGXIANG進(jìn)行邏輯"與"運(yùn)算，得到信號(hào)11; FANGXIANG經(jīng)過邏輯"非"運(yùn)算后，和CLOSE進(jìn)行邏輯"與"運(yùn)算，得到信號(hào)12;信號(hào)h、 12進(jìn)行邏輯"或"運(yùn)算，得到運(yùn)算結(jié)果Z。 Enable, Fault, Z進(jìn)行邏輯"與"運(yùn)算得到運(yùn)算結(jié)果Y。
DSP輸出XPWM脈沖信號(hào)，XPWM1， XPWM2， XPWM3， XPWM4分別和Y進(jìn)行邏輯"與"運(yùn)算，當(dāng)且僅當(dāng)XPWM和Y同時(shí)為高電平時(shí)，輸出脈沖PWM信號(hào)。
綜上所述，如圖5所示，OPEN、 CLOSE、 FANGXIANG和XPWM脈沖信號(hào)有效，當(dāng)且僅當(dāng)Fault信號(hào)是高電平時(shí)，允許輸出脈沖PWM信號(hào)。Fault如跳變?yōu)榈碗娖?，邏輯芯片將封鎖PWM的脈沖信號(hào)，經(jīng)過硬件保護(hù)則可以關(guān)閉PWM脈沖信號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)直接由硬件對(duì)電動(dòng)執(zhí)行器的可靠保護(hù)。
由DSP輸出的有效XPWM脈沖信號(hào)經(jīng)過與Y的"與"運(yùn)算，在Fault為"1"的情況下，輸出分為兩路分別經(jīng)過"或"門、"非"門運(yùn)算，產(chǎn)生高低電平各一個(gè)，接出通過光耦形成回路為功率模塊提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)，起到隔離強(qiáng)電的作用。如圖5所示，以A相為例，當(dāng)XPWM4為高電平，邏輯運(yùn)算輸出Y為高電平時(shí)，XPWM4與Y經(jīng)過"與"門運(yùn)算輸出高電平，輸出分為兩路分別經(jīng)過"或"門、"非"門運(yùn)算，產(chǎn)生高電平DRIVE—AP，低電平DRIVE—AN， DRIVE—AP和DRIVE—AN利用光耦形成回路并為功率模塊提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)，起到隔離強(qiáng)電的作用。
權(quán)利要求
1、一種用于電動(dòng)執(zhí)行器的硬件故障保護(hù)的裝置，其特征在于它主要包括邏輯芯片、DSP，邏輯芯片、DSP依次連接形成故障保護(hù)單元；所述的邏輯芯片為74HS32，74HC04，74HC08和74LS11。
2、 按照權(quán)利要求1所述的的裝置，其特征在于所述的DSP的CAP3/IOPA5連接74LS11 的Al引腳，DSP的CANTX/IOPC6連接74LS11的Bl引展卩，.DSP的CANTX/IOPC6同時(shí) 連接第一片74HC04的2A弓i辟卩，DSP的CLOCKOUT/IOPE0連接74LS11的B2引腳，DSP 的任意一個(gè)I/O端引腳輸出Fault信號(hào)連接74LS11的B3引腳，DSP的CAP6/IOPF1連接 第一片74HC04的1A引腳，DSP的PWMl/IOPA6， PWM2/IOPA7， PWM3/IOPB0， PWM4/IOPB1連接74HC08的1B、 2B、 3B、 4B引腳；所述的74LS11的A2連接第一片74HC04的2Y引腳，Cl和C2連接電源，A3連接 第一片74LS32的Yl引腳，Yl連接74LS32的Al引腳，Y2連接第一片74LS32的Bl引 展P， C3連接第一片74LS04的1Y引腳，Y3連接74HC08的1A、 2A、 3A、 4A引腳；所述的74HC08的1Y連接第二片74HC04的1A引腳和第二片74LS32的Al引腳； 2Y連接第二片74HC04的2A引腳和第二片74LS32的A2引腳；3Y連接第二片74HC04 的3A引腳和第二片74LS32的A3引腳;4Y連接第二片74HC04的4A引腳和第二片74LS32 的A4引腳；所述的74HS32， 74HC04, 74HC08和74LS11的GND引腳接地，VCC接電源，其 他閑置引腳懸空；所述的第二片74HC04的1Y、 2Y、 3Y、 4Y引腳輸出分別和第二片74LS32的Yl、 Y2、 Y3、 Y4引腳輸出通過光耦形成回路為功率模塊提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)，起到隔離強(qiáng)電的作用。
