[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

说明书

电动装甲车永磁容错轮毂电机用驱动控制器，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；控制器利用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，电机转子位置和转速的两种检测方法互为冗余备份的方式，提高电机位置/速度检测的可靠性；本发明具有良好的故障隔离能力和容错运行性能，系统转换效率高，可有效地满足电动装甲车辆轮毂驱动高可靠、大功率、高效率、体积小的性能要求。

技术领域

本发明属于高可靠永磁同步电动机驱动控制技术领域，具体涉及一种电动装甲车永磁容错轮毂电机用轻质高可靠的驱动控制器及控制方法。

背景技术

随着多电/全电技术的不断引领和推动，电力驱动系统被越来越多的应用于电动装甲车辆传动系统领域，取代传统基于离合器、变速器、减速器、传动轴等的机械传动系统，大大简化了装甲车辆底盘结构的复杂性，提高了车体空间的利用率、系统的能量利用率以及传动效率。因此，电力驱动系统成为现代电动装甲车辆传动系统的重要发展方向。

装甲车对电机系统的要求是大功率、高可靠性、高效率、小体积，所以为了提高可靠性，采用容错电机结构；装甲车辆对轮毂电机及其驱动控制器和控制方法提出了较高的要求；轮毂电机系统作为装甲车辆电力驱动系统的核心关键部件，其性能优劣直接影响整个电动装甲车辆的综合作战性能和可靠性。随着高磁能积永磁材料、大功率驱动技术、以及电机控制技术的发展，永磁容错电机系统具有可靠性高、容错能力强、功率密度高、效率高、振动和噪声小、转矩脉动小、控制简单等优势，这些优势适合应用于装甲车辆用轮毂驱动电机。

然而，永磁容错轮毂电机属于多相电机，其驱动控制不同于传统的三相电机，结构更加复杂，体积重量更大，难以满足电动装甲车对其体积的要求；同时，随着永磁容错轮毂电机相数增加，驱动控制器所需功率开关管的数量急剧增加，导致系统效率显著下降，严重影响装甲车辆的作战性能；此外，永磁容错轮毂电机位置和速度检测是实现永磁容错轮毂电机系统控制的前提。位置/速度传感器的可靠性会直接影响整个系统的可靠性。而传统的机械式位置/速度传感器体积重量大，难以通过冗余备份的方式以提高电机位置/速度检测的可靠性。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种电动装甲车永磁容错轮毂电机用轻质高可靠驱动控制器的控制方法，通过对驱动控制结构、关键部件尤其是控制方法的设计创新，使所设计的永磁容错轮毂电机驱动控制器具有良好的容错性能；通过无传感器控制方法和机械式传感器互为冗余备份的方式，提高电机位置/速度检测的可靠性；通过采用新型的宽禁带半导体器件SiC MOSFET，减小功率管的开关损耗，提高系统的效率。

本发明提供了一种电动装甲车永磁容错轮毂电机用驱动控制器，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，由切换开关模块切换到无传感器检测模式，利用无传感器控制模块实现电机的位置和速度检测。

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。