[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

说明书

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，包括FPGA系统，DSP系统，信号检测电路，隔离驱动电路以及容错功率驱动电路；控制器通过霍尔电流传感器采集电机各相相绕组电流信号，然后利用非故障两相绕组的电流信号，通过高精度无传感器控制方法估计出电机转速及转子位置信号，提高了电机速度/位置检测的精度及可靠性；提高了永磁容错电机驱动控制器在电机系统发生故障时的故障隔离能力和控制性能，可靠性强，系统效率高，体积小，可有效满足机载电力作动器的性能要求。

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，具体涉及一种机载电力作动器永磁容错电机用高可靠的驱动控制器及控制方法。

背景技术

随着电力电子技术，材料科学，微电子技术及现代控制理论的快速发展，多电/全电化飞机取得了重大的技术突破。它减少或完全取消了集中式液压油源和遍布机身的液压管路，大大简化了飞机次级能源系统结构，解决了传统机载液压系统效率低，成本高，维护困难，伺服阀易受油液污染，以及液压管路导致的泄露、振动等问题，增强了飞机的可靠性，降低了维修、维护成本，更提高了能源利用率。因此，多电/全电飞机已成为未来飞机的重要发展方向。

机载电力作动器作为多电/全电飞机的关键设备之一，被广泛地应用于飞机的发动机控制系统，电动燃油泵系统，舵面控制系统，起落架及电动刹车系统等，其性能直接决定整个飞机的安全性及飞行品质。高可靠永磁容错电机系统以其高可靠性，高效率，高功率密度等优点成为机载电力作动器电机系统的首要选择。

永磁容错电机控制系统所必需的电机转子位置和速度通常由位置/速度传感器测得。然而，位置/速度传感器的使用增加了控制系统的成本，增大了控制系统的体积重量，此外，其在一些特定情况下可靠性不高，这直接影响了整个系统的稳定性，进而降低了飞机的安全性能。现在，有许多无传感器控制方法用来取代传统机械式位置/速度传感器，但它们都包含了低通滤波器。低通滤波器的使用会造成所观测出来的转子位置信息存在随电机转速变化而变化的误差，这严重影响了永磁容错电机无传感器控制系统的控制性能，进而限制了其在机载电力作动系统中的应用。

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机载电力作动器永磁容错电机用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电机驱动控制器具有良好的容错性能；通过一种基于角度自动补偿的高精度无传感器控制方法，提高电机位置/速度检测的准确性及可靠性。

本发明提供了一种机载电力作动器永磁容错电机用驱动控制器，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，隔离驱动电路以及容错功率驱动电路；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DSP系统包括容错控制器，速度环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算法的计算；

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。

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，其主要功能有两个方面；一是实现功率MOSFET栅极控制信号与数字控制器产生的PWM信号之间的隔离；二是对数字控制器产生的PWM信号进行功率放大，驱动控制功率MOSFET的导通和关断。