[发明专利]一种基于磁矩角控制的磁耦合水下推进器及控制方法

说明书

本发明提供了一种基于磁矩角控制的磁耦合水下推进器及控制方法，解决了现有水下推进器传动效率较低的问题。其中，控制方法包括以下步骤：1)测量当下控制周期磁耦合传动单元的磁密值，根据所述磁耦合传动单元磁密值与磁矩角的对应关系，获得磁耦合传动单元的当下磁矩角；2)将步骤1)获得的当下磁矩角与最佳磁矩角进行比较，调节推进电机的PWM占空比变化率，使得推进电机的转速达到目标转速，确保磁耦合传动单元保持最大力矩输出状态。

技术领域

本发明属于水下推进器控制技术领域，具体涉及一种基于磁矩角控制的磁耦合水下推进器及控制方法。

背景技术

磁耦合传动原理是通过永磁体建立的内外两个磁场的相互作用传递扭矩，两个磁场之间通过隔离罩分开，隔离罩起密封作用。与传统的接触式动密封传动相比，旋转部件与静止部件为非接触方式，更适合大潜深传动作业需求，工作寿命长，设备免维护。

然而，目前采用磁耦合进行传动的水下推进器不能快速地将转矩提高到最大，并保持最大转矩输出，传动效率较低。

发明内容

本发明的目的在于解决现有水下推进器传动效率较低的问题，而提供了一种基于磁矩角控制的磁耦合水下推进器及控制方法。

为实现上述目的，本发明所提供的技术解决方案是：

一种基于磁矩角控制的磁耦合水下推进器，其特殊之处在于：包括舱体、供电单元、控制单元、信号调理采样单元、驱动单元、推进电机、磁耦合传动单元以及叶轮；所述推进电机的输出与磁耦合传动单元的主动转子(即内磁转子)连接；所述磁耦合传动单元的被动转子(即外磁转子)与叶轮的输入连接；所述主动转子和被动转子的端面之间设置有用于测量磁密值的线性霍尔传感器；所述线性霍尔传感器测量的磁密值经信号调理采样单元处理后发送给控制单元，控制单元根据磁耦合传动单元磁密值与磁矩角的对应关系解算出当下磁矩角，并将当下磁矩角与最佳磁矩角进行比较，根据比较结果通过驱动单元调节推进电机的PWM占空比变化率(即对PWM脉宽递增量进行限幅)，改变推进电机转速，确保磁耦合传动单元保持最大力矩输出状态；所述供电单元为推进器工作提供电源。

进一步地，所述磁耦合传动单元磁密值与磁矩角的对应关系预先通过测量拟合获得；不同的磁耦合传动单元对应关系不同，受内外磁转子的直径、磁场大小、气隙大小以及材料等影响；所述最佳磁矩角为30°～50°，优选30°；不同的磁耦合传动单元略有差异，经标定测试获得。

进一步地，所述控制单元采用MCU；所述驱动单元包括数字隔离模块、MOS驱动模块和MOSFET；所述信号调理采样单元包括信号调理模块和AD采样模块；所述信号调理模块将线性霍尔传感器测得的磁密值转换成电压信号，所述AD采样模块将该电压信号处理为数字信号。

进一步地，所述线性霍尔传感器的型号为SS39ET。

进一步地，所述推进电机采用无刷电机，无刷电机内置的霍尔传感器会将无刷电机自身的情况反馈给控制单元。

同时，本发明还提供了一种利用上述基于磁矩角控制的磁耦合水下推进器控制推进器的方法，其特处之处在于，包括以下步骤：

1)测量当下控制周期磁耦合传动单元的磁密值，根据所述磁耦合传动单元磁密值与磁矩角的对应关系，获得磁耦合传动单元的当下磁矩角；

2)将步骤1)获得的当下磁矩角与最佳磁矩角进行比较，调节推进电机的PWM占空比变化率，使得推进电机的转速达到目标转速，确保磁耦合传动单元保持最大力矩输出状态。

进一步地，步骤1)中，所述磁耦合传动单元磁密值与磁矩角的对应关系，通过线性霍尔传感器与分度器测量拟合获得，具体方式为：

将磁耦合传动单元主动转子安装在分度头上，固定被动转子，并在主动转子与被动端面之间设置线性霍尔传感器；线性霍尔传感器测量磁密值，分度头测量磁矩角；逐渐拉动分度头(拉动分度头即就是逐渐增大负载)，得到磁密值与磁矩角的对应关系。