專利名稱：采用雙控制器和兩相無刷電機的故障被動型機電致動器的制作方法
采用雙控制器和兩相無刷電機的故障被動型機電致動器
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，防故障自動駕駛儀伺服致動器采用具有雙通道伺服放大器和轉(zhuǎn)速計的有 刷直流電機。在這樣的系統(tǒng)中，每個通道控制一個電機端子上的電壓。由于每個通道實現(xiàn)其 自己的閉環(huán)控制，該功能通道在沒有直接探測到相對通道中故障的情況下，自動地適應(yīng)相 對通道中的故障。此智能伺服架構(gòu)在允許用來提供伺服環(huán)路閉鎖的本地電子裝置的同時， 提供電機的自補償雙通道控制。接口連接設(shè)備能夠通過標(biāo)準(zhǔn)的航空電子設(shè)備總線協(xié)議，例 如ARINC4^數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)接口協(xié)議，來控制和監(jiān)控伺服致動器。為更可靠的無刷電機復(fù)制這些 兩通道中的每個通道都具有對電機的同等控制的故障被動特點，將是很有益的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的各方面涉及采用雙控制器和兩相無刷電機的故障被動型機電致動器。在 一個實施例中，本發(fā)明涉及一種用于控制兩相無刷電機的故障被動型系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括兩 相無刷電機，該兩相無刷電機包括定子、轉(zhuǎn)子、被電磁地連接到該轉(zhuǎn)子的第一繞組和被電磁 地連接到該轉(zhuǎn)子的第二繞組；被連接到該第一繞組的第一控制電路，該第一控制電路被配 置成向該第一繞組提供第一電流；被連接到該第二繞組的第二控制電路，該第二控制電路 用來向該第二繞組提供第二電流，其中，該第一控制電路被配置成從外部控制電路接收第 一命令值；該第二控制電路被配置成從該外部控制電路接收第二命令值；該第一控制電路 被配置成從該第二電路接收該第二命令值的取反形式；該第二控制電路被配置成從該第一 電路接收該第一命令值的取反形式；并且該第一控制電路和該第二控制電路被配置成并行 地控制該轉(zhuǎn)子的運動。在另一個實施例中，本發(fā)明涉及一種用于控制兩相無刷電機系統(tǒng)的方法，該系統(tǒng) 包括轉(zhuǎn)子、具有第一繞組和第二繞組的定子、用于通過向該第一繞組提供第一電流來控制 該轉(zhuǎn)子的運動的第一控制電路和用于通過向該第二繞組提供第二電流來控制該轉(zhuǎn)子的運 動的第二控制電路，該方法包括在該第一電路處接收第一命令值；在該第二電路處接收 第二命令值；在該第一電路處接收該第二命令值的取反形式；在該第二電路處接收該第一 命令值的取反形式；在該第一電路處根據(jù)第一預(yù)先選擇的標(biāo)準(zhǔn)從由該第一命令值、該取反 第二命令值和第一默認(rèn)值構(gòu)成的組中選擇第一值；在該第二電路處根據(jù)第二預(yù)先選擇的標(biāo) 準(zhǔn)從由該取反第一命令值、該第二命令值和第二默認(rèn)值構(gòu)成的組中選擇第二值；根據(jù)該第 一值產(chǎn)生用于該第一繞組的該第一電流；和根據(jù)該第二值產(chǎn)生用于該第二繞組的該第二電 流。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的包括兩相無刷電機和雙通道控制系統(tǒng)的電機 控制系統(tǒng)的示意框圖。圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的兩相無刷電機的縱向截面圖。圖3為示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的轉(zhuǎn)子、定子和定子繞組的排列的圖2中的兩相無刷電機的橫截面視圖。圖4為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一個定子繞組的線圈的示意圖。圖5為示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于控制兩相無刷電機系統(tǒng)的高級過程 的流程圖。圖6為示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于控制兩相無刷電機的過程的流程圖。圖7為示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于無刷電機控制系統(tǒng)的典型操作序列 的流程圖。圖8為示出根據(jù)圖7中的操作序列的無刷電機控制系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)條件的流程 圖。圖9為示出根據(jù)圖7中的操作序列的無刷電機控制系統(tǒng)的用于通過ARINC接收參 數(shù)的過程的流程圖。圖10為示出根據(jù)圖7中的操作序列的無刷電機控制系統(tǒng)的用于接合離合器的過 程的流程圖。圖11為示出根據(jù)圖7中的操作序列的無刷電機控制系統(tǒng)的用于確定PWM值的主 過程的流程圖。圖12為示出圖11中示出的用于確定PWM值的過程的用于確定中值選擇算法的輸 出的子過程的流程圖。圖13為示出用于與圖11中示出的用于確定PWM值的過程一起確定扭矩的子過程 的流程圖。圖14為示出用于與圖11中示出的用于確定PWM值的過程一起確定加速度的子過 程的流程圖。圖15為示出用于與圖11中示出的用于確定PWM值的過程一起確定PWM值的子過 程的流程圖。圖16為示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的中值選擇系統(tǒng)的示意框圖。圖17為示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的以控制電機第一繞組的第一電路和控制 電機第二繞組的第二電路實現(xiàn)兩相無刷電機基本獨立控制的過程的流程圖。
