一种井下无刷直流电机驱动控制器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种井下无刷直流电机无位置驱动控制器，包括电源电路、驱动电路、通讯电路、压力采集电路和主控单元。驱动电路接收主控单元的控制信号，压力采集电路将压力信号传送至主控单元，通讯电路将压力设定值传送至主控单元，电源电路与上述各单元电连接进行供电。本实用新型专利技术的驱动控制器采用了无位置传感器电机控制方式，不需要在电机上安装转子位置传感器，具有成本低廉、可靠性高、电缆简单等优点；本实用新型专利技术的驱动控制器具有智能压力控制功能，可以独立完成井下液压臂控制，是研发小尺寸垂直钻井工具的重要技术保障。

【技术实现步骤摘要】
一种井下无刷直流电机驱动控制器
本技术涉及井下无刷直流电机驱动控制领域，具体涉及一种用于石油钻井设备井下液压臂无刷直流电机的无位置传感器驱动方式的液压闭环智能驱动控制电路。
技术介绍
井下石油设备工作环境恶劣，布局空间狭小，可靠性要求高，一旦发生故障必须能够快速维修或更换。但目前国内的相关产品均是基于霍尔位置传感器或旋变位置传感器，通过检测转子位置信息完成电子换相，实现无刷直流电机驱动控制的。位置传感器的使用不但提高了无刷直流电机的制造和维护成本，增大了电机尺寸，不利于小尺寸井下设备的研发，也使得相关产品的应用受限于位置传感器的环境适应性，且驱动控制器产品与位置传感器的相对关系固定，维修时需要根据位置传感器信息进行重新配对使用，使产品的快速更换性变差。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种用于井下液压臂无刷直流电机的液压闭环智能驱动控制器，该驱动控制电路采用了无位置传感器电机控制方式，不需要安装机械式位置传感器检测电机转子位置信号来实现电子换相，而只需通过检测驱动电路中的工作电压、工作电流等物理量来实时计算无刷直流电机的电子换相点，避免了位置传感器在井下设备应用中的种种弊端。 实现本技术目的的技术方案:一种用于井下液压臂无刷直流电机的液压闭环智能驱动控制器，其中，包括电源电路、驱动电路、通讯电路、压力采集电路和主控单元，驱动电路接收主控单元的控制信号，压力采集电路将压力信号传送至主控单元，通讯电路将压力设定值传送至主控单元，电源电路与上述各单元电连接进行供电。 驱动控制器还包括保护电路，电源电路为保护电路提供能源，驱动电路将工作电流和工作电压信号传送至保护电路，保护电路将保护信号传送至主控单元。 所述的驱动电路接收主控单元的PWM控制信号，经过自举电路信号放大后驱动逆变电路工作；压力采集电路将液压臂内压力传感器信号变换为数字信号，发送给主控单元，主控单元将压力信号与通讯电路接收的压力设定值进行闭环运算，输出PWM到驱动电路控制无刷直流电机旋转。 所述的保护电路监测驱动电路电流、电压，由保护电路判断驱动电路的工作状态，一旦出现异常，保护电路输出保护信号给主控单元，主控单元短时间关闭PWM输出以保护驱动电路。 所述的电源电路接收24?48V宽范围直流电源，变换成驱动控制器自身所需的+5V、+3.3V、+1.8V电源，和压力传感器所需的+15V电源。 所述的主控单元采集驱动电路工作电压、工作电流，根据电子换相算法，通过主控单元的高速数据处理功能实时计算出无刷直流电机电子换相点，并实现无刷直流电机的驱动控制。 所述的通讯电路用于驱动控制器与外部设备的数字总线通信功能，接收外部压力指令值，返回驱动控制器工作状态。 所述的控制芯片为高性能数字信号处理器DSP，所述的通讯电路为CAN总线收发器。 本技术的有益技术效果:本技术的驱动控制器不使用机械式位置传感器检测电机转子位置信息，具有以下三大优点:首先，降低无刷直流电机制造成本，减小电机本体尺寸，是小口径井下设备研发的重要技术保障；其次，无刷直流电机本体可以在较恶劣的环境下可靠工作，而且驱动控制器与电机之间连接线缆简洁，整体可靠性高；再次，驱动控制器对电机之间匹配性好，可以快速更换，维修性好。同时驱动控制器产品自带压力闭环和数字总线通讯，以及异常停机监测，一旦发现电机异常停止，可以在2s内驱动电机重新旋转。以上特点使得驱动控制器产品可以作为独立的智能单机实现无刷直流电机高可靠驱动控制。 【附图说明】 图1为本技术所提的一种井下无刷直流电机无位置驱动控制器的系统示意图； 图2为本技术所提的一种井下无刷直流电机无位置驱动控制器的结构示意图。 图中:1.电源电路，2.驱动电路，3.通讯电路，4.压力采集电路，5.保护电路，6.主控单元，7.微型DC/DCI，8.微型DC/DCII，9.信号调理电路，10.自举驱动，11.三相逆变，12.电流检测，13.电压检测，14.保护逻辑。 【具体实施方式】 下面结合附图和实施例对本技术作进一步详细说明。 如图1所示，一种用于井下液压臂无刷直流电机的液压闭环智能驱动控制器，它包括电源电路1、驱动电路2、通讯电路3，压力采集电路4，保护电路5，主控单元6。电源电路1为驱动电路2、通讯电路3、压力采集电路4、保护电路5和主控单元6提供稳定可靠的能源；驱动电路2接收主控单元6的PWM控制信号，经过信号放大后驱动无刷直流电机工作；压力采集电路4将液压臂中压力传感器的模拟信号变换为数字信号送主控单元6，将压力信号与通讯电路3接收的压力设定值进行闭环运算，输出PWM到驱动电路2控制无刷直流电机旋转；驱动电路2的工作电流、工作电压信号进入保护电路5，由保护电路5判断驱动电路2的工作状态，一旦出现异常，保护电路5输出保护信号给主控单元6，主控单元6将短时间关闭PWM输出以保护驱动控制器；同时驱动电路2的工作电流、工作电压信号通过信号调理电路调理后送主控单元6，并通过主控单元6的电子换相算法实时计算无刷直流电机的换相时刻，经过驱动电路2的功率放大后控制无刷直流电机旋转。 如图2所示，电源电路1包括微型DC/DCI7和微型DC/DCII8，其中微型DC/DCI7将24?48V宽范围直流稳压电源变换为土 15V和+5V ;微型DC/DCII8进一步将+5V直流电源变换为+3.3V和+1.8V,为驱动控制器提供能源。 驱动电路2采用功率驱动集成芯片10，集成度高、体积小，驱动方式为自举驱动，这种驱动方式结构紧凑、所用外围元器件数量少、驱动效率高；三相逆变电路11采用三相M0SFET桥，M0SFET功率器件具有电压驱动、开关损耗小、适合于低电压应用的优点。 通讯电路3采用高可靠CAN数字总线通信，主要完成压力指令接收、时间同步控制、总线复位指令和驱动控制器工作状态返回。 保护电路5包括过流保护和欠压保护等多重保护模式，其中过流保护通过采样电阻将驱动电路工作电流转变为电压值，通过电压比较器与设定值比较产生过流信号，进而由主控单元6短时切断驱动电路2实现电流降低目的。 主控单元6是驱动控制器的控制核心，采用高性能数字信号处理器DSP，主要完成电机转子位置检测、电机转速计算、压力采集、压力闭环运算、PWM控制信号生成类实时电机运行控制任务，以及通讯管理、工作状态返回类非实时任务。主控单元采集驱动电路工作电压、工作电流，根据电子换相算法，通过主控单元的高速数据处理功能实时计算出无刷直流电机电子换相点，并实现无刷直流电机的驱动控制。 驱动控制器具有软件在线管理功能，可以通过通讯电路3与上位机进行通信，通过上位机软件实现驱动控制器的软件更新和版本管理，提高了驱动控制器的可靠性和维护性。 驱动控制器具有异常停机自动重启功能，主控单元6实时监测驱动电路2的工作电压、工作电流，一旦发现无刷直流电机非正常停止运行，主控单元6立即复位控制逻辑，重新驱动电机旋转，检测到停机到重新启动的时间间隔小于2s。 上面结合附图对本技术的实施例作了详细说明，但是本技术并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本技术宗旨的前提下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于井下液压臂无刷直流电机的驱动控制器，其特征在于：包括电源电路(1)、驱动电路(2)、通讯电路(3)、压力采集电路(4)和主控单元(6)，驱动电路(2)接收主控单元(6)的控制信号，压力采集电路(4)将压力信号传送至主控单元(6)，通讯电路(3)将压力设定值传送至主控单元(6)，主控单元(6)采集驱动电路(2)的工作电流、工作电压信号，电源电路(1)与上述各单元电连接进行供电。

