[发明专利]一种水下航行器用大功率双转无刷直流电机控制系统

说明书

本发明涉及一种水下航行器用大功率双转无刷直流电机控制系统，主控制器接收经过内外转子霍尔位置信号采集及处理电路处理的位置信号，经过内外转子转动角度计算后进行换相控制，输出6路驱动信号，再对6路驱动信号进行H_PWM_L_ON方式的PWM调制，输入到驱动电路中，驱动故障检测电路用于监测IGBT工作状态，RCD吸收电路可以保护IGBT，滤波去耦电路、电流检测及过流保护电路、母线电压检测电路可以实现电机运行中的实时保护。控制系统与水下航行器主控中心通过CAN和RS422通信，接收转速、启动、停机指令，发送电机转速、PWM占空比、电机电流等数据。本发明具有运行稳定、调速实时性好、响应速度快、可靠性高等优点，已经通过试验验证可以满足水下航行器实际使用要求。

技术领域

本发明属于水下航行器和无刷直流电机控制领域，涉及一种水下航行器用大功率双转无刷直流电机控制系统。

背景技术

自主水下航行器作为一种自主水下运载工具，具有大潜深、智能化和多用途等优点，在海洋资源开发、海底地貌探测、海洋科学探索、海洋工程建设以及维护国家海洋权益等诸多方面发挥着极其重要的作用。

大功率无刷直流电机具有运行效率高、调速性能好、可靠性高等优点，在航空、航天、航海等众多领域，均可使用大功率无刷直流电机作为推进执行机构。大功率双转无刷直流电机是基于作用力和反作用力原理设计的，在电磁转矩的推动下内外两个转子同时向相反方向旋转。这种双转无刷直流电机主要应用于水下双轴对转推进系统中，可以有效防止发生横滚现象，显著提高水下航行器的推进效率。

大功率双转无刷直流电机由于内外转子都在转动、额定电流较大、额定转速较高、额定转矩较大，系统运行更加复杂，增加了电机换相控制、转矩抑制和电流检测与过流保护的难度，同时也对整个电机控制系统稳定性、控制效果、响应速度和使用寿命提出了更高的要求。因此发明一种运行稳定、及时保护、转速调节效果好、精度高、响应快的大功率双转无刷直流电机控制系统显得极为重要。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种水下航行器用大功率双转无刷直流电机控制系统。

技术方案

一种水下航行器用大功率双转无刷直流电机控制系统，其特征在于包括电源转换电路、CAN通讯电路、RS485通讯电路、内转子霍尔位置信号采集电路、外转子霍尔位置信号采集电路、内转子霍尔位置信号处理电路、外转子霍尔位置信号处理电路、主控制器、驱动故障检测电路、驱动逆变装置、过流保护装置、限流保护装置和母线电压检测电路；电源转换电路将24V电源转换后，分别将+15V送至过流保护装置和限流保护装置，+3.3V和+5V送至主控制器，±15V送至驱动故障检测电路；内转子霍尔位置信号采集电路与双转无刷直流电机内转子霍尔盘连接，其输出连接内转子霍尔位置信号处理电路和主控制器，将内转子霍尔盘发出的内转子霍尔位置信号输入至主控制器；外转子霍尔位置信号采集电路与双转无刷直流电机外转子霍尔盘连接，其输出连接外转子霍尔位置信号处理电路和主控制器，将外转子霍尔盘发出的外转子霍尔位置信号输入至主控制器；CAN通讯电路和RS485通讯电路连接在主控制器与上位机之间，实现主控制器发送电机内外转子实时转速、PWM占空比和电机实时电流数据给上位机，同时接收由上位机发送的设定转速、启动和停机指令；主控制器的输出连接驱动逆变装置，驱动逆变装置连接双转无刷直流电机本体，主控制器输出的6路驱动信号通过驱动逆变装置控制双转无刷直流电机本体；驱动故障检测电路连接在驱动逆变装置与主控制器之间，监测IGBT工作状态；母线电压检测电路连接在双转无刷直流电机本体母线与主控制器之间，监测母线电压；过流保护装置和限流保护装置连接在双转无刷直流电机本体三相与主控制器之间，检测电机相电流并判断系统是否进行限流或停机处理，完成电机运行中的实时保护。