具體實施例方式無刷電機控制系統(tǒng)的各實施例都控制兩相無刷電機。在很多實施例中，控制系統(tǒng) 包括用于控制電機的一個定子繞組的第一控制電路和用于控制第二定子繞組的第二控制 電路。第一電路和第二電路基本彼此獨立地運行。但是，它們以取反形式共享命令值信息， 從而信息不會被任一控制電路誤用。在若干實施例中，第一電路和第二電路中的每一個都 使用中值選擇功能以避免與某些輸入值有關(guān)的瞬態(tài)、差錯或延遲。無刷電機可以包括四極 轉(zhuǎn)子和定子，這些轉(zhuǎn)子和定子中的每一個都包括4個以相反方向卷繞的線圈，以最小化非 命令運動并提供最大效率和電機控制。無刷電機系統(tǒng)的各實施例能夠提供簡單矢量控制的兩相構(gòu)造，這經(jīng)常轉(zhuǎn)化為以最 小極數(shù)使運行平穩(wěn)、提供正弦扭矩產(chǎn)生并以基本隔離的控制驅(qū)動電子設(shè)備提供兩繞組電機 以消除驅(qū)動電路故障的失控。無刷電機系統(tǒng)或智能伺服致動器的各實施例能夠被用作將用于Part 25商用飛行器上的數(shù)字自動駕駛儀系統(tǒng)的一部分。智能伺服致動器可以是故障被動型 (fail-passive)的，從而使得沒有單一故障會導(dǎo)致大于絞盤處1. 5度的非命令運動。這可 以采用唯一的兩相直流無刷電機(BLDC)和下面將要說明的具有相關(guān)的冗余傳感器、監(jiān)控 器和軟件的獨立的雙通道DSP控制器來實現(xiàn)。致動器的安全特點還包括能夠由任一控制器 獨立地脫離，或通過遠(yuǎn)程地去掉離合器電源輸入來脫離的電磁接合離合器。圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的包括雙通道控制系統(tǒng)12和兩相無刷電機14的 電機控制系統(tǒng)10的示意框圖。電機控制系統(tǒng)10進一步包括電機/軸位置傳感器16、離合 器和傳動機構(gòu)18以及電源20。雙通道控制系統(tǒng)12包括第一通道電路22和第二通道電路對。雙控制通道02、 24)能夠基本彼此獨立地運行，并且每一個通道都單獨地控制兩相電機14。第一通道22包 括用于接收諸如來自飛行計算機(未示出)的命令的信息的ARINC 4 通用異步接收器/ 發(fā)送器(UART) 26。UART沈被連接到數(shù)字信號處理器(DSP)或通道1控制電路觀。UART 沈可以包括用于由通道IDSP觀產(chǎn)生的邏輯信號控制的特定UART模式的寄存器。UART 26 通常可以包括FIFO緩沖區(qū)來防止溢出錯誤。通道IDSP觀被連接到用于放大DSP觀的脈 寬調(diào)制(PWM)輸出的H橋驅(qū)動器四上。H橋驅(qū)動器四被連接到提供對被提供給第一繞組 32的電流的雙向控制的H橋電路30上。第一繞組32可以包括許多與電機的轉(zhuǎn)子42電磁 連通的線圈。在很多實施例中，第一繞組32是電機的定子43的組件。第二通道M包括用于接收諸如來自飛行計算機(未示出)的命令的信息的ARINC 429UART 34。UART ；34被連接到數(shù)字信號處理器(DSP)或通道2控制電路36。UART ；34可 以包括用于由通道2DSP 36產(chǎn)生的邏輯信號控制的特定UART模式的寄存器。UART 34通常 可以包括FIFO緩沖區(qū)來防止溢出錯誤。通道2DSP 36被連接到用于放大DSP 36的PWM輸 出的H橋驅(qū)動器37。H橋驅(qū)動器37被連接到提供對被提供給第二繞組40的電流的雙向控 制的H橋電路38。第二繞組40可以包括許多與電機的轉(zhuǎn)子42電磁連通的線圈。在很多實 施例中，第二繞組40是電機的定子43的組件。4個位置傳感器(44a、44b、44c、44d)被置于圍繞轉(zhuǎn)子/電機軸的點處。在轉(zhuǎn)子/ 電機軸的一端，電機系統(tǒng)包括行星傳動機構(gòu)46，行星傳動機構(gòu)46跟隨著輸出小齒輪48。行 星傳動機構(gòu)46的接合可以由離合器50控制。離合器50可以由通道IDSP觀和通道2DSP 36獨立地控制。在一些實施例中，無刷電機系統(tǒng)被稱作智能伺服致動器。智能伺服致動器可以包 含完成電機控制循環(huán)和監(jiān)視器伺服完整性所需的全部組件和軟件。伺服命令和指示以使用 ARINC 49高速形式被提供給每個伺服通道。位置、速度或扭矩命令可以由控制器根據(jù)被提 供給伺服的指示來接受?？梢耘c自動駕駛儀系統(tǒng)協(xié)調(diào)消息結(jié)構(gòu)以確保每個通道接收的數(shù)據(jù) 的完整性。智能伺服位置、速度、扭矩數(shù)據(jù)和狀態(tài)也可以被以ARINC 4 高速形式發(fā)送給接 口連接設(shè)備。在每個通道中，采用ARINC 4^UART實現(xiàn)向著控制器的硬件接口。智能伺服 的每個通道的尋址可以采用在安裝中以硬布線連接的分立件(52、54)來實現(xiàn)。在其它實施 例中，可以采用其它尋址智能伺服的手段。電機14是特別為故障被動型自動駕駛儀應(yīng)用設(shè)計的兩相、四極BLDC電機。轉(zhuǎn)子 組件包括許多連附于轉(zhuǎn)子上的稀土磁鐵、輸出齒輪和傳感器磁鐵組件。電機定子包括兩個 獨立的繞組(32、40)。每個繞組中的電流由控制器中的任一個獨立地控制。電機的扭矩由兩個繞組中電流的矢量和來提供。電流矢量的幅度與輸出扭矩成比例。電流矢量在期望扭 矩或旋轉(zhuǎn)的方向上領(lǐng)先轉(zhuǎn)子的極位置90度。每個繞組可以具有在定子繞組的每一端提供 的兩個電流傳感器(33、41)?？梢园岩粋€電流傳感器用于獨立控制，而把另一個傳感器用于 相對通道的控制器所進行的獨立監(jiān)控。轉(zhuǎn)子角度位置通過采用被放射狀地圍繞直接連附于電機軸上的四極傳感器磁鐵 放置的成對線性比率計霍耳效應(yīng)傳感器(44a、44b、44c、44d)來傳感。傳感器輸出電壓對被 提供給DSP控制器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，在這里轉(zhuǎn)子的角度被計算為電壓比的反正切。每個通道 都具有專用的位置傳感器，并獨立地根據(jù)其傳感器輸出計算轉(zhuǎn)子位置。使用轉(zhuǎn)子位置來確 定特定通道的電機線圈中電流的正確水平、計算德耳塔位置和計算旋轉(zhuǎn)的軸角速度。在圖1示出的實施例中，控制器是特別為電機控制設(shè)計的相異DSP微控制器08、 36)。一個通道DSP是德克薩斯儀器(TI)TMS320F2800系列DSP，第二個通道是飛思卡爾 56F8300系列DSP(德克薩斯儀器和飛思卡爾是公司的商標(biāo))。在其它實施例中，可以使用 其它控制器型號。在一個實施例中，控制器是相同的。每個處理器都通過相應(yīng)通道的ARINC 4 數(shù)據(jù)總線接收獨立的命令。可以通過讀取在安裝中以硬布線連接的輸入分立件(52、 54)來確定智能伺服的地址。DSPQ8、36)將響應(yīng)與以硬布線連接的地址匹配的消息。檢查命令消息結(jié)構(gòu)、合理性和時新性來確保完整性。合理性可以涉及用來證實進 來的消息在它們到達伺服之前沒有壞和那些消息的數(shù)據(jù)段在預(yù)先選擇的范圍內(nèi)的檢查。這 通過對消息進行循環(huán)冗余碼校驗(CRC)來實現(xiàn)。