【技术特征摘要】
1.一种用于井下液压臂无刷直流电机的驱动控制器，其特征在于:包括电源电路(1)、驱动电路(2)、通讯电路(3)、压力采集电路(4)和主控单元(6)，驱动电路⑵接收主控单元(6)的控制信号，压力采集电路(4)将压力信号传送至主控单元￠)，通讯电路(3)将压力设定值传送至主控单元￠)，主控单元(6)采集驱动电路(2)的工作电流、工作电压信号，电源电路(1)与上述各单元电连接进行供电。2.根据权利要求1所述的驱动控制器，其特征在于:还包括保护电路(5)，电源电路(1)为保护电路(5)供电，驱动电路(2)将工作电流和工作电压信号传送至保护电路(5)，保护电路(5)将保护信号传送至主控单元(6)。3.根据权利要求1所述的驱动控制器，其特征在于:所述的压力采集电路(4)将液压臂内压力传感器信号变换为数字信号，发送给主控单元出)，主控单元(6)将压力信号与通讯电路(3)接收的压力设定值进行闭环运算，输出PWM到驱动电路(2)控制无刷直流电机旋转，实现井下智能控制。4.根据权利要求1所述的驱动控...

【专利技术属性】
技术研发人员：李雪，白玉新，张建国，吴文晋，解庆，
申请(专利权)人：北京精密机电控制设备研究所，
类型：新型
国别省市：北京;11