本发明专利技术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。本发明专利技术具有运行稳定、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。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水下航行器和无刷直流电机控制领域，设及一种水下航行器用大功率 双转无刷直流电机控制系统。
技术介绍
自主水下航行器作为一种自主水下运载工具，具有大潜深、智能化和多用途等优 点，在海洋资源开发、海底地貌探测、海洋科学探索、海洋工程建设W及维护国家海洋权益 等诸多方面发挥着极其重要的作用。 大功率无刷直流电机具有运行效率高、调速性能好、可靠性高等优点，在航空、航 天、航海等众多领域，均可使用大功率无刷直流电机作为推进执行机构。大功率双转无刷直 流电机是基于作用力和反作用力原理设计的，在电磁转矩的推动下内外两个转子同时向相 反方向旋转。运种双转无刷直流电机主要应用于水下双轴对转推进系统中，可W有效防止 发生横滚现象，显著提高水下航行器的推进效率。 大功率双转无刷直流电机由于内外转子都在转动、额定电流较大、额定转速较高、 额定转矩较大，系统运行更加复杂，增加了电机换相控制、转矩抑制和电流检测与过流保护 的难度，同时也对整个电机控制系统稳定性、控制效果、响应速度和使用寿命提出了更高的 要求。因此专利技术一种运行稳定、及时保护、转速调节效果好、精度高、响应快的大功率双转无 刷直流电机控制系统显得极为重要。
技术实现思路
要解决的技术问题 为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种水下航行器用大功率双转无刷直 流电机控制系统。 技术方案 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和巧V 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=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。 所述驱动逆变装置包括1个滤波去禪电路和6组驱动单元；所述滤波去禪电路包 括电容CU电容C2和电容C3 ;连接关系为：电容CU电容C2和电容C3W并联方式连接在 母线正负两端，第一驱动单元1与第二驱动单元2串联形式连接在母线正负两端，第=驱动 单元3与第四驱动单元4串联形式连接在母线正负两端，第五驱动单元5与第六驱动单元 6串联形式连接在母线正负两端；六个驱动单元内部结构相同，包括一个IGBT、一个驱动电 路和一个RCD电路，驱动电路直接安装在IGBT上，RCD电路W并联形式连接在IGBT两端； 所述RCD电路是电阻R与二极管D并联后再与电容C串联搭建；6路驱动信号直接连接在 驱动电路的信号输入端，第一驱动单元1、第=驱动单元3、第五驱动单元5的的下端分别与 双转无刷直流电机的U、V、W=相连接，实现电机控制系统中的驱动逆变功能。 所述驱动故障检测电路包括两个驱动信号光电隔离和放大电路、光纤发送电路、 光纤接收电路和驱动电路；第一驱动信号光电隔离和放大电路的输入端接收无刷直流电机 控制系统换相控制DSP输出的6路IGBT驱动信号UP_IN、UN_IN、VP_IN、VN_IN、WP_IN和WN_ IN,其输出端通过光纤发送电路连接驱动电路的IGBT驱动电路的输入端，6路IGBT驱动信 号通过光纤发送电路将电信号转换为光信号；IGBT驱动电路产生6路驱动反馈信号FK_UP_ IN、FK_UN_IN、FK_VP_IN、FK_VN_IN、FK_WP_IN和FK_WN_IN，IGBT驱动电路的输出端通过光 纤接收电路连接接收的第二驱动信号光电隔离和放大电路的输入端，其输出端连接无刷直 流电机控制系统的复杂可编程逻辑器件CPLD，CPLD输出驱动故障检测信号到DSP中，当驱 动故障检测信号为高电平时，驱动电路工作正常，当驱动故障检测信号为高电平时，驱动电 路工作异常，无刷直流电机控制系统进行停机处理，实现对IGBT工作状态的实时监测，进 而实现大功率无刷直流电机的驱动控制。 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；当电机处于堵转等异常情况下，停机信号为低电平，电机控制系统 进行停机控制。 所述限流保护装置包括高精度相电流半波整流电路、相电流求取电路、限流电压 产生电路和限流信号产生电路；所述高精度相电流半波整流电路包括霍尔传感器、第一求 和电路1、反相电路、半波整流电路；所述相电流求取电路包括第二求和电路2、限幅滤波电 路；所述限流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A的输入 端为A相电流，霍尔电流传感器C的输入端为C相电流，两个霍尔电流传感器的输出端并 行输入到第一求和电路1，第一求和电路1的输出端连接在反相电路的输入端，霍尔电流传 感器A输出端、霍尔电流传感器C输出端与反相电路的输出端分别输入到第一半波整流电 路1、第二半波整流电路2和第=半波整流电路3中，=个半波整流电路的输出并行连接到 第二求和电路2的输入端，求和电路输出端与限幅滤波电路的输入端相连，限幅滤波电路 的输出本文档来自技高网...
【技术保护点】
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。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张克涵，狄正飞，文海兵，季小尹，梁庆卫，胡欲立，宋保维，潘光，严卫生，刘明雍，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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