時新性可以涉及伺服以特定的速率(例如， 100赫茲)來接收消息。如果消息不是在此時幀內(nèi)接收的，那么這可以觸發(fā)指示強迫離合 器脫離的故障狀態(tài)的標(biāo)志。在采用集成到DSP中的脈寬調(diào)制(PWM)特征實現(xiàn)電流調(diào)制的情 況下，高速地處理命令和傳感器輸入以產(chǎn)生電機線圈電流命令。每個控制器都包括許多傳 感器輸入，這些傳感器輸入包括該控制器的繞組中的電流、另外控制器的繞組中的電流、離 合器電流、電源電壓、內(nèi)部電源電壓和轉(zhuǎn)子位置的輸入。PWM信號被用來開關(guān)傳統(tǒng)H橋(30、 38)中的 MOSFET 對。用來產(chǎn)生期望扭矩和速度的電機的運行通常需要每個定子繞組(33、40)中的正 確電流，該電流由其通道的命令信號、傳感器輸入和計算出的電流獨立地確定。由于短路或開路的定子線圈、短路或開路的功率MOSTET或錯誤的開關(guān)命令的任 一通道中的故障通常將導(dǎo)致電機轉(zhuǎn)子90度的最大運動。BLDC電機就以下意義來講，是固有 地安全的，即線圈必須被主動地控制才能進行連續(xù)地運動。如果流過線圈中的一個線圈的 電流是恒定的，那么這樣的電機通常不能移動超過90度。電機18的輸出驅(qū)動兩級、20到1的行星齒輪減速器，通過伺服機座中的5. 85到1 的正齒輪減速器進一步驅(qū)動兩級、20到1的行星齒輪減速器。此行星齒輪減速器能夠提供 所需輸出扭矩和速度。2008年12月1日遞交的、申請?zhí)枮?2/326，074、題為“HIGH RATIO GEAR REDUCER(高比率齒輪減速器)”的美國專利申請中包括了對可以與電機14 一同使用 的行星齒輪的說明。在這里，通過引用明白地將該申請的全部內(nèi)容合并。如果發(fā)生電機轉(zhuǎn) 子位置90度失控(hardover)的最壞情形，可以把絞盤處的擾動限制到小于1. 5度。當(dāng)伺服致動器離合器脫離時，行星齒輪系統(tǒng)18的環(huán)形齒輪允許靠慣性繼續(xù)轉(zhuǎn)動。 當(dāng)離合器接合時，環(huán)形齒輪通常被鎖在徑向位置上。這通過與離合器極組件的外徑上的對 應(yīng)正齒輪配合的、被制造在環(huán)形齒輪的外表上的正齒輪實現(xiàn)。當(dāng)離合器線圈上電時，極面上的環(huán)形平面齒輪被鎖在一起放在環(huán)形齒輪上并與伺服致動器機械接合。給離合器的電流信 號是自動駕駛儀的控制計算機提供的單獨的信號。當(dāng)控制器通過監(jiān)控器探測到故障時，在 離合器線圈的每一端處的MOSFET開關(guān)允許致動器的每個通道獨立地與離合器脫離。還在 線圈的每一端設(shè)置了獨立的離合器電流傳感器。這些電流信號由DSP控制器監(jiān)控并可以用 于一個通道進行的離合器電流的閉環(huán)PWM控制和相對通道的監(jiān)控。周期性地交替這些功能 從而探測允許離合器內(nèi)部脫離的組件中的潛在故障。除雙電流和位置傳感器之外，每個通道還包括用來監(jiān)控DSP性能的看門狗電路。 兩個DSP獨立地監(jiān)控電源電壓。歸屬于每個DSP的串行外設(shè)接口(SPI)總線56用于在內(nèi) 置測試期間對輸入命令、傳感器數(shù)據(jù)、監(jiān)視器輸入、致動器輸出性能和其它被檢查的功能進 行交叉檢查。交叉檢查過程中的不一致可以導(dǎo)致通過ARINC 4 總線報告故障狀態(tài)。這樣 的不一致或其它故障還可以發(fā)起交叉?zhèn)菵SP進行的離合器的脫離?？刂破?觀、36)使用SPI總線彼此通信。在若干實施例中，每個控制器接收諸如 位置的另一控制器的命令值(例如，交叉?zhèn)让钪?的取反形式。例如，如果通道1控制器 觀接收到了 10度位置的命令值而通道2控制器36接收到了 15度位置的命令值，那么通道 1控制器28將接收到為-15度的值而通道2控制器36將接收到為_10度的值。通過利用 這種方式共享信息，雙通道控制系統(tǒng)避免使用純粹來自任一控制器的控制信息，從而防止 任一控制器象接收它自己的信息那樣去接收另外控制器的信息。這樣的考慮在飛行應(yīng)用中 可能是很重要的。無刷電機可以是無槽、無刷型電機。多數(shù)現(xiàn)有無槽無刷電機是具有3繞組(6線 圈)的3相電機。在許多實施例中，本發(fā)明的電機是其中每個線圈被彼此距離45度放置的 具有4線圈的2定子繞組和4極轉(zhuǎn)子的組合。在其它實施例中，可以采用2極轉(zhuǎn)子。在其 它實施例中，定子包含具有被彼此距離90度放置的2線圈(每相一個線圈)的兩相。根據(jù)具體應(yīng)用的設(shè)計要求，可以有定子線圈和轉(zhuǎn)子極的任意組合。隨定子線圈或 轉(zhuǎn)子極數(shù)目的增加，制造成本上升而輸出扭矩波動下降。圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的兩相無刷電機60的縱向截面圖。定子結(jié)構(gòu)包 含用來將繞組64與轉(zhuǎn)子分開的耐熱酚醛套筒62、用來提供磁通量回路并減小渦流損耗的 盤狀疊層66和用來裝入電機的不銹鋼外殼68。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)由與不銹鋼軸72結(jié)合的4個稀土 磁鐵70組成，不銹鋼軸72由被適當(dāng)熱收縮了的聚酯薄膜管包圍。在軸72的一端，霍耳效 應(yīng)磁鐵74與霍耳效應(yīng)傳感器76 一同使用。圖3為示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的轉(zhuǎn)子42、定子43和定子繞組(L1、L2)的 排列的圖2中的兩相無刷電機的橫截面視圖。圖4為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一個定子繞組Ll的線圈的示意圖。在若干實 施例中，定子繞組Ll可以與圖2和3中的兩相無刷電機一起使用。每相/繞組由一組特定 匝數(shù)的4個線圈組成，繞組組中的每個線圈以與相鄰線圈相反的方向被卷繞。例如，Ll定 子繞組包括線圈Lla、Llb、Llc和Lld，其中Llb以與Lla和L Ic相反的方向被卷繞。線圈 Lld以與線圈Llb相同的方向被卷繞。L2定子繞組(參見圖3)以類似的方式被卷繞，其中 L2b以與Lh和L2c相反的方向被卷繞，線圈L2d以與線圈L2b相同的方向被卷繞。這樣，在控制4極轉(zhuǎn)子42’中，每個線圈上每匝的貢獻都增加到每個其它線圈的貢 獻。在其它實施例中，可以采用具有不同極數(shù)的轉(zhuǎn)子。適當(dāng)?shù)木€圈定位提供具有低波動扭矩的正弦輸出。