一种智能化大功率航天伺服电机驱动器健康管理方法技术

一种智能化大功率航天伺服电机驱动器健康管理方法，涉及大功率电机驱动器的健康管理领域；包括如下步骤：步骤一、根据健康管理算法，计算当前周期结温Tj(k)；步骤二、计算结温变化率ΔTj；步骤三、预测下一周期结温Tj(k+1)，并根据下一周期结温Tj(k+1)判断是否启动动态调整策略；步骤四、按照动态调整策略得到电机工作电流Ip需要降低的幅度；通过降低电机工作电流Ip，实现降低驱动器的温度；步骤五、判断是否退出动态调整策略；步骤六、重复步骤一至步骤五，持续监测并保持驱动器温度在稳定工作温度；本发明专利技术提高了大功率航天伺服电机驱动器的工作可靠性，通过限制其发热功率的形式避免驱动器因过热损坏。

【技术实现步骤摘要】
一种智能化大功率航天伺服电机驱动器健康管理方法
本专利技术涉及一种大功率电机驱动器的健康管理领域，特别是一种智能化大功率航天伺服电机驱动器健康管理方法。
技术介绍
随着20世纪70年代以来微电子技术、稀土永磁材料技术的快速发展，以及电动机、驱动控制理论的不断提高，机电伺服系统在比功率、可靠性、集成化等方面逐步提高，并且机电伺服系统本身具有使用维护方面、能源效率高等优点，使其在航天系统中得到应用，并取得良好效果。目前国内在型号上使用的机电伺服系统最大功率已经达到10kW级别，尚无法满足航天运载火箭的应用需求，但更高功率级别机电伺服系统，尤其是电机驱动器的可靠性和安全性成为主要限制因素。过热损坏是大功率电机驱动器损毁的常见原因之一，工业上使用的电机驱动器通常具有过热保护功能，当检测到功率元件温度过高时，关闭功率元件输出，使系统停机散热至规定温度以下继续工作。但航天伺服产品由于工作特殊性，不能采用简单的过热停机保护模式，需要开发一种智能化的健康管理算法，在满足系统基本性能的基础上实现功率输出动态调节，以提高电机驱动器工作可靠性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种智能化大功率航天伺服电机驱动器健康管理方法，提高了大功率航天伺服电机驱动器的工作可靠性，通过限制其发热功率的形式避免驱动器因过热损坏。本专利技术的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：一种智能化大功率航天伺服电机驱动器健康管理方法，包括如下步骤：步骤一、根据健康管理算法，计算当前周期结温Tj(k)；步骤二、计算结温变化率ΔTj；步骤三、预测下一周期结温Tj(k+1)，并根据下一周期结温Tj(k+1)判断是否启动动态调整策略；步骤四、按照动态调整策略得到电机工作电流Ip需要降低的幅度；通过降低电机工作电流Ip，实现降低驱动器的温度；步骤五、判断是否退出动态调整策略；步骤六、重复步骤一至步骤五，持续监测并保持驱动器温度在稳定工作温度。在上述的一种智能化大功率航天伺服电机驱动器健康管理方法，所述步骤一中，当前周期结温Tj(k)的计算方法为：Tj(k)＝(2*Usat*Ip+0.5*Udc*Ip*α)*RthJC+Tc+β(Tj(k-1)-Tj(k-2))(1)式中，Usat为IGBT模块导通压降，查IGBT手册得到；Ip为电机工作电流；Udc为驱动器直流输入电压；α为电流加权系数，试验获得；β为温度加权系数，试验获得；RthJC为IGBT结-壳热阻，查IGBT手册得到；Tc为IGBT壳体温度，测量得到；Tj(k-1)为前一周期结温，初始运算时Tj(k-1)＝Tc；Tj(k-2)为前两周期结温，初始运算时Tj(k-2)＝Tc。在上述的一种智能化大功率航天伺服电机驱动器健康管理方法，每周期时间为100ms。在上述的一种智能化大功率航天伺服电机驱动器健康管理方法，所述步骤二中，结温变化率ΔTj的计算方法为：ΔTj＝Tj(k)-Tj(k-1)(2)式中，Tj(k-1)为前一周期结温，由公式(1)解算。