冗餘驅動系統中力矩均衡控制器的製作方法
2023-11-01 06:42:22 1
專利名稱：冗餘驅動系統中力矩均衡控制器的製作方法
技術領域：
本發明屬於冗餘驅動系統中各電機負載力矩均衡控制器。該裝置應用在特種雷達 冗餘驅動控制系統、其他冗餘驅動控制系統及雙電機驅動系統等領域。
背景技術：
在某些特殊需求場合，如航管雷達伺服系統等，驅動系統可靠性要求很高，為減少 系統出現故障的概率，一般採用冗餘驅動系統以達到其高可靠性要求。在冗餘驅動系統中，依據驅動功率大小，採用多套驅動系統進行驅動，比較常見的 是雙電機驅動，冗餘雙電機驅動伺服系統中包含兩套驅動系統和兩套控制系統，具體實施 方案可參見文獻「冗餘設計在航管雷達天線驅動系統中的應用」(電子產品可靠性與環境試 驗，2005年6月)。為減小驅動系統功率，兩套驅動系統是同時工作，(注同時工作是必要 的，可以減小驅動傳動系統功率和提高系統使用壽命，驅動傳動系統功率的減小帶來驅動 傳動系統體積減小等諸多優點)。而兩套控制系統一套控制系統處於工作狀態，另外一套控 制系統處於熱備份狀態，當一套驅動系統出現故障時，伺服系統減小指標，單套驅動，對另 外一套進行維修恢復。為實現雙電機力矩均衡控制及控制系統自動切換功能，兩套控制系 統及兩套驅動系統需通過各種技術物理互連，從而實現冗餘控制。在以往的冗餘雙驅動系統中，通過各種技術互連的目的主要是實現雙電機力矩均 衡控制和在系統出現故障時進行切換，發明一種支持熱插拔的力矩均衡控制器控制兩套驅 動系統力矩均衡，冗餘系統只需設計兩套完全一樣的普通驅動控制系統即可實現冗餘驅動 系統的目的，兩套驅動控制系統完全物理隔離，各自獨立工作，系統設計簡明，技術成熟，單 套系統維修可斷電維修。傳統冗餘驅動控制系統主要存在如下缺點①兩套設備互連繫統自身存在可靠性問題；②互連設備在線(通電狀態下)維修維護困難；③控制設備要求高，設備量大，系統組成複雜；④系統設計研製複雜度高，開發成本相應提高；
發明內容
所要解決的技術問題針對以上不足本發明提供了一種通過對兩套獨立驅動電機力矩實時檢測並通過 對速度控制進行補償從而實現力矩均衡控制的力矩均衡控制器。技術方案一種冗餘驅動系統中力矩均衡控制器包括控制模塊、通訊協議模塊、高速通訊物 理接口模塊、電源管理模塊；電源管理模塊通過印製電路為通訊協議模塊、控制模塊供電， 控制模塊與通訊協議模塊之間、通訊協議模塊與高速通訊物理接口模塊之間均通過印製電 路連接，控制模塊通過通訊協議模塊和高速通訊物理接口模塊實現對外通訊；控制模塊的工作頻率> 10MHz，通訊協議模塊需要和冗餘系統的伺服驅動器預留的高速通訊物理接口 相匹配，高速通訊物理接口的最大波特率彡IOOKHz。控制模塊和通訊協議模塊採用TI公司DSP晶片TMS320F28335。高速光耦隔離晶片採用6N137，總線物理驅動晶片採用TJA1050T。控制模塊和通訊協議模塊採用Cygnal公司的SOPC單片機C8051F040有益效果本發明的設計使冗餘雙驅動控制系統不需要電氣互連，將力矩均衡控制器安裝在 兩套獨立控制的驅動系統之間，對電機力矩進行均衡控制，在某套驅動系統出現故障時，可 以斷電維修，系統架構簡明，不需專用控制系統，降低了成本。
圖1是本發明組成示意圖；圖2是本發明原理框圖；圖3是本發明應用實例示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細地說明。如圖1所示，一種冗餘驅動系統中力矩均衡控制器包括控制模塊、通訊協議模塊、 高速通訊物理接口模塊、電源管理模塊；所述的控制模塊是系統控制核心，是一種由單片高 集成度計算機(如單片機或數位訊號晶片)，主要完成力矩差的校正運算和數據採集；通訊 協議模塊主要完成依據不同驅動系統接口而設計相匹配的通訊協議接口(如CAN總線、高 速數字頻率口)；高速通訊物理接口模塊包含高速光耦隔離晶片和總線物理驅動晶片，完 成支持熱插拔和高速通訊的物理驅動；電源管理模塊主要為力矩均衡控制器提供電源管理 和檢測。電源管理模塊通過印製電路為通訊協議模塊、控制模塊供電，控制模塊與通訊協 議模塊之間、通訊協議模塊與高速通訊物理接口模塊之間均通過印製電路連接，控制模塊 通過通訊協議模塊和高速通訊物理接口模塊實現對外通訊。控制模塊的工作頻率> 10MHz，通訊協議模塊需要和冗餘系統的伺服驅動器預留 的高速通訊物理接口相匹配，高速通訊物理接口的最大波特率彡IOOKHz0控制模塊通過通訊協議模塊和高速通訊物理接口模塊對冗餘雙驅動控制系統或 一般雙驅動控制系統中的實際驅動力矩進行實時檢測，並進行校正運算，對雙驅動控制系 統速度進行補償，從而達到力矩均衡控制。