3、 一種權(quán)利要求1所述的用于電動(dòng)執(zhí)行器的硬件故障保護(hù)裝置的實(shí)現(xiàn)方法，其特征 在于包括的歩驟1) 電動(dòng)執(zhí)行器的核心控制芯片DSP根據(jù)電動(dòng)執(zhí)行器狀態(tài)輸出OPEN、 CLOSE、 FANGXIANG信號(hào)，Enable, XPWM信號(hào)，F(xiàn)ault信號(hào)、PWM脈沖信號(hào)；2) FANGXIANG信號(hào)在電動(dòng)執(zhí)行器力臂開方向運(yùn)行為高電平、電動(dòng)執(zhí)行器力臂向關(guān) 方向運(yùn)行為低電平；Enable信號(hào)初始化為高電平，有效防止電導(dǎo)通，Enable信號(hào)在電動(dòng)執(zhí) 行器正常工作時(shí)為低電平；電動(dòng)執(zhí)行器出現(xiàn)故障時(shí)，DSP輸出的Fault信號(hào)跳變?yōu)榈碗娖健?) DSP輸出的Fault信號(hào)還在邏輯芯片內(nèi)部與OPEN、 FANGXIANG、 CLOSE、 Enable 信號(hào)經(jīng)過邏輯運(yùn)算控制PWM脈沖信號(hào)，經(jīng)過硬件保護(hù)控制PWM脈沖勵(lì)磁信號(hào)，實(shí)現(xiàn)直 接由硬件對(duì)電動(dòng)執(zhí)行器的可靠保護(hù)；4) 當(dāng)Fault信號(hào)為低電平時(shí)，由DSP輸入邏輯芯片，經(jīng)過邏輯運(yùn)算將關(guān)閉所有PWM 脈沖信號(hào)輸出，電動(dòng)執(zhí)行器電機(jī)停止工作；5) 在無故障信號(hào)的情況下，每路XPWM信號(hào)經(jīng)過邏輯芯片的運(yùn)算，輸出分為兩路高 低電平各一路，接出通過光耦形成回路為功率模塊提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)，起到隔離強(qiáng)電的作用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于電動(dòng)執(zhí)行器的硬件故障保護(hù)的裝置及其實(shí)現(xiàn)方法。采用譯碼器和邏輯芯片作為智能電動(dòng)執(zhí)行器控制器的故障處理單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)執(zhí)行器的故障保護(hù)。邏輯芯片、DSP依次連接形成故障保護(hù)單元，所述的邏輯芯片包括74HS32，74HC04，74HC08和74LS11。本發(fā)明降低了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)復(fù)雜性，節(jié)省了硬件空間，并具有運(yùn)算簡單、故障信號(hào)判斷迅速、成本低等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，結(jié)合DSP對(duì)故障進(jìn)行邏輯代碼識(shí)別和控制，實(shí)現(xiàn)了軟件和硬件的雙重保護(hù)，提高了系統(tǒng)的可靠性，增加了操作的靈活性。這些排除故障的方法，采集適當(dāng)?shù)男盘?hào)就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)其他類型執(zhí)行器的故障診斷。
文檔編號(hào)G05B19/048GK101667022SQ20091007070
公開日2010年3月10日 申請(qǐng)日期2009年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月29日
發(fā)明者林 何, 孫鶴旭, 潔 李, 硯 董, 易 鄭 申請(qǐng)人:河北工業(yè)大學(xué)