一种基于无刷直流电动机的电动执行器控制系统技术方案

一种基于无刷直流电动机的电动执行器控制系统，采用美国IR公司生产的IR2130驱动芯片，驱动电路是针对执行器中的无刷直流电动机，DSP产生的6路PWM脉冲信号作为IR2130的6路输入，3路驱动下桥臂，3路驱动上桥臂。该控制系统能够有效提高飞行器的机动性、可靠性、维护性和续航性能，同时解决了液压系统其重量较大的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于无刷直流电动机的电动执行器控制系统
本专利技术涉及一种基于无刷直流电动机的电动执行器控制系统，适用于机械领域。
技术介绍
随着电子技术和航空技术的飞速发展，全电飞机已成为新一代飞机的必然发展趋势，未来飞机上会大量采用一体化电动执行器取代传统的液压系统或气动系统。电动执行器通过控制电动机的运行直接或间接控制目标负载运动，实现对控制目标的位置跟随。航空用电动执行器中，位置伺服控制是其最常见的控制形式，它以电能为动力，把从调节器或上位机接收到的标准数字信号转换为对应的机械位移(转角、直线位移)，从而控制执行机构来完成自动调节任务。
技术实现思路
本专利技术提出了一种基于无刷直流电动机的电动执行器控制系统，能够有效提高飞行器的机动性、可靠性、维护性和续航性能，同时解决了液压系统其重量较大的问题。本专利技术所采用的技术方案是：所述系统采用TI公司的TMS320F28335，其具备处理速度快、精度高、易于实现和接口丰富等特点。TMS320F28335核心系统电路需要的供电电压为1.8V和3.3V的数字供电电压以及模拟供电电压，而DSP外围提供的电源电压为5V，因此需要对5V的电压进行转换为1.8V和3.3V，并且数字电与模拟电隔离。采用ASMlll7-1.8和ASMlll7-3.3两种型号的电源转换芯片，输入电压为5V，输出电压分别为1.8V和3.3V，每片ASMlll7最大输出1000mA的电流。所述主功率逆变电路拓扑由六个MOS—FET功率管和RCD缓冲吸收电路构成三相桥式逆变电路。在MOSFET功率管内部需要有一个反馈二极管，可将电机向直流侧反馈能量，同时起着使电机电流连续的作用，有时可称为续流二极管。所述系统采用美国IR公司生产的IR2130驱动芯片。驱动电路是针对执行器中的无刷直流电动机，DSP产生的6路PWM脉冲信号作为IR2130的6路输入，3路驱动下桥臂，3路驱动上桥臂。IR2130芯片可同时控制6个大功率管的导通和关断顺序，通过输出H01～H03分别控制三相全桥逆变电路的上半桥VTl，VB，VT5导通关断；而IR2130的输出L01一L03分别控制三相全桥驱动电路的下半桥VT2，VT4，VT6导通关断，从而实现控制电机转速和正反转的目的。IR2130芯片内部的电流比较电路可以进行电机比较电流的设定，设定值可以作为软件保护电路的参考值，这样可以使电路能够适用于不同功率电机的控制。所述系统使用了AD公司的AD2S83旋转变压器解算芯片来准确地获取电机转子和定子的相对位置与转速。考虑到抗干扰措施和电平转换以及信号时序，设计了电机转子位置检测电路，其中旋转变压器电路设计最为关键。AD2S83工作模式：以频率15.6kHz、幅值3.9V的正弦波为参考交流激励信号，本系统无刷直流电动机的额定转速为3600r/min，选用14bit分辨率。所述系统中采用在MOSFET功率管的一端串联0.05Q、1/2W的电阻到接地端。采样电阻两端的电压经过运算放大器，送至DSP的AD转换模块，根据检测结果可以判断是否有过流产生。经过TL082高速运算放大器，将检测到信号放大10倍后转至DSP的AD转换管脚，其中D70为BAV99可保证送至DSP的电压在0～3.3V之间变化，防止过电压对DSP管脚的损坏。所述母线电压检测电路采用直接在直流母线电压上设置高精度分压电阻，采集到的电压经过运算处理经过光电隔离后送入到DSP中，不仅保证了系统控制电路和逆变功率电路的隔离而且结构简单、可靠性高。所述控制系统的软件开发工具是在TI公司的CCStudio3.3环境下完成开发调试的。主程序为一个由while语句组成的无限循环代码，主要完成控制系统的初始化、看门狗寄存器复位等任务。系统上电就开始执行主程序，遇到故障时复位重新执行。当系统中DSP上电后，首先执行初始化模块并给软件中各个变量赋初值，以此执行系统开关量检测程序、系统状态自检测程序、复位看门狗程序和通讯程序。本专利技术的有益效果是：能够有效提高飞行器的机动性、可靠性、维护性和续航性能，同时解决了液压系统其重量较大的问题。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术的5V转数字电压3.3V电路原理图。图2是本专利技术的三相全桥逆变电路图。图3是本专利技术的电流检测电路原理图。图4是本专利技术的母线电压检测电路。图5是本专利技术的控制系统软件主流程图。图6是本专利技术的PWM中断程序流程图。图7是本专利技术的Fuzzy-PID算法程序流程图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。如图1，系统采用TI公司的TMS320F28335，其具备处理速度快、精度高、易于实现和接口丰富等特点。TMS320F28335核心系统电路需要的供电电压为1.8V和3.3V的数字供电电压以及模拟供电电压，而DSP外围提供的电源电压为5V，因此需要对5V的电压进行转换为1.8V和3.3V，并且数字电与模拟电隔离。采用ASMlll7-1.8和ASMlll7-3.3两种型号的电源转换芯片，输入电压为5V，输出电压分别为1.8V和3.3V，每片ASMlll7最大输出1000mA的电流。+5V输入端和GND之间接人100nF的旁路电容，主要用来滤除掉高频噪声干扰。输出端3.3V和GND之间接100nF的陶瓷电容和47μF的电解电容，100nF电容主要用来滤除输出端的高频干扰，47μF的电容用来防止浪涌电流。如图2，主功率逆变电路拓扑由六个MOS—FET功率管和RCD缓冲吸收电路构成三相桥式逆变电路。在MOSFET功率管内部需要有一个反馈二极管，可将电机向直流侧反馈能量，同时起着使电机电流连续的作用，有时可称为续流二极管。系统采用美国IR公司生产的IR2130驱动芯片。驱动电路是针对执行器中的无刷直流电动机，DSP产生的6路PWM脉冲信号作为IR2130的6路输入，3路驱动下桥臂，3路驱动上桥臂。IR2130芯片可同时控制6个大功率管的导通和关断顺序，通过输出H01～H03分别控制三相全桥逆变电路的上半桥VTl，VB，VT5导通关断；而IR2130的输出L01一L03分别控制三相全桥驱动电路的下半桥VT2，VT4，VT6导通关断，从而实现控制电机转速和正反转的目的。IR2130芯片内部的电流比较电路可以进行电机比较电流的设定，设定值可以作为软件保护电路的参考值，这样可以使电路能够适用于不同功率电机的控制。如图3，系统使用了AD公司的AD2S83旋转变压器解算芯片来准确地获取电机转子和定子的相对位置与转速。考虑到抗干扰措施和电平转换以及信号时序，设计了电机转子位置检测电路，其中旋转变压器电路设计最为关键。AD2S83工作模式：以频率15.6kHz、幅值3.9V的正弦波为参考交流激励信号，本系统无刷直流电动机的额定转速为3600r/min，选用14bit分辨率。为了系统能够稳定运行，得到满意的动态性能而且能够对主电路进行电流检测，这就需要对逆变桥中MOSFET过电流进行采样检测。在本系统中采用在MOSFET功率管的一端串联0.05Q、1/2W的电阻到接地端。采样电阻两端的电压经过运算放大器，送至DSP的AD转换模块，根据检测结果可以判断是否有过流产生。经过TL082高速运算放大器，将检测到的信号放大10倍后转至DSP的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于无刷直流电动机的电动执行器控制系统，其特征是：所述系统采用ASMlll7‑1.8和ASMlll7‑3.3两种型号的电源转换芯片，输入电压为5V，输出电压分别为1.8V和3.3V，每片ASMlll7最大输出1000mA的电流。

