本发明专利技术涉及水下作业设备技术领域，具体为一种水下作业机器人高效大功率驱动控制器，包括螺旋桨、导流罩、磁耦合联动装置、减速箱以及驱动体，驱动体内包括有驱动电路以及电性连接的驱动电机，驱动电路包括有相互电性连接的STM32F4单片机控制器、水密接插件、功率管驱动电路、功率逆变电路、温度传感器以及反电动势检测模块，驱动体与水下机器人连接；STM32F4单片机控制器内电性连接有有CAN通信模块、温度处理器、算法模块、电流闭环过流保护模块以及转子监测模块。本发明专利技术的高效驱动控制器使用了先进的磁耦合密封技术，体积、重量、水动性能、工作效率等多项参数达到了比较高的水平，从而能够整体提升驱动控制器驱动的稳定性与实用性。性。性。
【技术实现步骤摘要】
一种水下作业机器人高效大功率驱动控制器及其控制方法
[0001]本专利技术涉及一种检测装置，特别是涉及一种水下作业机器人高效大功率驱动控制器及其控制方法，属于水下作业设备
技术介绍
[0002]随着海洋资源的开发和利用，自主水下航行器技术得到了越来越多人的关注，为了能够进一步完成自治的水下作业任务，水下潜器作业臂系统得到了极大的发展，通过在自主水下航行器上搭载水下机械臂，实现水下作业，例如：水下物品的打捞，开关阀门等，目前海产品的打捞主要靠潜水员携带的作业工具，潜水员海产品的打捞存在局限性，一方面潜水员不能长时间在水下作业，另一方面海域中存在一些潜水员无法到达的地方，限制潜水员的水下作业空间；国家对海洋开发高度重视，并积极发展海洋科学技术和教育，其中水下机器人作为水下安全检测强有力的工具，得到了越来越广泛的应用，这对于我们开发海洋环境具有重大意义；现有的水下作业机器人都是由驱动控制器以及机器人本体组成的，而驱动控制器在运转使用时还具有一定的使用缺陷。
[0003]因此，亟需对水下作业设备的驱动控制器进行改进，以解决上述存在的问题。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是提供一种水下作业机器人高效大功率驱动控制器及其控制方法，高效驱动控制器使用了先进的磁耦合密封技术，体积、重量、水动性能、工作效率等多项参数达到了比较高的水平，从而能够整体提升驱动控制器驱动的稳定性与实用性。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：一种水下作业机器人高效大功率驱动控制器，包括螺旋桨、导流罩、磁耦合联动装置、减速箱以及驱动体，所述驱动体内包括有驱动电路以及电性连接的驱动电机，所述驱动电路包括有相互电性连接的STM32F4单片机控制器、水密接插件、功率管驱动电路、功率逆变电路、温度传感器以及反电动势检测模块，所述驱动体与水下机器人连接；所述STM32F4单片机控制器内电性连接有有CAN通信模块、温度处理器、算法模块、电流闭环过流保护模块以及转子监测模块。
[0006]优选的，所述螺旋桨的浆叶为对称型结构，所述导流罩的规格型号为No.19A。
[0007]优选的，所述磁耦合联动装置包括有内转子部件、钛合金隔离套和外转子部件。
[0008]优选的，所述驱动电路包括有功率部分以及控制部分，所述功率部分采用6个N通道的MOSFET组成三相全桥逆变电路；选用MOSFET集成驱动芯片驱动功率管；采用三电阻的方式采集逆变桥三相相电流；采用反电动势法检测电子转子位置。
[0009]优选的，所述水下驱动系统通过尾部的所述水密接插件供电和通信，供电采用标准48V供电；采用所述CAN通信模块，并且搭配两根双绞线作为信号线。
[0010]优选的，所述STM32F4单片机控制器内嵌有FPU浮点运算单元。
[0011]优选的，所述驱动电机为大功率的BLDC无刷电机，采用48V供电，最大功率为1500W，最高转速为1800rpm，正向最大推力为360N，最大有效轴功率为1130.4W，效率高达为75.36%；反向最大推力为312N，最大有效轴功率为1275.8W。
[0012]一种水下作业机器人高效大功率驱动控制器的控制方法，包括如下步骤：S1：通过将驱动控制器与水下机器人进行连接，水下机器人尾部通过水密接插件给驱动控制器进行供电和通信，将信号同时传输至STM32F4单片机控制器、功率管驱动电路以及功率逆变电路，所述STM32F4单片机控制器采用CAN通信模块接收传输信号；同时为了构建水下驱动器的状态方程，建立驱动器的滑模观测系统，需先确定系统的状态变量、输入量和输出量，在项目系统中，状态变量为驱动器定子相电流差和线反电动势，输入为驱动器线电压，输出为相电流差；S2：然后利用所述STM32F4单片机控制器内部的算法模块进行计算，然后传输至所述功率管驱动电路以及所述功率逆变电路进行电路的控制，从而控制BLDC无刷电机进行开启运行，从而使驱动控制器带动水下机器人进行运动；上述运动中将建立的螺旋桨（1）运动仿真模型作为负载模块加入基于滑模观测器位置检测的水下驱动器直接转矩控制系统中，得到螺旋桨负载特性下的直接转矩控制系统模型S3：所述功率逆变电路利用温度传感器检测MOSFET工作温度，温度信号会传输至所述STM32F4单片机控制器内的温度处理器内，一旦检测到超过安全值立即停机，同时所述功率逆变电路还利用电流闭环过流保护模块进行保护，在所述功率逆变电路将信号传输至BLDC无刷电机的过程中会将信号同时传输至反电动势检测模块，所述反电动势检测模块会将检测的信心传输至所述STM32F4单片机控制器内的转子监测模块进行实时监测；S4：其中新型滑模观测器应用于直接转矩控制系统中，估算出永磁电机的线反电势，并将其等效成三个离散的虚拟霍尔信号，在永磁电机正常工作时，通过使用该虚拟信号的输出而获得的电压空间矢量恰好能在定子上产生六边形的磁链，所以将这种方法应用于永磁电机直接转矩控制中，省略复杂的磁链计算和磁链给定，同时又能实现转矩快速响应，提高鲁棒性。
