[发明专利]电动装甲车永磁容错轮毂电机用驱动控制器及控制方法

权利要求书

1.一种根据电动装甲车永磁容错轮毂电机用驱动控制器实现的冗余备份控制方法，所述驱动控制器采用DSP和FPGA控制架构、每相绕组H桥独立供电的驱动控制方式：所述驱动控制器包括DSP系统、FPGA系统、隔离驱动电路、容错功率驱动器以及信号调理电路；所述的DSP系统包括速度环控制器、容错控制器、无传感器控制模块和切换开关模块；所述DSP系统用于承担永磁容错轮毂电机系统速度环控制器和容错控制器计算、以及基于非故障两相绕组的无传感器控制算法的计算；正常情况下利用机械式传感器实现电机的位置和速度检测；所述的机械式传感器包括霍尔电流传感器和旋转变压器；当机械式传感器出现故障时，由所述DSP系统中的切换开关模块切换到无传感器检测模式，利用所述DSP系统中的无传感器控制模块实现电机的位置和速度检测；其特征在于：

所述的FPGA系统包括电流环控制器、PWM生成模块、故障诊断模块、A/D采样控制模块和旋变控制模块；所述FPGA系统用于承担对A/D采样控制模块和RDC轴角变换器的控制、系统故障诊断、电机电流环控制器的计算、以及PWM信号的生成；

所述的隔离驱动电路包括隔离的DC-DC开关电源、光耦隔离变换器和功率放大器，其用于实现电机数字控制器PWM控制弱电信号与容错功率驱动器强电信号之间的电气隔离，以及对电机数字控制器PWM控制弱电信号进行功率放大；

所述的容错功率驱动器包括采用宽禁带半导体器件SiC MOSFET的H桥型功率驱动电路，每个所述H桥型功率驱动电路为永磁容错轮毂电机的一相绕组供电；

所述的信号调理电路包括霍尔电流传感器、A/D模数转换器、旋转变压器、RDC轴角变换器以及相关的运算放大电路；其中，霍尔电流传感器用于检测永磁容错轮毂电机每相绕组的电流，将每相绕组的电流转换成相应的电压信号输出，经过运算放大电路的滤波、电平变换后送给A/D模数转换器；A/D模数转换器将霍尔电流传感器输出的电压信号转换成相应的数字信号，并送入FPGA系统中的A/D采集控制模块；旋转变压器用于检测电机转子的位置和转速，输出两相正交的正余弦电压信号给RDC轴角变换器；RDC轴角变换器对两相正交的正余弦电压信号进行解调，将电机转子的位置和转速转换成相应的数字信号，并送入FPGA系统的旋变控制模块；

DSP系统根据上位机的控制指令信号以及FPGA送给DSP的电机位置和速度反馈信号，完成驱动轮毂电机系统速度环控制器的计算，求解电机的电磁转矩指令给定值；根据电机系统的故障模式和电机的电磁转矩指令给定值，完成容错轮毂电机系统的容错控制器计算，求解电机非故障相绕组的电流指令，并将电机每相绕组电流指令送入FPGA系统；利用A/D采样控制模块得到的电机系统非故障两相绕组的电流反馈值，完成电机无传感器控制算法的计算，实时估计永磁容错轮毂电机系统非故障情况和故障情况时中高速段电机转子的位置和速度；

该控制方法包括：该驱动控制器利用所述霍尔电流传感器采集电机的相绕组电流信号，旋转变压器采集电机转子的位置和转速信号，同时根据电机的非故障两相绕组电流信号，利用无传感器控制方法估计电机转子的位置和转速信号，两种电机转子位置和速度检测方法互为冗余备份的方式，以提高电机位置/速度检测的可靠性；

该永磁容错轮毂电机系统中高速段的无传感器控制算法如下：

步骤1：建立永磁容错轮毂电机的鲁棒观测器模型；

根据永磁容错轮毂电机的数学模型可知，非故障相绕组的电压方程为

式中R和L表示轮毂电机的相绕组电阻和电感，i_A和i_B表示非故障相绕组A和B中的电流，e_A＝e_msinθ和e_B＝e_msin(θ+Δθ)表示相绕组A和B的反电动势，e_m表示电机的峰值反电动势，θ表示电机转子实际位置，Δθ表示B相绕组和A相绕组的电角度差，u_A和u_B表示施加在电机两相绕组端部的电压；

根据式(1)，建立永磁容错轮毂电机的鲁棒观测器模型为：

式中和表示非故障A和B相绕组的估计电流值，和表示A和B相绕组的估计反电动势值；

步骤2：根据永磁容错轮毂电机的鲁棒观测器模型式(2)，求解非故障A和B相绕组的估计电流值和

步骤3：利用霍尔电流传感器采集永磁容错轮毂电机非故障A和B相绕组的实际电流值i_A和i_B；

步骤4：根据非故障A和B相绕组的估计电流值和实际电流值，求解电机的鲁棒控制率，得到非故障A和B相绕组的估计反电动势值和

根据式(1)和(2)，得到永磁容错轮毂电机的鲁棒控制率为：

式中表示非故障A相绕组电流值的估计误差，表示非故障B相绕组电流值的估计误差，ρ₀表示观测系统不确定性参数总和的上界，ε为鲁棒控制率的设计参数，其值根据实际工程需要进行选取；

步骤5：对非故障A和B相绕组的估计反电动势值和进行低通滤波之后，通过非正交锁相环计算电机的转子位置估计值和转速估计值

对根据电机相绕组反电动势观测器估计得到的非故障两相绕组反电动势和进行低通滤波得到和由于和中含有永磁容错轮毂电机的转子位置和转速信号，且A和B相绕组是非正交的相绕组，将电机转子的位置误差信号δ：

作为锁相环中的鉴相器环节，形成非正交锁相环；利用非正交锁相环得到永磁容错轮毂电机的转子位置估计值和转速估计值