為了理解圖4中的相鄰線圈如何彼此作用，考慮施加一個電壓到繞組上以產(chǎn)生電 流(I)。箭頭示出電流(I)流動的方向。利用規(guī)定的電流流動的方向和右手規(guī)則，能夠確定 磁場的方向。至于線圈Lla和線圈Llc，例如，磁場可以是向頁面內(nèi)延伸的。至于線圈Llb 和線圈Lld，磁場可以是向頁面外延伸的。于是，當(dāng)電流流過單一定子繞組時，產(chǎn)生交變磁場 并且繞組組中相鄰線圈的場互相排斥。現(xiàn)在回到圖3，橫截面視圖示出了與轉(zhuǎn)子42’關(guān)聯(lián)的定子43的定子線圈的布局。 定子43被分為8個半象限部分，每個半象限部分都具有一個定子繞組(Li或L2)的線圈， 此線圈與同一定子繞組的另一線圈相鄰。例如，從0度到45度，第一半象限部分包括第二 繞組L2c的線圈的繞組和第二繞組L2b的另一線圈的繞組。如點所示出的，在第一半象限 中的線圈L2b和L2c的繞組被指向為進入頁面。第二半象限部分，即從45到90度的部分， 包括第一繞組Lla的線圈的繞組和第一繞組Lld的另一線圈的繞組。如“X”所示出的，在 第二半象限中的線圈Lla和Lld的繞組被指向為穿出頁面。繞組的其余線圈被類似地沿著 環(huán)形定子43排列在其它半象限部分中?；氐綀D4，繞組組Ll的相鄰線圈的繞組中的電流在線圈繞組被連接或緊鄰的位置 (Cab、Cbc、CccU Cad)處行進的方向相同。圖3中也示出了連接部分(Cab、Cbc、CccU Cad)。 第二繞組L2包括與第一繞組Ll類似的線圈和連接部分。如圖3所示，當(dāng)兩個定子繞組被裝配到一起時，完整的定子組件就形成了?？紤]到 所有的定子線圈，對應(yīng)的DSP控制電路控制4個象限中的任一象限中的每個繞組。電機的 扭矩由兩個繞組中電流的矢量和來提供。2個定子繞組合成的電流矢量的幅度與輸出扭矩 成比例。如果各DSP控制器控制的任一通道中的任意組件發(fā)生故障，那么結(jié)果可能會對電 機有失控作用(hardover effect)。不過，如上所述的控制系統(tǒng)就是設(shè)計來通過主動地監(jiān)控 并響應(yīng)任何這樣的故障來最小化任何失控作用。另外，定子繞組和4極轉(zhuǎn)子的物理設(shè)計也 限制了系統(tǒng)中故障的最壞情形下的作用。例如，如果發(fā)生電機轉(zhuǎn)子位置90度失控的最壞情 形，可以把絞盤處的擾動限制到小于1. 5度。由于短路或開路的定子線圈、短路或開路的功 率MOSTET或錯誤的開關(guān)命令而引起的任一通道中的故障通常將導(dǎo)致電機轉(zhuǎn)子90度的最大 運動。BLDC電機就以下意義來講是固有地安全的，即線圈必須被主動地控制才能進行連續(xù) 地運動。如果流過線圈中的一個線圈的電流是恒定的，那么這樣的電機通常不能移動超過 90度。圖5為示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于控制兩相無刷電機系統(tǒng)的高級過程 80的流程圖。在高級過程80中，通常有以下4條主執(zhí)行路徑上電82、執(zhí)行循環(huán)84、電源 故障中斷86和PWM中斷88。圖5-圖6描述了根據(jù)本發(fā)明的若干實施例的執(zhí)行的結(jié)構(gòu)和流程。對于上電82 (例如，在向無刷電機系統(tǒng)通電時)，處理器能夠通過測試RAM和 ARINC接收UART來檢查其是在起作用。這些測試通常只在上電內(nèi)置測試(PBIT)期間進行， 這是因為，否則的話，它們將可能會干擾正常處理。在功能性自檢測試之后，處理器通常進 行許多初始化工作，然后進入執(zhí)行循環(huán)。這些任務(wù)可以包括所有必需變量和包括看門狗定 時器、ARINCUART、SPI總線、控制循環(huán)和PWM子系統(tǒng)的硬件的初始化。
執(zhí)行循環(huán)84通常以對電機控制功能來說并不關(guān)鍵的有序、一貫的速率來執(zhí)行那 些需要進行的任務(wù)。這些任務(wù)可以包括檢查通過ARINC 4 和SPI總線接收的有效消息塊、 協(xié)調(diào)和設(shè)置適當(dāng)?shù)拿钅Ｊ胶椭?、傳輸ARINC標(biāo)簽和連續(xù)的內(nèi)置測試(BIT)?？梢悦?.25 毫秒執(zhí)行一次循環(huán)，或者說以4千赫來執(zhí)行循環(huán)。由于在某些實施例中，ARINC 4 標(biāo)簽需 要每秒鐘發(fā)送100次，因此特定的標(biāo)簽通常需要每執(zhí)行40次執(zhí)行循環(huán)處理一次。執(zhí)行循環(huán) 的邏輯開關(guān)語句可以具有40種情況。這確保了發(fā)送的數(shù)據(jù)有盡可能少的等待時間。在進 行每種情況后，提供看門狗定時器服務(wù)。然后，對于直到0. 25毫秒定時器到期之前剩余可 用時間，通過產(chǎn)生并檢查循環(huán)冗余碼校驗(CRC)來檢查閃存中程序的有效性?？梢栽趶闹聞悠饕迫ル娫磿r發(fā)起第三個主要執(zhí)行路徑，即電源故障中斷86。用來 探測輸入電源損耗的中斷可以停止執(zhí)行循環(huán)84和PWM中斷88的執(zhí)行，然后脫離離合器。最 后，為了通知相關(guān)的設(shè)備電源的損耗，與電源故障指示一起發(fā)送ARINC 4 維護標(biāo)簽。從這 一點開始，程序的執(zhí)行將通常暫停。如果電源中斷是臨時的，那么看門狗定時器將重置處理 器并再次進行完整的上電序列。主要的電機控制任務(wù)或過程執(zhí)行的中斷88通常具有一貫的定時并對其它任務(wù)有 優(yōu)先權(quán)?？梢越M織控制任務(wù)以使其在40千赫的PWM中斷內(nèi)運行。控制循環(huán)通常在每一周 期結(jié)束前完成用于重新載入PWM工作循環(huán)的計算。在每一 PWM周期中，可以計算位置并且 可以處理當(dāng)前的控制循環(huán)來設(shè)置交換狀態(tài)和工作循環(huán)。致動器的輸出模式(例如，扭矩、位 置或速率)也在控制循環(huán)中調(diào)節(jié)，不過通常以10千赫速率進行。通常在PWM 40千赫中斷 內(nèi)進行另外兩個任務(wù)，從而保持特定的定時寬限。這些任務(wù)可以包括增量用于執(zhí)行循環(huán)的 40千赫定時器和檢查SPI寄存器的裝載和卸載。圖6為示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于控制無刷電機系統(tǒng)的過程(執(zhí)行循 環(huán))84的流程圖?？梢詮某跏嫉膯狱c來說明執(zhí)行循環(huán)過程84的運行。