載人電動(dòng)飛機(jī)大功率高效永磁同步電機(jī)伺服控制器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于伺服控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種載人電動(dòng)飛機(jī)大功率高效永磁同步電機(jī)伺服控制器。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，載人電動(dòng)飛機(jī)可采用的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要包括有刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、無刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)及永磁同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。其中永磁同步電機(jī)(PMSM)系統(tǒng)具有最高的效率、高的功率密度和轉(zhuǎn)矩密度、較好的調(diào)速能力、較低的振動(dòng)噪聲等性能特點(diǎn)，具有電動(dòng)飛機(jī)驅(qū)動(dòng)的最優(yōu)綜合指標(biāo)。
[0003]目前，大功率PMSM控制器主要缺點(diǎn):成本高，技術(shù)封鎖(設(shè)備維護(hù)費(fèi)用高，技術(shù)支持難度大，周期長)，重量大(降低了飛機(jī)的有效載荷)，長時(shí)間工作可靠性低。
[0004]目前，與載人電動(dòng)飛機(jī)PMSM伺服控制器相近的產(chǎn)品主要是電動(dòng)汽車PMSM大功率控制器。由于該控制器用于電動(dòng)汽車，控制器的冷卻方式主要是水冷方式，并且重量大，額定工作效率低，長時(shí)間工作可靠性低。因此，不適用于載人電動(dòng)飛機(jī)永磁同步電機(jī)的控制系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種載人電動(dòng)飛機(jī)大功率高效永磁同步電機(jī)伺服控制器。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣的:該型PMSM伺服控制器包括電路控制單元和機(jī)械單元;
[0007]其中電路控制單元包括內(nèi)部單元和外部單元；其中內(nèi)部單元包括電容分配板B2、三相逆變器主電路、主控制板、電流傳感器模塊、溫度傳感器和直流母線電壓采樣單元；夕卜部單元包括Π接口、X2接口、X3接口、X4接口、X5接口和X6接口 ；
[0008]所述的三相逆變器主電路包括三組逆變器橋和驅(qū)動(dòng)板；
[0009]所述的電流傳感器模塊包括三組交流電流傳感器和一組直流電流傳感器；
[0010]所述的溫度傳感器包括散熱器溫度傳感器和控制器溫度傳感器；
[0011]所述的Xl接口負(fù)責(zé)工作電源、緩沖上電控制和風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)；
[0012]所述的X2接口負(fù)責(zé)開關(guān)信號(hào)輸入輸出和模擬信號(hào)輸入；
[0013]所述的X3接口負(fù)責(zé)兩路CAN總線和一路RS232總線；
[0014]所述的X4接口負(fù)責(zé)電機(jī)傳感器、一路光電編碼器、一路霍爾傳感器、三組電機(jī)內(nèi)部繞組溫度模擬信號(hào)；
[0015]所述的X5接口負(fù)責(zé)直流母線；
[0016]所述的X6接口負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)輸出；
[0017]內(nèi)部單元連接為:直流母線接口 X5采用母線正負(fù)極銅排經(jīng)過電流傳感器IS4連接電容分配板B2，電容分配板B2采用正負(fù)軟銅排連接三相逆變器主電路，三相逆變器主電路再采用三相軟銅排經(jīng)過三相電流傳感器后連接驅(qū)動(dòng)輸出接口 X6，從而構(gòu)成驅(qū)動(dòng)主回路。母線電流傳感器IS4、母線電壓、三相輸出電流傳感器IS1、IS2、IS3、散熱器溫度傳感器T4、控制器溫度傳感器T5、驅(qū)動(dòng)板輸出溫度信號(hào)和控制信號(hào)通過信號(hào)調(diào)理電路采用端子連接主控制板BI。主控制板BI同時(shí)經(jīng)過隔離保護(hù)及信號(hào)調(diào)理電路采用端子分別連接X1、X2、X3、X4外部連接端子。