如圖2所示，伺服驅動1和伺服驅動2分別包含了速度環、力矩控制和電機，實現 冗餘系統的驅動，力矩檢測是伺服驅動實時檢測電機的輸出力矩。伺服驅動1和伺服驅動2 將驅動系統中實時力矩檢測傳送給力矩均衡控制器，力矩均衡控制器中的差力矩校正對兩 臺電機實際力矩差進行校正運算後分別回送給伺服驅動1和伺服驅動2，與控制系統傳遞 來的給定轉速求和後作為伺服驅動的速度給定，達到補償因兩套驅動器系統個性差異而造 成的力矩不均，最終使兩臺電機實際力矩均衡驅動雷達天線運轉。如圖3所示，力矩均衡控制器包含兩個現場總線接口(兩個完全獨立的接口)，力矩均衡控制器採用TI公司DSP晶片TMS320F28335(或採用Cygnal公司的SOPC單片機 C8051F040)，其工作頻率為150MHz，該DSP晶片含有兩路CAN總線(現場總線)接口，因此 該晶片具備圖1中的控制模塊和通訊協議模塊(最大波特率IMHz)兩個功能，通過擴展兩套通用高速光耦(6N137)和物理接口(TJA1050T)形成兩套對外接口 (CAN總線)分別通過電纜連接到驅動系統A和驅動系統B，驅動系統A和驅動系統B是兩 套完全相同的通用驅動系統，包含控制系統負責控制系統運行，伺服驅動器用於控制電機 驅動，執行單元包含電機、減速箱。以上是力矩均衡控制器的功能及工作過程，以下就力矩均衡控制器在冗餘驅動控 制系統中應用作必要的說明在兩臺伺服驅動器檢測到力矩均衡控制器出現故障時，伺服驅動器自動切換到特 性較軟的控制模式，力矩均衡控制器和伺服驅動之間連接支持熱插拔，斷開力矩均衡控制 器和伺服驅動器之間的連接，更換力矩均衡控制器，連接完畢後，自動重新工作；在兩套驅 動系統中出現一套故障時，採用單套驅動，故障驅動系統斷電檢修，檢修完畢後，直接上電 正常工作；以上是力矩均衡用在冗餘雙驅動控制系統中應用，力矩均衡控制器也可使用在 其他雙驅動控制系統中，作力矩均衡控制。雖然本發明已以較佳實施例公開如上，但它們並不是用來限定本發明，任何熟悉 此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，自當可作各種變化或潤飾，因此本發明的保護 範圍應當以本申請的權利要求保護範圍所界定的為準。
權利要求
一種冗餘驅動系統中力矩均衡控制器，其特徵在於包括控制模塊、通訊協議模塊、高速通訊物理接口模塊、電源管理模塊；電源管理模塊通過印製電路為通訊協議模塊、控制模塊供電，控制模塊與通訊協議模塊之間、通訊協議模塊與高速通訊物理接口模塊之間均通過印製電路連接，控制模塊通過通訊協議模塊和高速通訊物理接口模塊實現對外通訊；控制模塊的工作頻率≥10MHz，通訊協議模塊需要和冗餘系統的伺服驅動器預留的高速通訊物理接口相匹配，高速通訊物理接口的最大波特率≥100KHz。
2.根據權利要求1所述的冗餘驅動系統中力矩均衡控制器，其特徵在於控制模塊和 通訊協議模塊採用TI公司DSP晶片TMS320F28335。
3.根據權利要求1所述的冗餘驅動系統中力矩均衡控制器，其特徵在於高速光耦隔 離晶片採用6N137，總線物理驅動晶片採用TJA1050T。
4.根據權利要求1或2所述的冗餘驅動系統中力矩均衡控制器，其特徵在於控制模 塊和通訊協議模塊採用Cygnal公司的SOPC單片機C8051F040。
全文摘要
本發明涉及一種冗餘驅動系統中力矩均衡控制器，其電源管理模塊通過印製電路為通訊協議模塊、控制模塊供電，控制模塊與通訊協議模塊之間、通訊協議模塊與高速通訊物理接口模塊之間均通過印製電路連接，控制模塊通過通訊協議模塊和高速通訊物理接口模塊實現對外通訊；控制模塊的工作頻率≥10MHz，通訊協議模塊需要和冗餘系統的伺服驅動器預留的高速通訊物理接口相匹配，高速通訊物理接口的最大波特率≥100kHz。控制模塊和通訊協議模塊採用TI公司DSP晶片TMS320F28335或採用Cygnal公司的SOPC單片機C8051F040。高速光耦隔離晶片採用6N137，總線物理驅動晶片採用TJA1050T。
文檔編號H02P5/74GK101895243SQ20101023002
公開日2010年11月24日 申請日期2010年7月19日 優先權日2010年7月19日
發明者萬其, 吳冰, 吳燕, 張啟傑, 薛剛 申請人:中國電子科技集團公司第十四研究所