飛行計算機(未 示出)發(fā)送ARINC 429消息給無刷電機控制系統(tǒng)。每個DSP都訪問ARINC消息。在框102 中，過程從ARINC 4^UART數(shù)據(jù)緩沖寄存器讀取4字節(jié)的數(shù)據(jù)。過程可以檢查接收到的標(biāo) 簽的有效性，把數(shù)據(jù)放入臨時命令塊、檢查CRC并設(shè)置命令塊狀態(tài)。如果發(fā)送隊列非空，那 么過程可以把來自末端處的消息發(fā)送隊列的4字節(jié)數(shù)據(jù)寫到ARINC 429UART發(fā)送緩沖寄存 器中去。過程可以對接收器隊列進行隊列的去除、驗證命令數(shù)據(jù)并監(jiān)控數(shù)據(jù)。如果命令數(shù) 據(jù)是有效的，那么過程提取出命令模式類型和命令值。然后，過程可以根據(jù)命令模式設(shè)置命 令值門限和范圍。如果監(jiān)視器數(shù)據(jù)是有效的，那么過程可以更新扭矩門限。在框104中，過程構(gòu)造SPI消息塊。對于SPI模塊，過程還可以把消息放入發(fā)送 FIFO中并重置發(fā)送器和接收器FIFO。在框106中，過程根據(jù)接收的命令模式、被過濾的界 內(nèi)命令值、交叉?zhèn)让钪岛脱a償位置進行中值選擇。在某些實施例中，框102、104和106可以被連續(xù)地運行。例如，在通過執(zhí)行循環(huán)的 第一時刻，情況0或框108被執(zhí)行。在通過執(zhí)行循環(huán)的下一時刻，情況1，即框110，被執(zhí)行。 在通過執(zhí)行循環(huán)的第10時刻，框“處理CBIT”被執(zhí)行。在通過執(zhí)行循環(huán)的第11時刻，可以 重復(fù)框108并且此循環(huán)可以繼續(xù)到每個框都被執(zhí)行達4次。在每個情況框都已經(jīng)被執(zhí)行后，過程執(zhí)行提供看門狗定時器服務(wù)的框116。在框 118中，過程計算并檢查CRC。在框120中，過程確定經(jīng)過的總執(zhí)行循環(huán)時間是否等于或大 于0. 25毫秒(ms)。如果已經(jīng)小于0. 25ms，那么執(zhí)行等待循環(huán)，直到達到0. 25ms。一旦已經(jīng)過了 0. 25ms時間，那么過程循環(huán)回到執(zhí)行循環(huán)的開始。在某些實施例中，不是所有這里說明的過程中的動作都被執(zhí)行。在其它實施例中， 以與流程圖中示出的順序不同的順序進行動作。在某些實施例中，同時進行某些動作。在 某些實施例中，過程進行提供另外功能性的附加動作。圖7為示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的無刷電機控制系統(tǒng)的典型操作序列的流 程圖。通過達到穩(wěn)定狀態(tài)條件(A)開始該序列或過程。然后，過程通過ARINC 4 接收(B) 參數(shù)。然后，過程接合(C)離合器。然后，過程根據(jù)期望離合器電壓確定(D)PWM值，離合 器電壓由飛行計算機通過ARINC 4 提供或由飛行計算機提供的參數(shù)得到。然后，過程以 PWM值驅(qū)動(E) H橋。一旦被接合，每個控制器都使相應(yīng)的H橋運行并把PWM值載入到寄存 器中，寄存器把PWM值輸出給各H橋驅(qū)動器(參見圖1)。在某些實施例中，不是所有這里說明的過程中的動作都被執(zhí)行。在其它實施例中， 以與流程圖中示出的順序不同的順序進行動作。在某些實施例中，同時進行某些動作。在 某些實施例中，過程進行提供另外功能性的附加動作。圖8為示出根據(jù)圖7中的操作序列的無刷電機控制系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)條件㈧的流 程圖。檢查一系列的輸入和條件以確認(rèn)運行是在穩(wěn)定狀態(tài)。在某些實施例中，這些輸入和 條件是接合離合器所必需的。系列包括檢查通過飛行控制系統(tǒng)被提供給伺服的接合并激活 分立件(α )和離合器電壓m輸入。離合器電壓通常應(yīng)該在預(yù)先選擇的低容限之上，而 接合并激活分立件則可以被約束為較高以正確的運行。其它穩(wěn)定狀態(tài)的條件包括用于重新 接合之前的2個執(zhí)行周期的離合器脫離(A3)、正在報告的無離合器脫離故障(A4)和伺服沒 有被通過ARINC 4 命令(A5)脫離。離合器脫離檢查(A3)確保在進行重新接合之前，離 合器被完全地機械脫離。無離合器脫離故障(A4)檢查防止在存在故障情況時接合。一個 故障情況的例子是SPI數(shù)據(jù)故障，SPI數(shù)據(jù)故障指示界內(nèi)控制器的SPI數(shù)據(jù)塊的校驗和與 發(fā)送控制器的校驗和不匹配。在這樣的情況下，已經(jīng)接收了無效的消息，并丟棄該消息。無 脫離命令檢查(AO確認(rèn)脫離命令通常對接合命令有優(yōu)先權(quán)。在某些實施例中，不是所有這里說明的過程中的動作都被執(zhí)行。在其它實施例中， 以與流程圖中示出的順序不同的順序進行動作。在某些實施例中，同時進行某些動作。在 某些實施例中，過程進行提供另外功能性的附加動作。圖9為示出根據(jù)圖7中的操作序列的無刷電機控制系統(tǒng)的用于通過ARINC接收參 數(shù)的過程(B)的流程圖。過程可以通過接收(Bi)離合器模式指示來開始。例如，離合器模 式指示可以是接合離合器的命令。過程可以接收(B》諸如設(shè)置命令模式為扭矩的命令模 式。過程可以接收(Β； )諸如設(shè)置扭矩門限為百分之百的命令模式扭矩門限。過程也可以 接收(B4)諸如設(shè)置命令值為百分之百的命令值?？梢越邮栈蛴嬎阍谶\行之前所需的來自飛行控制系統(tǒng)的輸入。這些輸入可以包括 通過ARINC 4 消息發(fā)送給伺服的命令模式、命令值、扭矩門限和接合命令。命令值是輸入 到中值選擇功能的界內(nèi)輸入。中值選擇輸出，也就是期望命令值，則成為到用來確定期望命 令值和實際電機狀態(tài)之間的差的誤差計算中去的輸入。例如，如果命令模式為位置并且期 望命令值為100度，而且電機的當(dāng)前狀態(tài)是在0度，那么位置誤差的絕對值為100度。以達 到0位置誤差的方式來驅(qū)動電機。扭矩門限與期望命令值一同使用來確定用來控制H橋的 PWM工作循環(huán)。在控制循環(huán)中使用扭矩門限來限制達到期望命令值所需扭矩的量。