在上述的一种智能化大功率航天伺服电机驱动器健康管理方法，所述步骤三中，下一周期结温Tj(k+1)根据公式(1)预测获得。在上述的一种智能化大功率航天伺服电机驱动器健康管理方法，所述步骤三中，判断是否启动动态调整策略的方法为：当下一周期结温Tj(k+1)大于第一预设阈值温度，且结温变化率ΔTj大于0，启动动态调整策略；否则不启动。在上述的一种智能化大功率航天伺服电机驱动器健康管理方法，第一预设阈值温度为120℃。在上述的一种智能化大功率航天伺服电机驱动器健康管理方法，所述步骤四中，动态调整策略为：当Tj(k+1)为120℃，且ΔTj≥0.5时，Ip降低2％；当Tj(k+1)为120℃，且0.2≤ΔTj＜0.5时，Ip降低1.6％；当Tj(k+1)为120℃，且0.1≤ΔTj＜0.2时，Ip降低1.3％；当Tj(k+1)为120℃，且0＜ΔTj＜0.1时，Ip降低1.1％；当Tj(k+1)为115℃，且ΔTj≥0.5时，Ip降低1.7％；当Tj(k+1)为115℃，且0.2≤ΔTj＜0.5时，Ip降低1.3％；当Tj(k+1)为115℃，且0.1≤ΔTj＜0.2时，Ip降低1.0％；当Tj(k+1)为115℃，且0＜ΔTj＜0.1时，Ip降低0.8％；当Tj(k+1)为110℃，且ΔTj≥0.5时，Ip降低1.4％；当Tj(k+1)为110℃，且0.2≤ΔTj＜0.5时，Ip降低1.0％；当Tj(k+1)为110℃，且0.1≤ΔTj＜0.2时，Ip降低0.8％；当Tj(k+1)为110℃，且0＜ΔTj＜0.1时，Ip降低0.6％；当Tj(k+1)为105℃，且ΔTj≥0.5时，Ip降低1.2％；当Tj(k+1)为105℃，且0.2≤ΔTj＜0.5时，Ip降低0.8％；当Tj(k+1)为105℃，且0.1≤ΔTj＜0.2时，Ip降低0.6％；当Tj(k+1)为105℃，且0＜ΔTj＜0.1时，Ip降低0.4％；当Tj(k+1)为100℃，且ΔTj≥0.5时，Ip降低1.0％；当Tj(k+1)为100℃，且0.2≤ΔTj＜0.5时，Ip降低0.6％；当Tj(k+1)为100℃，且0.1≤ΔTj＜0.2时，Ip降低0.4％；当Tj(k+1)为100℃，且0＜ΔTj＜0.1时，Ip降低0.3％；当Tj(k+1)为95℃，且ΔTj≥0.5时，Ip降低0.8％；当Tj(k+1)为95℃，且0.2≤ΔTj＜0.5时，Ip降低0.5％；当Tj(k+1)为95℃，且0.1≤ΔTj＜0.2时，Ip降低0.3％；当Tj(k+1)为95℃，且0＜ΔTj＜0.1时，Ip降低0.2％；当Tj(k+1)为90℃，且ΔTj≥0.5时，Ip降低0.6％；当Tj(k+1)为90℃，且0.2≤ΔTj＜0.5时，Ip降低0.4％；当Tj(k+1)为90℃，且0.1≤ΔTj＜0.2时，Ip降低0.2％；当Tj(k+1)为90℃，且0＜ΔTj＜0.1时，Ip降低0.1％。在上述的一种智能化大功率航天伺服电机驱动器健康管理方法，所述步骤五中，判断是否退出动态调整策略的方法为：当下一周期结温Tj(k+1)小于第二预设阈值温度，或结温变化率ΔTj小于0时，退出动态调整策略；否则不退出。在上述的一种智能化大功率航天伺服电机驱动器健康管理方法，所述第二预设阈值温度为90℃。本专利技术与现有技术相比具有如下优点：(1)本专利技术提高了大功率航天伺服电机驱动器的工作可靠性，通过限制其发热功率的形式避免驱动器因过热损坏，是提高航天伺服电机驱动器智能化程度和可靠性的重要措施之一；(2)本专利技术根据工况实时预测功率元件的温度，在元件进入危险区之前启动保护动作，避免功率元件因过热损坏；(3)本专利技术针对航天产品工作特点，设计了功率输出动态调节机制，保证伺服系统基本性能的前提下实现保护。附图说明图1为本专利技术健康管理流程示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细的描述：本专利技术提供了一种智能化大功率航天伺服电机驱动器健康管理方法，提高了大功率航天伺服电机驱动器的工作可靠性，通过限制其发热功率的形式避免驱动器因过热损坏，是提高航天伺服电机驱动器智能化程度和可靠性的重要措施。