【技术特征摘要】
1.一种基于无刷直流电动机的电动执行器控制系统，其特征是：所述系统采用ASMlll7-1.8和ASMlll7-3.3两种型号的电源转换芯片，输入电压为5V，输出电压分别为1.8V和3.3V，每片ASMlll7最大输出1000mA的电流。2.根据权利要求1所述的一种基于无刷直流电动机的电动执行器控制系统，其特征是：所述主功率逆变电路拓扑由六个MOS—FET功率管和RCD缓冲吸收电路构成三相桥式逆变电路。3.在MOSFET功率管内部需要有一个反馈二极管，可将电机向直流侧反馈能量，同时起着使电机电流连续的作用，有时可称为续流二极管。4.根据权利要求1所述的一种基于无刷直流电动机的电动执行器控制系统，其特征是：所述系统采用美国IR公司生产的IR2130驱动芯片，驱动电路是针对执行器中的无刷直流电动机，DSP产生的6路PWM脉冲信号作为IR2130的6路输入，3路驱动下桥臂，3路驱动上桥臂。5.根据权利要求1所述的一种基于无刷直流电动机的电动执行器控制系统，其特征是：所述系统使用了AD公司的AD2S83旋转变压器解算芯...

【专利技术属性】
技术研发人员：张学一，
申请(专利权)人：张学一，
类型：发明
国别省市：辽宁,21