[0018]外部單元連接為:外部直流母線X5接口采用屏蔽電纜連接直流母線主回路緩沖供電單元，外部驅(qū)動(dòng)輸出接口 X6采用屏蔽電纜連接PMSM電機(jī)，Xl接口采用屏蔽電纜分別連接外部工作電源24V、散熱風(fēng)扇、緩沖上電單元繼電器和主斷路器，X2接口分別連接外部1設(shè)備和模擬調(diào)速設(shè)備，X3接口采用屏蔽電纜分別連接調(diào)試上位機(jī)、用戶上位機(jī)及數(shù)顯儀表，X4接口采用屏蔽電纜分別連接電機(jī)上安裝的光電編碼器、霍爾傳感器及溫度傳感器。
[0019]機(jī)械單元包括殼體組件、控制板支架和散熱器組件；殼體組件包括殼體KT和殼體蓋KTG ;散熱器組件包括散熱器SRQ、散熱器護(hù)蓋SRG和散熱風(fēng)扇。殼體蓋安裝在殼體頂端，散熱器安裝在殼體下端，散熱器護(hù)蓋安裝在散熱器兩端及底部，散熱風(fēng)扇安裝在散熱器的一側(cè)，控制板支架安裝在殼體內(nèi)，散熱器上端。
[0020]所述的主控制板安裝在控制板支架上；
[0021]所述的殼體組件、控制板支架和散熱器組件均采用輕質(zhì)鋁材制成。
[0022]—種載人電動(dòng)飛機(jī)大功率高效永磁同步電機(jī)伺服控制器，控制過程包括如下步驟:
[0023](I)通過三相電流傳感器IS1、IS2、IS3讀取電機(jī)三相電流iA、iB、ic;
[0024](2)將三相電流iA、iB、進(jìn)行Clark變換為i sa和i s{!(從三相靜止坐標(biāo)系變換到兩相靜止坐標(biāo)系)；
[0025](3)通過位置轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速η和轉(zhuǎn)角Θ e；
[0026](4)將isa和i sP與轉(zhuǎn)子位置Θ e結(jié)合進(jìn)行Park變換為i sjP i sd(從兩相靜止坐標(biāo)系變換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系)；
[0027](5)轉(zhuǎn)子速度/位置反饋模塊將測(cè)量的轉(zhuǎn)子角速度η與參考轉(zhuǎn)速n?f做減法運(yùn)算，得到Λ η ;
[0028](6) Δ η通過速度調(diào)節(jié)器計(jì)算得到交軸參考電流isqraf;
[0029](7)交、直軸參考電流isqraf、isdra#實(shí)際反饋的交、直軸電流i sq、isd做減法運(yùn)算，得到交、直軸偏差電流Λ isq和Λ i sd；
[0030](8)取直軸參考電流isdra$ O ;
[0031](9)將交、直軸偏差電流Λ isq和Λ i sd通過q軸和d軸調(diào)節(jié)器計(jì)算，得到q軸和d軸電壓控制量Vsq和Vsd;
[0032](10) q軸和d軸電壓控制量Vsq和V ^與檢測(cè)到的轉(zhuǎn)子角位置Θ e相結(jié)合進(jìn)行Park逆變換，得到兩相靜止坐標(biāo)系的電壓控制量Vsa和V sP;
[0033](11)電壓控制量Vsa和V s{!經(jīng)過SVPffM模塊調(diào)制為六路開關(guān)信號(hào)，從而控制三相逆變器的開通與關(guān)斷；
[0034](12)當(dāng)η變化時(shí)，η與nraf做減法運(yùn)算，得到偏差轉(zhuǎn)速Λ η, Δ η經(jīng)速度調(diào)節(jié)器計(jì)算得到isqraf，isqra#P實(shí)際交軸電流i sq做減法運(yùn)算得到偏差電流Λ i sq，用來調(diào)節(jié)實(shí)際交軸電流;
[0035](13)若直軸電流isd不為0，因?yàn)橹陛S電流給定值為0，i sd與直軸電流給定值O做減法運(yùn)算得到直軸偏差電流Δ isd；
[0036](14)以上兩個(gè)偏差電流Λ isq和Λ i sd經(jīng)過q軸和d軸調(diào)節(jié)器計(jì)算及Park逆變換后為SVPffM調(diào)制算法提供兩相控制電壓Vsa和V s{!，從而進(jìn)一步調(diào)節(jié)電壓空間矢量，并通過逆變器來調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速；
[0037](15)重復(fù)上述過程，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)速和電流的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。
[0038]本發(fā)明的有益效果:
[0039]該型PMSM伺服控制器實(shí)現(xiàn)了高可靠性(額定工況下整機(jī)2個(gè)小時(shí)可靠運(yùn)行)、輕質(zhì)(控制器重量控制在1kg以內(nèi))、高效(整體效率不低于97% )、大功率輸出(額度50KW)、低成本的技術(shù)成果，填補(bǔ)了電動(dòng)飛機(jī)大功率高效永磁同步電動(dòng)機(jī)(PMSM)控制器設(shè)計(jì)的技術(shù)空白，達(dá)到先進(jìn)水平。該型PMSM伺服控制器提高了電動(dòng)飛機(jī)的工作穩(wěn)定性、有效載荷和續(xù)航能力，并且降低了成本，更利于整機(jī)系統(tǒng)的升級(jí)和裝配方便，為該型控制器的生產(chǎn)和維護(hù)提供了技術(shù)支撐，其實(shí)際意義和效益十分明顯。
