基于磁保持接触器的双伺服驱动器在线切换装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术为一种基于磁保持接触器的双伺服驱动器在线切换装置及方法，主要应用于可靠性要求较高的雷达伺服系统。根据伺服驱动器的动力输出以及位置反馈输入信号特性，设计基于磁保持接触器的在线切换装置及方法，该系统能够将两台伺服驱动器中一台接入伺服系统，另一台驱动器处于备份状态，若伺服系统中接入的驱动器出现故障，该系统将能够完成备份驱动器的自动切入，并根据设定的速度梯度曲线，将伺服电机加速到故障前的速度，减小驱动器切换对伺服结构的冲击，提高伺服系统的任务可靠性。本发明专利技术用于伺服系统中伺服驱动器故障在线切换。

【技术实现步骤摘要】
基于磁保持接触器的双伺服驱动器在线切换装置及方法
本专利技术涉及一种双伺服驱动器在线切换装置。
技术介绍
伺服系统是现代舰载雷达的重要组成部分，其可靠性已成为雷达系统的关键性能指标。目前伺服系统主要由上位机、伺服驱动器和伺服电机组成，伺服系统中伺服驱动器的可靠性相对较差，据统计伺服驱动器的平均故障间隔时间MTBF约为1万小时，而且从伺服系统故障统计分析来看，伺服驱动器故障占了伺服系统故障的一大部分。伺服驱动器故障会对整个伺服系统造成影响，一般会造成伺服系统的运行停止，严重时可能会造成伺服系统失控，造成安全事故。为了抑制伺服驱动器故障对系统造成的影响，当前工程师进行了广泛而深入的研究，提出了许多伺服冗余备份的解决方案，主要有以下几种：(1)基于多电机的伺服系统：该冗余备份方式中伺服系统使用多套独立的驱动器和电机系统，能够避免某台伺服驱动器故障对伺服系统工作造成影响，但是该伺服系统需要对传动部分进行多电机的传动设计，同时又具有多台伺服驱动器。增加了成本以及设备的重量，难以应用于对重量要求较高的场合，如处于桅杆顶部雷达天线，通常对重量要求较高；(2)基于多绕组伺服电机的冗余备份方案：该冗余备份方式中伺服系统中的伺服电机为多绕组的伺服电机，每个绕组对应一台伺服驱动器，即使系统仅有一台伺服驱动器正常，伺服系统仍可以正常工作。该种冗余方式伺服传动部分可以不需要进行冗余设计，但伺服电机需要特殊定制，成本较高且重量重，同样难以应用于对重量要求较高的场合。(3)基于切换开关的冗余备份方式：该冗余备份方式中只需对伺服驱动器进行备份，伺服电机无需备份和特殊设计。两套伺服驱动器与一台伺服电机之间通过切换开关进行切换，当前该切换方式主要基于常规接触器和继电器切换方案，常规接触器和继电器容易在线圈掉电情况下脱开，而由于伺服电机为感性负载，极易造成接触器拉弧造成器件损坏，难以应用于可靠性要求较高的舰载雷达伺服系统切换。本专利技术对上述解决方案(3)进行了改进，主要对可靠性较差的切换开关进行改进，选用磁保持接触器和磁保持继电器，该器件区别于普通接触器和继电器在于触点状态转换后，器件内永磁体将会保持触点状态而无需线圈保持通电状态，能够避免常规接触器和继电器掉电脱开的问题。
技术实现思路
本专利技术是为了解决伺服系统中伺服驱动器出现故障时导致伺服系统无法运行甚至失控问题，提出一种基于磁保持接触器的双伺服驱动器在线切换装置及方法，该切换装置只需对伺服驱动器进行备份，而无需对伺服电机进行备份。本专利技术目的通过如下的技术方案予以实现：驱动切换装置由驱动切换执行模块、驱动切换控制模块组成。其中驱动切换执行模块采用多组的单刀双掷磁保持接触器和继电器实现了两台伺服驱动器中的某台选择接入。伺服正常运行时，驱动切换控制模块接收上位机的电机速度控制指令，并根据当前驱动器接入情况，将该指令转化为相应的驱动器控制指令发送至驱动切换执行模块，经驱动切换执行模块中的继电器进入当前接入的驱动器中运行。当驱动器出现故障时，驱动切换控制模块将会通过通信获取驱动器的故障信息，此时驱动切换控制模块将会控制驱动切换执行模块进行驱动器切换，完成切换后，驱动切换控制模块将会向驱动器发送上位机速度控制指令。采用该驱动切换装置构建的伺服系统见附图1。当伺服系统运行中，伺服驱动器出现故障，驱动切换控制模块将会启动驱动器切换程序，此时，驱动切换控制模块将向故障驱动器发送停机指令，随后延时2s后，控制驱动切换执行模块进行驱动器切换，切换完成后，向新的驱动器发送速度控制指令。为减小备份驱动器接入后的速度冲击，驱动切换控制模块中将会对发送至驱动器速度进行重新计算，即计算出由当前速度加速到指定速度的梯度曲线，然后按照该梯度曲线发送速度指令，直到速度达到指定速度为止，具体切换步骤见附图2。设切换完成电机速度为V0，上位机控制速度为VC，速度增加梯度为ΔV，则发送给驱动器的速度控制指令为：本专利技术的优点在于以下几点：(1)本专利技术能够在伺服系统的伺服驱动器出现故障时，对伺服驱动器进行自动切换，将故障驱动器从伺服系统中隔离，接入正常驱动器，保证伺服系统正常运行，提高伺服系统的任务可靠性；(2)本专利技术采用单刀双掷磁保持接触器和继电器作为切换元器件，从而从电路上保证伺服系统中只能接入一台伺服驱动器，避免了多台驱动器输出端同时并联可能造成输出短路问题。