[0013]本专利技术至少具备以下有益效果：1、高效驱动控制器使用了先进的磁耦合密封技术，体积、重量、水动性能、工作效率等多项参数达到了比较高的水平，从而能够整体提升驱动控制器驱动的稳定性与实用性。
[0014]2、创新设计电机本体和动力驱动电路集成一体化的驱动控制器结构，集驱动电机、减速器、螺旋桨和导流罩以及控制电路于一体，具有高集成度、控制简单、易于安装、维护方便、体积小、重量轻、噪声振动小，散热好、功率密度大、效率高、适用范围广等优点。
[0015]3、研制高功率密度永磁电机及其驱动器，永磁电动机单机容量的不断扩大，对其驱动器的要求也越来越高，研究开发出不断完善的大功率永磁电动机驱动器，将是决定大功率永磁电动机能否可靠运行的关键，研制的水下高效电动驱动器采用48V供电，最大功率1500W，最高转速1800rpm，正向最大推力360N，最大有效轴功率1130.4W，效率高达75.36%；反向最大推力312N，最大有效轴功率1275.8W，效率高达85.05%。
[0016]4、电机控制器性能特点：过热保护功能避免调速器内部元件工作在过热环境中，
能显著延长元件工作寿命，限流保护功能除了能在电机堵转时保护调速器内部元件，还能防止电机过热，异常保护能在控制器或电机出现异常时迅速关断，避免故障进一步扩大，欠压保护功能可以避免蓄电池过度放电，显著延长蓄电池寿命，减少用户不必要的损失。
[0017]5、温度传感器用于检测MOS管的工作温度，一旦超过设定的安全值，单片机就输出一个报警信号，停止电机运行，采用反电动势过零检测法检测电机转子位置并计算电机转速，减小了电机的安装尺寸、降低了成本、提高了电机运行的可靠性。
[0018]6、驱动系统最大功率达到1500W，最大工作电流超过了30A，给PCB板上元器件的位置布置与走线带来了极大的难度，加大了电磁兼容设计的难度，此外大电流必定带来了大的热量，因此在PCB板上设计了散热本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种水下作业机器人高效大功率驱动控制器，包括螺旋桨（1）、导流罩（2）、磁耦合联动装置（4）、减速箱（3）以及驱动体（5），其特征在于，所述驱动体（5）内包括有驱动电路以及电性连接的驱动电机，所述驱动电路包括有相互电性连接的STM32F4单片机控制器、水密接插件、功率管驱动电路、功率逆变电路、温度传感器以及反电动势检测模块，所述驱动体（5）与水下机器人连接；所述STM32F4单片机控制器内电性连接有有CAN通信模块、温度处理器、算法模块、电流闭环过流保护模块以及转子监测模块。2.根据权利要求1所述的一种水下作业机器人高效大功率驱动控制器，其特征在于：所述螺旋桨（1）的浆叶为对称型结构，所述导流罩（2）的规格型号为No.19A。3.根据权利要求1所述的一种水下作业机器人高效大功率驱动控制器，其特征在于：所述磁耦合联动装置（4）包括有内转子部件、钛合金隔离套和外转子部件。4.根据权利要求1所述的一种水下作业机器人高效大功率驱动控制器，其特征在于：所述驱动电路包括有功率部分以及控制部分，所述功率部分采用6个N通道的MOSFET组成三相全桥逆变电路；选用MOSFET集成驱动芯片驱动功率管；采用三电阻的方式采集逆变桥三相相电流；采用反电动势法检测电子转子位置。5.根据权利要求4所述的一种水下作业机器人高效大功率驱动控制器，其特征在于：所述水下驱动系统通过尾部的所述水密接插件供电和通信，供电采用标准48V供电；采用所述CAN通信模块，并且搭配两根双绞线作为信号线。6.根据权利要求1所述的一种水下作业机器人高效大功率驱动控制器，其特征在于：所述STM32F4单片机控制器内嵌有FPU浮点运算单元。7.根据权利要求1所述的一种水下作业机器人高效大功率驱动控制器，其特征在于：所述驱动电机为大功率的BLDC无刷电机，采用48V供电，最大功率为1500W，最高转速为1800rpm，正向最大推力为360N，最大有效轴功率为1130.4W，效率高达为75.36%；反向最大推...
【专利技术属性】
技术研发人员：周汉涛，刘春明，贾涛，顾金鑫，
申请(专利权)人：江苏硕阳电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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