【附圖說明】
:
[0040]圖1是PMSM電機(jī)伺服控制器功能框圖；
[0041]圖2是PMSM電機(jī)伺服控制器器件裝配正視圖；
[0042]圖3是PMSM電機(jī)伺服控制器器件裝配俯視圖；
[0043]圖4是PMSM電機(jī)伺服控制器器件去頂蓋內(nèi)部裝配俯視圖；
[0044]圖5是三相PMSM矢量變換控制系統(tǒng)框圖；
[0045]圖中:1殼體、2IGBT模塊、3連接器、4電容分配板、5驅(qū)動(dòng)板、6散熱風(fēng)扇、7交流電流傳感器、8母線正極銅排、9三相軟銅排1、10三相軟銅排2、11負(fù)軟銅排1、12正軟銅排2、13直流電流傳感器、14散熱器、15散熱器護(hù)蓋、16溫度傳感器、17主控制板、18鋁螺柱、19殼體蓋、20航插1、21航插2、22航插3、23航插4、24控制板支架、25母線負(fù)極銅排。
【具體實(shí)施方式】
[0046]下面結(jié)合附圖和實(shí)施對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。
[0047]如圖1、2、3和4所示，該型PMSM伺服控制器包括電路控制單元和機(jī)械單元；
[0048]其中電路控制單元包括內(nèi)部單元和外部單元；其中內(nèi)部單元包括電容分配板B2 ;三相逆變器主電路(三組逆變器橋，每組橋包括=IGBT模塊Ml、M2、M3和驅(qū)動(dòng)板QDl、QD2、QD3構(gòu)成，其中IGBT模塊采用FF600R07ME4，驅(qū)動(dòng)板采用2SP0115T);主控制板BI (DSP28335作為主控單元，實(shí)現(xiàn)模擬和數(shù)字信息采集、空間矢量控制算法、控制邏輯、輸出等功能，安裝在控制板支架TJl上)；電流傳感器(三組交流電流傳感器HAH1DR400-S:1S1、IS2、IS3和一組直流電流傳感器HAH1DR200-S:1S4)和溫度傳感器(散熱器溫度傳感器:T4和控制器溫度傳感器:Τ5);直流母線電壓采樣單元。
[0049]外部單元包括:X1接口(工作電源、緩沖上電控制、風(fēng)扇驅(qū)動(dòng):FAN1、FAN2和FAN3) ;X2接口(開關(guān)信號(hào)輸入輸出和模擬信號(hào)輸入)；X3接口(兩路CAN總線和一路RS232總線)；X4接口(電機(jī)傳感器接口，一路光電編碼器A、B、Z，一路霍爾傳感器U、V、W，三組電機(jī)內(nèi)部繞組溫度模擬信號(hào):T1、T2、T3) ;Χ5接口(直流母線300-420V:X5-BUS+和X5-BUS-)；X6 接口 (驅(qū)動(dòng)輸出:X6-U、X6-V 和 X6-W)。
[0050]內(nèi)部單元連接關(guān)系如下:直流母線接口 X5采用母線正負(fù)極銅排經(jīng)過電流傳感器IS4連接電容分配板B2，電容分配板B2采用正負(fù)軟銅排連接三相逆變器主電路，三相逆變器主電路再采用三相軟銅排經(jīng)過三相電流傳感器后連接驅(qū)動(dòng)輸出接口 X6，從而構(gòu)成驅(qū)動(dòng)主回路。母線電流傳感器134、母線電壓、三相輸出電流傳感器151、152、153、散熱器溫度傳感器T4、控制器溫度傳感器T5、驅(qū)動(dòng)板輸出溫度信號(hào)和控制信號(hào)通過信號(hào)調(diào)理電路采用端子連接主控制板BI。主控制板BI同時(shí)經(jīng)過隔離保護(hù)及信號(hào)調(diào)理電路采用端子分別連接X1、X2、X3、X4外部連接端子。
[0051]外部單元連接關(guān)系如下:外部直流母線X5接口采用屏蔽電纜連接直流母線主回路緩沖供電單元(300-420V直流母線電源)，外部驅(qū)動(dòng)輸出接口 X6采用屏蔽電纜連接PMSM電機(jī)，Xl接口采用屏蔽電纜分別連接外部工作電源24V、散熱風(fēng)扇、緩沖上電單元繼電器和主斷路器，X2接口分別連接外部1設(shè)備和模擬調(diào)速設(shè)備，X3接口采用屏蔽電纜分別連接調(diào)試上位機(jī)、用戶上位機(jī)及數(shù)顯儀表，X4接口采用屏蔽電纜分別連接電機(jī)上安裝的光電編碼器、霍爾傳感器及溫度傳感器。
[0052]機(jī)械單元包括殼體組件、控制板支架24和散熱器組件；殼體組件包括殼體IKT和殼體蓋19KTG ;散熱器組件包括散熱器14SRQ、散熱器護(hù)蓋15SRG和散熱風(fēng)扇6。殼體蓋19安裝在殼體I頂端，散熱器14安裝在殼體I下端，散熱器護(hù)蓋15安裝在散熱器14兩端及底部，散熱風(fēng)扇6安裝在散熱器14的一側(cè)，控制板支架24安裝在殼體I內(nèi)，散熱器14上端。