切换完成后即使磁保持接触器和继电器的线圈失电，接触器和继电器的触点状态仍可以稳定的保持，避免了切换器件不稳定对伺服系统运行造成影响；(3)本专利技术适用于普通的伺服驱动器及电机，无需特殊定制伺服驱动器及电机，即可实现可靠性较高冗余驱动伺服系统；(4)本专利技术将两台伺服驱动器进行封装，实现对外输入、输出如同一台驱动器，方便在实际系统中进行使用；(5)本专利技术在进行驱动器切换完成后，能够根据当前速度与指定速度的误差设定速度梯度，尽可能的减小驱动切换对伺服系统造成的冲击。附图说明图1为采用驱动切换装置构建的伺服系统。图2为切换控制时序图。图3为驱动切换执行模块实施图。图4为驱动切换控制模块实施图。具体实施方式以某伺服系统的冗余备份设计为例，该伺服系统中驱动器为63kW的三相交流伺服驱动器，该驱动器采用CAN通信进行控制，驱动器的位置反馈为旋转变压器。以下依次进行驱动切换执行模块以及切换控制模块的设计1、驱动切换执行模块设计本伺服系统中的驱动切换执行模块由单刀双掷磁保持接触器和磁保持继电器组成，其中磁保持接触器用于两台伺服驱动器的动力输出至电机动力输入的路径选择，磁保持继电器用于两台伺服驱动器的位置反馈输入至电机位置反馈输出的路径选择以及CAN通信至驱动器路径的选择。伺服系统伺服电机为三相，因而设计时选择三组单刀双掷的磁保持接触器进行驱动器动力线路的切换。伺服系统的伺服电机位置反馈为旋变形式，含两路激磁、两路正弦、两路余弦共六路信号，选择六组单刀双掷磁保持继电器用于这些线路的切换。伺服驱动器采用CAN进行通信，CAN信号供两路信号即CANH、CANL，选择两组单刀双掷磁保持继电器。通过以上的设计可以得到本伺服系统中驱动切换执行模块的示意图见附图3(图中略去辅助触点以及继电器线包)。图中K1～K3为磁保持接触器用于伺服动力线路切换，K4～K9为磁保持继电器用于旋变变压器线路切换，K10～K11为磁保持继电器用于CAN通信线路切换。2、驱动切换控制模块设计本伺服系统中的驱动切换控制模块由MCU芯片、光电耦合器、通信芯片、MOSFET管组成。其通过光电耦合器完成对驱动切换执行模块中的磁保持接触器以及磁保持继电器的辅助触点的检测，通过MOSFET管实现对驱动切换执行模块中的磁保持接触器和磁保持继电器的控制，实现某台驱动器故障时，切换至另一台驱动器继续运行。驱动切换执行模块中共有11个接触器和继电器，共11个辅助触点，因此切换控制模块需要11个光电耦合器及MOSFET管，MCU选用具有CAN通信功能的芯片并辅以CAN物理层芯片，从而可以构建如附图4所示的驱动切换控制模块。3、驱动切换完成后速度梯度曲线设伺服系统额定转速为180°/s，驱动器故障后，进行驱动器切换，切换完成后伺服系统速度为90°/s，伺服系统的控制周期为10ms，速度梯度为9°/s2。则可得如下速度梯度曲线：综上即可以设计出一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于磁保持接触器的双伺服驱动器在线切换装置，其特征在于：(1)在线切换装置由驱动切换执行模块和驱动切换控制模块组成；(2)驱动切换执行模块采用多组单刀双掷磁保持接触器和磁保持继电器，从电气连接上实现两台伺服驱动器同时只能有一台接入伺服系统中，另一台隔离在伺服系统之外；(3)驱动切换控制模块电路上采用微控制器芯片MCU、光电耦合器、金属‑氧化物半导体效应晶体管MOSFET、控制器局域网络CAN收发芯片，光电耦合器负责采集驱动切换执行模块中辅助触点的状态，MOSFET管实现对驱动切换执行模块中磁保持接触器和磁保持继电器的控制，CAN收发芯片用于接收上位机指令及转发该指令至伺服驱动器。

【技术特征摘要】
1.一种基于磁保持接触器的双伺服驱动器在线切换装置，其特征在于：(1)在线切换装置由驱动切换执行模块和驱动切换控制模块组成；(2)驱动切换执行模块采用多组单刀双掷磁保持接触器和磁保持继电器，从电气连接上实现两台伺服驱动器同时只能有一台接入伺服系统中，另一台隔离在伺服系统之外；(3)驱动切换控制模块电路上采用微控制器芯片MCU、光电耦合器、金属-氧化物半导体效应晶体管MOSFET、控制器局域网络CAN收发芯片，光电耦合器负责采集驱动切换执行模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：施永柱，陶春荣，陈威，杜仁慧，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七二四研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32