在某些實施例中，不是所有這里說明的過程中的動作都被執(zhí)行。在其它實施例中， 以與流程圖中示出的順序不同的順序進行動作。在某些實施例中，同時進行某些動作。在 某些實施例中，過程進行提供另外功能性的附加動作。圖10為示出根據(jù)圖7中的操作序列的無刷電機控制系統(tǒng)的用于接合離合器的過 程(C)的流程圖。過程首先在確保離合器之前被脫離的同時，確定是否收到(Cl)接合命令。 如果不滿足條件，過程等待直至滿足條件。如果滿足條件，通道1控制電路激活(以)通道1 的離合器控制電路部分。然后，過程進行故障檢查(O)以確保離合器電路中沒有電流。進 行故障檢查以確保離合器電路中沒有電流流動是因為通道2而還沒有開啟，沒有完整的電 路徑。如果控制器感測到電流在流動，那么標(biāo)記故障情況并且控制器命令離合器脫離。在預(yù)先選擇的時間段之后，通道2控制電路激活通道2的離合器控制電路部分。這 允許電流流過離合器線圈，以產(chǎn)生克服離合器電樞的彈力的磁場。如此，離合器電樞被拉進 并把離合器機械地接合到電機上。電樞的拉進持續(xù)指定量的時間，并且在此時間段內(nèi)，允許 電流超過穩(wěn)定狀態(tài)值。此拉進電流值由于以下事實是更高的，即為了使電樞發(fā)生運動，必須 克服彈力和相關(guān)的慣性。然后，過程把離合器電流誤差確定(C5)為期望離合器電流和實際離合器電流之 間差的函數(shù)。然后，過程把期望離合器電壓確定(C6)為離合器電流誤差的函數(shù)。使用此期 望電壓來確定保持離合器接合所需的新的PWM值。由通道1控制電路進行離合器的PWM控 制。此PWM值被載入到控制器的PWM寄存器中。圖11為示出根據(jù)圖7中的操作序列的無刷電機控制系統(tǒng)的用于確定PWM值的主 過程(D)的流程圖。過程通過確定(Dl)中值選擇(MVQ功能/算法的輸出而開始。然后， 過程根據(jù)MVS的輸出確定(D2)扭矩并將扭矩與扭矩門限比較。扭矩門限可以在ARINC消息 中接收到。過程還確定(D!3)加速度并將加速度與基于D2中確定的期望扭矩的門限比較。 然后，過程確定(D4)驅(qū)動H橋驅(qū)動器和H橋所需的合適的PWM值。圖12為示出圖11中示出的用于確定PWM值的過程的用于確定中值選擇(MVS)算 法的輸出的子過程(Dl)的流程圖。子過程通過接收(Dll)界內(nèi)命令值(OCV)、交叉?zhèn)让?值(CCV)和默認(rèn)值(DV)而開始。對于特定的DSP控制器，界內(nèi)命令值是從飛行計算機發(fā)送 給那個控制器的值，而交叉?zhèn)让钪禐榘l(fā)送給另外的DSP控制器的命令值的取反形式。如 果界內(nèi)命令值和交叉?zhèn)让钪档闹迪嗤栂喾?D12)，那么中值選擇輸出被設(shè)置為界 內(nèi)命令值(OCV)。如果界內(nèi)命令值和交叉?zhèn)让钪档闹岛头柖疾煌?，這些值之間的差沒有大到足 夠標(biāo)記故障情況，并且界內(nèi)命令值的絕對值大于交叉?zhèn)让钪?D13)，那么MVS的輸出被設(shè) 置為交叉?zhèn)让钪?CCV)。如果界內(nèi)命令值和交叉?zhèn)让钪档姆栂嗤?D14)，那么MVS的 輸出被設(shè)置為默認(rèn)值。由于交叉?zhèn)让钪翟谄浔话l(fā)送給其它的控制器之前被求反，因此如 果其符號與界內(nèi)命令值相同的話，則通道1正在被命令在通道2的相反方向上運動。為了 防止控制器之間任何潛在的對抗，兩個控制器的期望命令值都被設(shè)置為默認(rèn)值(例如，如 果命令模式是扭矩的話，默認(rèn)值為0)。對于此例子，界內(nèi)命令值和交叉?zhèn)让钪迪嗟鹊?相反，因此它們的值的和為零。因此，在此情況下，MVS的輸出被設(shè)置為界內(nèi)命令值。圖13為示出用于與圖11中示出的用于確定PWM值的過程一起確定扭矩的子過程 (D2)的流程圖。子過程首先確定命令模式是否為扭矩(D21)，并且如果是，則由第一轉(zhuǎn)換因子確定MVS輸出的比例以根據(jù)MVS輸出確定最大電機速度。然后，子過程利用電機的當(dāng)前 速度和第二轉(zhuǎn)換因子確定基于速度的扭矩(D22)?；谒俣鹊呐ぞ赜勺畲箅姍C速度限制。 然后，子過程根據(jù)MVS輸出和基于速度的扭矩之間的差確定速度誤差(D2!3)?？梢源_定此誤 差信號的比例并把此誤差信號送過低通濾波器，并且子過程可以確定結(jié)果期望扭矩(D24)。 子過程可以對照扭矩門限檢查結(jié)果期望扭矩(D25)以確認(rèn)其在門限內(nèi)。圖14為示出用于與圖11中示出的用于確定PWM值的過程一起確定加速度的子過 程(D!3)的流程圖。子過程可以根據(jù)由第三轉(zhuǎn)換因子確定比例的結(jié)果期望扭矩(來自子過 程擬)來確定電機的期望加速度(D31)和電機電流。然后，子過程根據(jù)期望加速度和估計 速度的比較確定加速度誤差(D32)。然后，子過程對加速度誤差值進行濾波(D33)。子過程 根據(jù)由第四轉(zhuǎn)換因子確定比例的濾波后加速度誤差確定加速度積分器(D34)。使用加速度 積分器來確定電機的期望速度。圖15為示出用于與圖11中示出的用于確定PWM值的過程一起確定P麗值的子 過程(D4)的流程圖。子過程根據(jù)期望電機電流和實際電機電流的比較確定電機電流誤差 (D41)。然后，子過程根據(jù)由第五轉(zhuǎn)換因子確定比例的電機電流誤差確定期望電壓(D42)。 然后，子過程根據(jù)由第六轉(zhuǎn)換因子確定比例的期望電壓確定將要應(yīng)用到電機上的PWM值 (D43)或工作循環(huán)。可以通過H橋和H橋驅(qū)動器把PWM值輸出給定子繞組。圖16為示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的中值選擇系統(tǒng)的示意框圖。為了實現(xiàn)更 加魯棒的系統(tǒng)，可以實現(xiàn)MVS系統(tǒng)來越過與輸入值有關(guān)的瞬態(tài)、差錯或延遲計算期望命令 值(MVS輸出)。由于每個通道的控制器通常來自于不同廠商，因此控制過程被設(shè)計來解決 每個控制器和它們各個通道間處理定時差別。另外，通常需要執(zhí)行故障檢查。故障檢查過 程比較每個通道的命令值來檢查它們是否在容限之外。如果是，則將設(shè)置軟件標(biāo)記。在若 干實施例中，如果在預(yù)先選擇的時間段內(nèi)出現(xiàn)了預(yù)先選擇數(shù)目的比較標(biāo)記，那么離合器被 探測到這個問題的通道強制脫離。在這樣的情況下，防止任何非命令的運動。圖16的MVS 系統(tǒng)幫助實現(xiàn)這些特征中的許多特征。MVS系統(tǒng)200包括至少三個輸入值默認(rèn)值201、界內(nèi)命令值202和交叉?zhèn)让钪?203。根據(jù)智能伺服的運行命令模式確定默認(rèn)值201。例如，如果命令模式為扭矩模式，那么 默認(rèn)值為0。界內(nèi)命令值202是為界內(nèi)控制器通過ARINC 4 總線發(fā)送給伺服的命令值并 被界內(nèi)控制器接收。交叉?zhèn)让钪?03是為交叉?zhèn)瓤刂破魍ㄟ^ARINC 4 總線發(fā)送給伺服 的命令值并被交叉通道控制器接收。交叉?zhèn)让钪狄匀》葱问酵ㄟ^SPI總線被發(fā)送給相對 通道上的控制器。此功能性每個控制器都有?，F(xiàn)在參見圖16，界內(nèi)命令值202和交叉?zhèn)让钪?03都通過低通濾波器204，從而 在一個時間段上平均它們的值。然后，把這些值加(209)到一起以找到這些值之間的不同。 這是可能的，因為交叉?zhèn)让钪?03在其被在SPI上發(fā)送前被取反。是在這點上，如果這些 值之間的不同在容限之外，那么可以設(shè)置(20 軟件標(biāo)記。中值選擇O07)的此輸出成為 兩個通道的期望命令值。交叉?zhèn)瓤刂破?08的命令值可以在SPI總線上被發(fā)送給其它控制
