容錯機電作動系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及飛行控制領(lǐng)域，具體而言，涉及一種容錯機電作動系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]作動系統(tǒng)是飛行控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵執(zhí)行機構(gòu)，為提高整個飛行控制系統(tǒng)的安全性和可靠性，降低系統(tǒng)重量和體積，目前飛行控制系統(tǒng)正朝著多電或者全電方向發(fā)展，是當(dāng)今國內(nèi)外研宄的熱點和趨勢，尤其機電作動器(EMA)是重要發(fā)展方向。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，為了提高機電作動系統(tǒng)的可靠性，通常采用雙繞組電機或者雙電機結(jié)構(gòu)。采用雙繞組電機時雖然能夠提高了電機系統(tǒng)的可靠性，但是當(dāng)驅(qū)動器或者單個繞組發(fā)生故障時，并將故障繞組的輸出關(guān)閉后，會使得電機轉(zhuǎn)子所受徑向力不平衡，為了彌補功率損失，通常將非故障相繞組的輸出功率加倍，導(dǎo)致電機轉(zhuǎn)子所受徑向力不平衡現(xiàn)象更加嚴(yán)重，長時間工作會造成轉(zhuǎn)子軸承磨損，進而影響后續(xù)減速機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)的壽命和可靠性。采用雙電機結(jié)構(gòu)時，相對雙繞組結(jié)構(gòu)，使得機電作動系統(tǒng)的體積和重量增大，而且需要增加力合成或者速度合成機構(gòu)將兩個電機的輸出進行綜合，使得機電作動系統(tǒng)的體積和重量進一步增加，使得機電作動系統(tǒng)的功率密度降低，當(dāng)發(fā)生故障后，機電作動系統(tǒng)的功率密度進一步降低；單個電機系統(tǒng)發(fā)生故障后，故障通道可能不僅不會起到好的作用，甚至?xí)绊懻麄€機電作動系統(tǒng)的正常運行和可靠性。不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，雙電機結(jié)構(gòu)還存在著控制復(fù)雜、電流不均衡、效率低等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在提供一種提高可靠性和功率密度的容錯機電作動系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明提供了一種容錯機電作動系統(tǒng)，包括容錯式控制器、容錯式驅(qū)動器和容錯式機電作動器，其中，容錯式機電作動器包括容錯電機，容錯式控制器接收控制指令和容錯機電作動系統(tǒng)的反饋信息，并生成功率驅(qū)動指令，容錯式驅(qū)動器根據(jù)功率驅(qū)動指令驅(qū)動容錯電機。
[0006]進一步地，容錯電機為永磁容錯電機，包括N相繞組，相鄰兩相繞組通過容錯齒相互隔離，其中，N彡3。
[0007]進一步地，容錯式驅(qū)動器包括邏輯控制單元和H橋驅(qū)動拓撲，邏輯控制單元具有與容錯式控制器連接的輸入端，以及控制H橋驅(qū)動拓撲的輸出端出橋驅(qū)動拓撲與永磁容錯電機的繞組的相數(shù)相等，并對應(yīng)連接。
[0008]進一步地，容錯式驅(qū)動器還包括驅(qū)動控制隔離芯片組，驅(qū)動控制隔離芯片組的輸出端與H橋驅(qū)動拓撲的控制端連接。
[0009]進一步地，容錯式驅(qū)動器還包括過流與過熱保護電路，過流與過熱保護電路的輸出端與邏輯控制單元的過流與過熱保護信號輸入端對應(yīng)連接。
[0010]進一步地，容錯式機電作動器包括減速機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)，執(zhí)行機構(gòu)與容錯電機通過減速機構(gòu)驅(qū)動連接，執(zhí)行機構(gòu)用于舵面或者發(fā)動機噴管擺動。
[0011]進一步地，容錯機電作動系統(tǒng)還包括測量舵面或者發(fā)動機噴管位置的第一位置傳感器。
[0012]進一步地，容錯機電作動系統(tǒng)還包括測量容錯電機的電機轉(zhuǎn)子的位置的第二位置傳感器。
[0013]進一步地，容錯機電作動系統(tǒng)還包括鎖定容錯電機的電機轉(zhuǎn)子的制動器。
