[发明专利]一种机载电力作动器永磁容错电机用驱动控制器及控制方法

权利要求书

1.一种机载电力作动器永磁容错电机用驱动控制器所采用的控制方法，所述驱动控制器以每相绕组为控制单元，采用H桥逆变器驱动方式，DSP和FPGA作为核心处理器架构；所述驱动控制器包括FPGA系统，DSP系统，信号检测电路，隔离驱动电路和容错功率驱动电路；所述DSP系统包括速度环控制器，容错控制器以及无传感器控制模块；所述DSP系统用于承担永磁容错电机控制系统容错控制器，速度环控制器，以及基于角度自动补偿的高精度无传感器控制算法的计算；

所述的FPGA系统包括电流采样控制模块，电流环和PWM生成模块，数据传输模块，故障诊断模块；所述FPGA系统用于控制电流采样控制模块，实现和DSP之间的并行通讯，进行系统故障诊断以及输出PWM控制信号；

所述的隔离驱动电路包括栅极隔离驱动芯片及其外围电路，一是实现功率MOSFET栅极控制信号与DSP产生的PWM信号之间的隔离；二是对DSP产生的PWM信号进行功率放大，驱动控制功率MOSFET的导通和关断；

所述的容错功率驱动电路采用半导体器件MOSFET IXTP90N075T2的H桥型功率驱动电路，每个H桥型功率驱动电路单独供电永磁容错电机的一相绕组；

所述的信号检测电路包括电流传感器，信号调理电路，以及A/D转换电路；电流传感器检测永磁容错电机每相绕组电流，并将其转化为相应电压信号输出，经过信号调理电路低通滤波处理，电平信号转换后，输入A/D转换电路，进行模拟信号向数字信号的转换，最终送入FPGA系统；

DSP系统利用FPGA送给DSP的电机系统非故障两相绕组的反馈信号，完成电机高精度无传感器控制算法的计算，实时估计中高速段永磁容错电机系统在故障和非故障时的电机转子位置和速度；根据上位机的控制指令信号以及所估计的电机转子位置和速度，完成永磁容错电机系统速度环控制器的计算，得到电机电磁转矩的指令给定值；根据电机电磁转矩的指令给定值以及电机系统所处的故障状态，完成永磁容错电机系统的容错控制器计算，得到电机非故障绕组电流的指令给定值，并将其送入FPGA系统中；

该永磁容错电机系统中高速段的高精度无传感器控制算法如下：

步骤1：建立永磁容错电机的鲁棒观测器模型；

由永磁容错电机的数学模型，非故障相绕组的电压方程可写为：

式中u_A、u_B分别表示施加在电机非故障相绕组A和B端部的电压，i_A、i_B分别表示相绕组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表示实际电机转子位置，Δθ表示B相绕组电角度和A相绕组电角度的差值，L_s、R_s分别表示电机的相绕组电感和电阻；

由式(1)，永磁容错电机的鲁棒观测器模型可表示为：

式中和表示非故障A和B相绕组的反电动势估计值，和表示非故障A和B相绕组的电流估计值；

步骤2：由永磁容错电机的鲁棒观测器模型(2)，求解非故障A和B相绕组的电流估计值和

步骤3：通过霍尔电流传感器测得永磁容错电机非故障相绕组A和B的实际电流值，由非故障相绕组A和B的电流估计值和实际电流值，求解永磁容错电机的鲁棒控制率，分别得到非故障相绕组A和B的反电动势估计值

根据式(1)和(2)，永磁容错电机的非故障相绕组A和B的反电动势估计值可表示为：

式中和表示非故障相绕组A和B中电流的估计误差，ρ₀＞max(|e_A|，|e_B|)，ε_A、ε_B设计为大于零的正数，其值的选取根据实际工程需要而定；

步骤4：根据电机给定转速设计级联低通滤波器的截止频率；

级联低通滤波器的传递函数可表示为：

其截止频率设计为：

式中n为电机给定转速，p为电机极对数；

步骤5：非故障相绕组A和B的反电动势估计值和经过级联低通滤波器滤波之后，输入非正交锁相环计算电机转速估计值和转子位置的初始估计值将反电动势观测器所观测到的非故障两相绕组反电动势估计值和输入级联低通滤波器，滤波之后得到和由于相绕组A和B相互非正交，和中含有永磁容错电机转速及转子位置信息，电机转子位置的误差信号τ作为锁相环的鉴相器部分，构成非正交锁相环，其表达式如(6)所示；通过非正交锁相环得到永磁容错电机的电机转速估计值和转子位置的初始估计值

步骤6：根据电机转速估计值求得由级联低通滤波器引起的转子位置估计误差Δθ，对电机转子位置的初始估计值进行补偿得到电机转子位置的准确估计值通过频率特性法求得级联低通滤波器引起的转子位置估计误差Δθ如(7)所示，

对电机转子位置的初始估计值进行补偿得到