ο圖17為示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的以控制電機第一繞組的第一電路和控制 電機第二繞組的第二電路實現(xiàn)兩相無刷電機基本獨立控制的過程300的流程圖。在若干實 施例中，使用過程300來控制包括轉(zhuǎn)子、具有第一繞組和第二繞組的定子、用于通過向第一繞組提供第一電流來控制轉(zhuǎn)子的運動的第一控制電路和用于通過向第二繞組提供第二電 流來控制轉(zhuǎn)子的運動的第二控制電路的兩相無刷電機系統(tǒng)。 過程在第一電路處接收(301)第一命令值。在一個實施例中，第一電路對應(yīng)于通 道1控制電路。過程在第二電路處接收(30 第二命令值。在一個實施例中，第二電路對 應(yīng)于通道2控制電路。過程在第一電路處接收(30 第二命令值的取反形式。過程在第二 電路處接收(304)第一命令值的取反形式。過程在第一電路處根據(jù)第一預(yù)先選擇的標(biāo)準(zhǔn)從 由第一命令值、取反第二命令值和第一默認(rèn)值構(gòu)成的組中選擇(30 第一值。過程在第二 電路處根據(jù)第二預(yù)先選擇的標(biāo)準(zhǔn)從由取反第一命令值、第二命令值和第二默認(rèn)值構(gòu)成的組 中選擇(306)第二值。過程根據(jù)第一值產(chǎn)生(307)用于第一繞組的第一電流。過程根據(jù)第 二值產(chǎn)生(308)用于第二繞組的第二電流。 在某些實施例中，不是所有這里說明的過程中的動作都被執(zhí)行。在其它實施例中， 以與流程圖中示出的順序不同的順序進行動作。在某些實施例中，同時進行某些動作。在 某些實施例中，過程進行提供另外功能性的附加動作。本發(fā)明的實施例呈現(xiàn)了許多益處。例如，相對于3相電機設(shè)計，本兩相電機設(shè)計有 明顯的益處。兩相電機很適合雙通道控制，提供無槽結(jié)構(gòu)以消除嵌齒(cogging)，并且可向 3相無槽電機提供比較扭矩。兩相電機還比3相電機更容易地適應(yīng)雙控制，從而實現(xiàn)冗余和 故障被動的控制。盡管上面的說明包含了本發(fā)明的很多具體實施例，但是這些實施例不應(yīng)被解釋為 對本發(fā)明范圍的限制，只是作為本發(fā)明具體實施例的例子。因此，本發(fā)明的范圍不應(yīng)由示出 的實施例而應(yīng)由所附權(quán)利要求及它們的等同物決定。
權(quán)利要求
1.一種用于控制兩相無刷電機的故障被動型系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括 兩相無刷電機，包括定子； 轉(zhuǎn)子；被電磁地連接到該轉(zhuǎn)子的第一繞組；和 被電磁地連接到該轉(zhuǎn)子的第二繞組；被連接到該第一繞組的第一控制電路，該第一控制電路被配置成向該第一繞組提供第 一電流；被連接到該第二繞組的第二控制電路，該第二控制電路用于向該第二繞組提供第二電流；其中該第一控制電路被配置成從外部控制電路接收第一命令值； 其中該第二控制電路被配置成從該外部控制電路接收第二命令值； 其中該第一控制電路被配置成從該第二電路接收該第二命令值的取反形式； 其中該第二控制電路被配置成從該第一電路接收該第一命令值的取反形式；并且 其中該第一控制電路和該第二控制電路被配置成并行地控制該轉(zhuǎn)子的運動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)其中該第一控制電路被配置成補償該第二控制電路中的故障；并且 其中該第二控制電路被配置成補償該第一控制電路中的故障。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括 被配置成探測該轉(zhuǎn)子的位置的第一位置傳感器； 被配置成探測該轉(zhuǎn)子的位置的第二位置傳感器； 其中該第一位置傳感器被連接到該第一控制電路；并且 其中該第二位置傳感器被連接到該第二控制電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)其中該第一控制電路包括第一類型的數(shù)字信號處理器； 其中該第二控制電路包括第二類型的數(shù)字信號處理器；并且 其中該第一類型和該第二類型不同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng) 其中該第一繞組包括串聯(lián)的4個線圈； 其中該第二繞組包括串聯(lián)的4個線圈；其中該第一繞組的每個線圈以與該第一繞組的相鄰線圈的方向相反的方向被卷繞；并且其中該第二繞組的每個線圈以與該第二繞組的相鄰線圈的方向相反的方向被卷繞。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中該第一繞組和第二繞組的線圈中的第一線圈的磁 場方向與該第一繞組和第二繞組的線圈中的第二線圈的磁場方向正交，其中該第一線圈與 該第二線圈相鄰。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中該轉(zhuǎn)子為具有基本為正方形橫截面的4極轉(zhuǎn)子。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)其中該定子包括具有8個部分的環(huán)形橫截面；其中所述8個部分中的第一部分包括該第一繞組的線圈中的2個線圈的繞組，并且與 該第一部分相鄰的第二部分包括該第二繞組的線圈中的2個線圈的繞組。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中該定子的環(huán)形橫截面包圍該轉(zhuǎn)子的正方形橫截