[0014]進一步地，容錯式控制器包括第一控制單元和第二控制單元，第一控制單元和第二控制單元互為備份，并且相互核對接收的控制指令和發(fā)出的電機驅(qū)動控制指令。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的容錯機電作動系統(tǒng)，通過采用容錯電機，容錯電機的各相繞組獨立工作并相互構(gòu)成備份，相比相應(yīng)雙繞組電機能夠有效地彌補轉(zhuǎn)子受力不平衡問題，相對雙電機結(jié)構(gòu)，能夠有效地降低重量和體積，從而有效地提高功率密度和可靠性。
【附圖說明】
[0016]構(gòu)成本申請的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0017]圖1是根據(jù)本發(fā)明的容錯機電作動系統(tǒng)的架構(gòu)圖；
[0018]圖2是根據(jù)本發(fā)明的容錯式驅(qū)動器的架構(gòu)圖；
[0019]圖3是根據(jù)本發(fā)明的四相模塊化永磁容錯電機結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0020]下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細說明本發(fā)明。
[0021]如圖1所示，以運載火箭的舵面控制來說明本發(fā)明提出的容錯機電作動系統(tǒng)。在本發(fā)明中，容錯機電作動系統(tǒng)包括容錯式控制器10、容錯式驅(qū)動器20和容錯式機電作動器，其中，容錯式機電作動器包括容錯電機30，容錯式控制器10接收控制指令和容錯機電作動系統(tǒng)的反饋信息，并生成功率驅(qū)動指令，容錯式驅(qū)動器20根據(jù)功率驅(qū)動指令驅(qū)動容錯電機30。本發(fā)明通過采用容錯電機30，容錯電機30的各相繞組31獨立工作并相互構(gòu)成備份，相比相應(yīng)雙繞組31電機能夠有效地彌補轉(zhuǎn)子受力不平衡問題，相對雙電機結(jié)構(gòu)，能夠有效地降低重量和體積，從而有效地提高功率密度和可靠性。
[0022]具體地，容錯電機30為永磁容錯電機，包括N相繞組31，N相模塊化永磁容錯電機的繞組31采用集中式模塊化結(jié)構(gòu)，一般N多3，以如圖3所示的四相模塊化永磁容錯電機為例，包括轉(zhuǎn)子和定子，轉(zhuǎn)子包括設(shè)置在電機軸35上的永磁體34和套筒33，定子包括4相繞組31，每相繞組31設(shè)有兩個輸入端，并且各個繞組31之間由容錯齒32 (無繞組齒)隔離開，起到了物理、電氣、磁路、熱量上的幾乎完全隔離，通過磁路設(shè)計，使得發(fā)生繞組31短路故障時，能夠?qū)⒍搪冯娏饕种圃陬~定電流范圍附近，由于相鄰的兩相之間由容錯齒32相互隔開，使得短路相的熱量和磁鏈不會影響到其他相的正常工作#相模塊化永磁容錯電機正常工作時，各相同時工作，相當(dāng)于N個單相電機同時工作，構(gòu)成N模冗余結(jié)構(gòu)，各相之間互為備份關(guān)系，當(dāng)發(fā)生繞組31開路和短路故障時，各相繞組31電流可以采用矢量控制和容錯控制策略，使得容錯后的電機輸出轉(zhuǎn)矩與正常值相差無幾，從而實現(xiàn)故障容錯功能；
[0023]更進一步地，容錯式控制器10主要功能包括:接收上級控制系統(tǒng)(例如運載火箭中央控制系統(tǒng))發(fā)送的控制指令、解調(diào)電機轉(zhuǎn)子位置與舵面?zhèn)鞲衅魑恢?、采集各相電流與溫度、閉環(huán)控制、故障診斷、故障識別、故障隔離以及故障容錯等；容錯式控制器10根據(jù)控制指令和當(dāng)前舵面位置進行閉環(huán)控制，實時調(diào)整輸出給后續(xù)容錯式驅(qū)動器20的PWM ;容錯式控制器10根據(jù)采集的電流與溫度、電機轉(zhuǎn)子和舵面位置等信息，診斷和識別出故障，對后續(xù)容錯式驅(qū)動器20進行故障隔離和故障容錯，使得電機輸出性能保持不變。
[0024]優(yōu)選地，容錯式控制器10包括第一控制單元和第二控制單元，第一控制單元和第二控制單元對接收的控制指令進行核對，能夠消除干擾引起的錯誤指令，同時第一控制單元和第二控制單元對輸出的電機驅(qū)動控制指令相互驗證，防止輸出錯誤的電機控制指令。即第一控制單元和第二控制單元相互監(jiān)控，當(dāng)一個控制單元發(fā)生故障后，正常的另一個控制單元能夠?qū)⒐收峡刂茊卧妮敵鲞M行封鎖，實現(xiàn)雙核之間相互監(jiān)控相互備份的功能。兩個控制單元可以為兩個獨立的控制器，也可以是一個控制器中相互獨立的兩個控制核心，例如雙核控制器。
[0025]結(jié)合圖2所示，容錯式驅(qū)動器20見主要包括邏輯控制單元21、驅(qū)動控制隔離芯片組23、N個H橋驅(qū)動拓撲22、過流與過熱