如图1所示为健康管理流程示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种智能化大功率航天伺服电机驱动器健康管理方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、根据健康管理算法，计算当前周期结温Tj(k)；步骤二、计算结温变化率ΔTj；步骤三、预测下一周期结温Tj(k+1)，并根据下一周期结温Tj(k+1)判断是否启动动态调整策略；步骤四、按照动态调整策略得到电机工作电流Ip需要降低的幅度；通过降低电机工作电流Ip，实现降低驱动器的温度；步骤五、判断是否退出动态调整策略；步骤六、重复步骤一至步骤五，持续监测并保持驱动器温度在稳定工作温度。

【技术特征摘要】
1.一种智能化大功率航天伺服电机驱动器健康管理方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、根据健康管理算法，计算当前周期结温Tj(k)；步骤二、计算结温变化率ΔTj；步骤三、预测下一周期结温Tj(k+1)，并根据下一周期结温Tj(k+1)判断是否启动动态调整策略；步骤四、按照动态调整策略得到电机工作电流Ip需要降低的幅度；通过降低电机工作电流Ip，实现降低驱动器的温度；步骤五、判断是否退出动态调整策略；步骤六、重复步骤一至步骤五，持续监测并保持驱动器温度在稳定工作温度。2.根据权利要求1所述的一种智能化大功率航天伺服电机驱动器健康管理方法，其特征在于：所述步骤一中，当前周期结温Tj(k)的计算方法为：Tj(k)＝(2*Usat*Ip+0.5*Udc*Ip*α)*RthJC+Tc+β(Tj(k-1)-Tj(k-2))(1)式中，Usat为IGBT模块导通压降，查IGBT手册得到；Ip为电机工作电流；Udc为驱动器直流输入电压；α为电流加权系数，试验获得；β为温度加权系数，试验获得；RthJC为IGBT结-壳热阻，查IGBT手册得到；Tc为IGBT壳体温度，测量得到；Tj(k-1)为前一周期结温，初始运算时Tj(k-1)＝Tc；Tj(k-2)为前两周期结温，初始运算时Tj(k-2)＝Tc。3.根据权利要求2所述的一种智能化大功率航天伺服电机驱动器健康管理方法，其特征在于：每周期时间为100ms。4.根据权利要求3所述的一种智能化大功率航天伺服电机驱动器健康管理方法，其特征在于：所述步骤二中，结温变化率ΔTj的计算方法为：ΔTj＝Tj(k)-Tj(k-1)(2)式中，Tj(k-1)为前一周期结温，由公式(1)解算。5.根据权利要求4所述的一种智能化大功率航天伺服电机驱动器健康管理方法，其特征在于：所述步骤三中，下一周期结温Tj(k+1)根据公式(1)预测获得。6.根据权利要求5所述的一种智能化大功率航天伺服电机驱动器健康管理方法，其特征在于：所述步骤三中，判断是否启动动态调整策略的方法为：当下一周期结温Tj(k+1)大于第一预设阈值温度，且结温变化率ΔTj大于0，启动动态调整策略；否则不启动。7.根据权利要求6所述的一种智能化大功率航天伺服电机驱动器健康管理方法，其特征在于：第一预设阈值温度为120℃。8.根据权利要求7所述的一种智能化大功率航天伺服电机驱动器健康管理方法，其特征在于：所述步骤四中，动态调整策略为：当Tj(k+1)为120℃，且ΔTj≥0.5时，Ip降低2％；当Tj(k+1)为120℃，且0.2≤ΔTj＜0.5时，Ip降低1.6％；当Tj...

【专利技术属性】
技术研发人员：李雪，陈鹏，李超，曹巳甲，何宇昂，
申请(专利权)人：北京精密机电控制设备研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11