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)其中該第一控制電路被配置為根據(jù)第一預(yù)先選擇的標(biāo)準(zhǔn)從由該第一命令值、取反第二 命令值和第一默認(rèn)值構(gòu)成的組中選擇第一值；其中該第一控制電路被配置為使用該第一值產(chǎn)生用于該第一繞組的第一電流； 其中該第二控制電路被配置為根據(jù)第二預(yù)先選擇的標(biāo)準(zhǔn)從由取反第一命令值、該第二 命令值和第二默認(rèn)值構(gòu)成的組中選擇第二值；并且其中該第二控制電路被配置為使用該第二值產(chǎn)生待被提供給該第二繞組的電流。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)其中該第一控制電路被配置為根據(jù)該第一值計算期望扭矩；其中該第一控制電路被配置為將根據(jù)該第一值的該期望扭矩與第一扭矩門限比較；其中該第二控制電路被配置為根據(jù)該第二值計算期望扭矩；并且其中該第二控制電路被配置為將根據(jù)該第二值的該期望扭矩與第二扭矩門限比較。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)其中該第一控制電路被配置為根據(jù)該第一值計算期望加速度；其中該第一控制電路被配置為將根據(jù)該第一值的該期望加速度與第一加速度門限比較；其中該第二控制電路被配置為根據(jù)該第二值計算期望加速度；并且其中該第二控制電路被配置為將根據(jù)該第二值的該期望加速度與第二加速度門限比較。
13.一種用于控制兩相無刷電機系統(tǒng)的方法，該兩相無刷電機系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)子、具有第一 繞組和第二繞組的定子、用于通過向該第一繞組提供第一電流來控制該轉(zhuǎn)子的運動的第一 控制電路和用于通過向該第二繞組提供第二電流來控制該轉(zhuǎn)子的運動的第二控制電路，該 方法包括在該第一電路處接收第一命令值； 在該第二電路處接收第二命令值； 在該第一電路處接收該第二命令值的取反形式； 在該第二電路處接收該第一命令值的取反形式；在該第一電路處根據(jù)第一預(yù)先選擇的標(biāo)準(zhǔn)從由該第一命令值、取反第二命令值和第一 默認(rèn)值構(gòu)成的組中選擇第一值；在該第二電路處根據(jù)第二預(yù)先選擇的標(biāo)準(zhǔn)從由取反第一命令值、該第二命令值和第二 默認(rèn)值構(gòu)成的組中選擇第二值；根據(jù)該第一值產(chǎn)生用于該第一繞組的第一電流； 根據(jù)該第二值產(chǎn)生用于該第二繞組的第二電流。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進一步包括 在該第一電路處補償該第二電路中的故障；以及在該第二電路處補償該第一電路中的故障。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進一步包括 在第一位置傳感器處探測該轉(zhuǎn)子的位置； 在第二位置傳感器處探測該轉(zhuǎn)子的位置；在該第一電路處接收來自該第一位置傳感器的位置信息；以及 在該第二電路處接收來自該第二位置傳感器的位置信息。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法其中該第一電路包括第一類型的數(shù)字信號處理器； 其中該第二電路包括第二類型的數(shù)字信號處理器；并且 其中該第一類型和該第二類型不同。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法 其中該第一繞組包括串聯(lián)的4個線圈； 其中該第二繞組包括串聯(lián)的4個線圈；其中該第一繞組的每個線圈以與該第一繞組的相鄰線圈的方向相反的方向被卷繞；并且其中該第二繞組的每個線圈以與該第二繞組的相鄰線圈的方向相反的方向被卷繞。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中該第一繞組和第二繞組的線圈中的第一線圈的 磁場方向與該第一繞組和第二繞組的線圈中的第二線圈的磁場方向正交，其中該第一線圈 與該第二線圈相鄰。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中該轉(zhuǎn)子為具有基本為正方形橫截面的4極轉(zhuǎn)子。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法其中該定子包括具有8個部分的環(huán)形橫截面；其中所述8個部分中的第一部分包括該第一繞組的線圈中的2個線圈的繞組，并且與 該第一部分相鄰的第二部分包括該第二繞組的線圈中的2個線圈的繞組。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中該定子的環(huán)形橫截面包圍該轉(zhuǎn)子的正方形橫截
22.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進一步包括 在該第一電路處根據(jù)該第一值計算期望扭矩；在該第一電路處將根據(jù)該第一值的該期望扭矩與第一扭矩門限比較；在該第二電路處根據(jù)該第二值計算期望扭矩；以及在該第二電路處將根據(jù)該第二值的該期望扭矩與第二扭矩門限比較。
23.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進一步包括 在該第一電路處根據(jù)該第一值計算期望加速度；在該第一電路處將根據(jù)該第一值的該期望加速度與第一加速度門限比較；在該第二電路處根據(jù)該第二值計算期望加速度；以及在該第二電路處將根據(jù)該第二值的該期望加速度與第二加速度門限比較。
全文摘要
本發(fā)明提供一種采用雙控制器和兩相無刷電機的故障被動型機電致動器。該系統(tǒng)包括兩相無刷電機，該兩相無刷電機包括定子、轉(zhuǎn)子、被電磁地連接到該轉(zhuǎn)子上的第一繞組和被電磁地連接到該轉(zhuǎn)子上的第二繞組；被連接到該第一繞組上的第一控制電路，該第一控制電路被配置成向該第一繞組提供第一電流；被連接到該第二繞組的第二控制電路，該第二控制電路用來向該第二繞組提供第二電流，其中，該第一控制電路和該第二控制電路被配置成并行地控制該轉(zhuǎn)子的運動。
文檔編號H02P1/04GK102132483SQ200980133406
公開日2011年7月20日 申請日期2009年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月31日
發(fā)明者加里·L·弗雷德里克, 埃里克·塞格, 杰瑞·D·希爾凱瑪, 理查德·A·羅斯 申請人:Bvr技術(shù)有限公司