[发明专利]一种水下航行器用大功率双转无刷直流电机控制系统

摘要

本发明涉及一种水下航行器用大功率双转无刷直流电机控制系统，主控制器接收经过内外转子霍尔位置信号采集及处理电路处理的位置信号，经过内外转子转动角度计算后进行换相控制，输出6路驱动信号，再对6路驱动信号进行H_PWM_L_ON方式的PWM调制，输入到驱动电路中，驱动故障检测电路用于监测IGBT工作状态，RCD吸收电路可以保护IGBT，滤波去耦电路、电流检测及过流保护电路、母线电压检测电路可以实现电机运行中的实时保护。控制系统与水下航行器主控中心通过CAN和RS422通信，接收转速、启动、停机指令，发送电机转速、PWM占空比、电机电流等数据。本发明具有运行稳定、调速实时性好、响应速度快、可靠性高等优点，已经通过试验验证可以满足水下航行器实际使用要求。

主权项

1.一种水下航行器用大功率双转无刷直流电机控制系统，其特征在于包括电源转换电路、CAN通讯电路、RS485通讯电路、内转子霍尔位置信号采集电路、外转子霍尔位置信号采集电路、内转子霍尔位置信号处理电路、外转子霍尔位置信号处理电路、主控制器、驱动故障检测电路、驱动逆变装置、过流保护装置、限流保护装置和母线电压检测电路；电源转换电路将24V电源转换后，分别将+15V送至过流保护装置和限流保护装置，+3.3V和+5V送至主控制器，±15V送至驱动故障检测电路；内转子霍尔位置信号采集电路与双转无刷直流电机内转子霍尔盘连接，其输出连接内转子霍尔位置信号处理电路和主控制器，将内转子霍尔盘发出的内转子霍尔位置信号输入至主控制器；外转子霍尔位置信号采集电路与双转无刷直流电机外转子霍尔盘连接，其输出连接外转子霍尔位置信号处理电路和主控制器，将外转子霍尔盘发出的外转子霍尔位置信号输入至主控制器；CAN通讯电路和RS485通讯电路连接在主控制器与上位机之间，实现主控制器发送电机内外转子实时转速、PWM占空比和电机实时电流数据给上位机，同时接收由上位机发送的设定转速、启动和停机指令；主控制器的输出连接驱动逆变装置，驱动逆变装置连接双转无刷直流电机本体，主控制器输出的6路驱动信号通过驱动逆变装置控制双转无刷直流电机本体；驱动故障检测电路连接在驱动逆变装置与主控制器之间，监测IGBT工作状态；母线电压检测电路连接在双转无刷直流电机本体母线与主控制器之间，监测母线电压；过流保护装置和限流保护装置连接在双转无刷直流电机本体三相与主控制器之间，检测电机相电流并判断系统是否进行限流或停机处理，完成电机运行中的实时保护；所述过流保护装置包括相电流差分线性隔离放大电路、相电流求取电路、停机电压产生电路和停机信号产生电路；所述相电流差分线性隔离放大电路包括霍尔电流传感器和差分隔离运放电路；所述相电流求取电路包括直流偏置电路和限幅滤波电路；所述停机信号产生电路为比较器及其偏置电路；连接关系为：霍尔电流传感器的输入端为相电流信号，其输出端串行连接差分隔离运放电路、直流偏置电路和限幅滤波电路，限幅滤波电路的输出端串行连接比较器及其偏置电路，比较器及其偏置电路的另一个输入端连接停机电压产生电路的输出端；工作过程：电机绕组中的相电流信号经过霍尔电流传感器线性转换为的0‑4V电压信号，经过差分隔离运放电路后输出幅值±5V的电压信号，再输入到直流偏置电路，输出产生0‑4V的直流偏置电压信号，再经过限幅滤波电路，输出为电机实时电流检测信号，与停机电压产生电路产生的停机电压并行输入到停机信号产生电路，停机电压产生电路的停机电压信号与电机实时电流检测信号进行比较产生停机信号，当电机工作正常时，停机信号为高电平；当电机处于堵转异常情况下，停机信号为低电平，电机控制系统进行停机控制。