【技术实现步骤摘要】
本申请属于电动飞机电机控制算法设计领域，特别涉及一种应用于电动飞机的高可靠电机冗余控制方法及系统。
技术介绍
1、电动飞机技术在改善起飞爬升性能，提高飞机气动效率，实现低碳环保的绿色航空方面有很大的应用潜力。电动飞机采用的推进系统是以电能(电池)作为飞机飞行推力的全部来源，利用驱动器控制高功率密度电动机驱动螺旋桨产生飞行动力。电动飞机采用用高功率密度电机算法替换发动机，电推进电机控制器是电动飞机动力算法的控制核心，以定距螺旋桨电动飞机为例，其基本功能是控制电推进电机的转速进而控制电机功率，最终控制电动飞机的动力。
2、针对电动飞机而言，大功率电机系统替换发动机之后对其可靠性提出了更高的要求。电机系统可靠性提升可通过整机备份或者硬件备份的方式，还可以采用硬件冗余方式提升可靠性。然而与这两种方法相比，在原有硬件架构下采用软件冗余方式具有结构简单，不需额外增加硬件，显得更具有潜力。目前dsp+fpga架构的数字硬件系统因其兼顾速度和灵活性，既满足底层信号处理要求，又满足高层信号处理要求，已被广泛应用于电机控制领域，其中dsp负责电机控制核心算法，fpga负责高速逻辑信号处理和采样处理。该架构本质是单一控制算法控制，一旦dsp控制算法发生故障，此时电机控制容易发生安全性事故。电动飞机有较高的安全性的需求和相关标准要求，因此该控制算法不再适用。
3、因此如何实现电动飞机的高可靠性飞行需求是一个需要解决的问题。
技术实现思路
1、本申请的目的是提供了一种应用于电动飞机的
2、本申请的技术方案是：一种应用于电动飞机的高可靠电机冗余控制方法，包括：
3、获取当前电动机性能和运行需求，判断当前电动机所需执行的控制模式，控制模式包括模式一、模式二和模式三；
4、当执行模式一时，在fpga内采集电流与位置信号发送并至dsp内的xintf模块，在dsp内进行转速环解算和坐标变换，而后将转速运算结果和坐标变换结果输入至第一电流环模块，进行电流解算，再经过坐标逆转换后传输至第一svpwm模块内，进行下一步骤的电机占空比解算，形成第一结算结果，并将第一解算结果传输至fpga内的pwm模块，所述pwm模块经过故障保护功能模块的判断后电机工作参数发送至对应电动机；
5、当执行模式二时，在fpga内采集电流、转速和位置信号并将转速信号发送并通过xintf模块将转速信号发送至dsp内，在dsp内进行转速环解算，并将转速环解算结果输入至fpga内，进行电流解算和电机占空比解算，形成第二解算结果，并将第二解算结果传输至fpga内的pwm模块，所述pwm模块加入死区时间后，经过故障保护模块的逻辑判断后将电机工作参数发送至对应电动机；
6、当执行模式三时，在fpga内采集电流与位置信号发送并至dsp内的xintf模块，在dsp内进行转速环解算、坐标系变换、坐标变换和电流解算，再通过第一svpwm模块解算后形成第一解算结果；同时将转速环解算结果传输至fpga内，进行坐标系变换、坐标变换和电流解算，再通过第二svpwm模块解算后形成第二解算结果；同时将第一解算结果和第二解算结果发送至pwm模块，通过优先决策算法进行比较，输出最优pwm至对应电动机内。
7、优选地，执行优先决策算法时，分别获取第一解算结果和第二解算结果内的电机占空比并进行比较，当两组电机占空比的输出结果误差小于5％，则将第二解算结果输出至电动机内；当两组电机占空比的输出结果误差大于5％时，则再次比较第一解算结果和第二解算结果内的电流环反馈值，并与对应的电流环给定值进行比较，选取电流环反馈值与电流环给定值差值最小的电流环反馈值对应的解算结果输入至电动机内。
8、优选地，所述fpga内还设有故障保护模块，所述故障保护模块一方面采样母线电压电流和逆变桥处硬件调理电路的状态、一方面设置占空比阈值，通过母线电压电流和逆变桥处硬件调理电路的状态与占空比阈值对比判断，决定发波还是封波。
9、优选地，模式切换的逻辑为：获取电动机的基频信号，当基频信号小于800hz时，切换为模式一；当基频信号大于800hz时，切换为模式二；设置高算度基频范围，当电动机为双绕组电机或满足高算度基频范围的三相电机时，切换为模式三。
10、优选地，所述dsp和fpga均采用foc算法。
11、作为一种具体实施方式，一种应用于电动飞机的高可靠电机冗余控制系统，包括dsp和fpga，所述dsp包括xintf模块、第一转速环模块、第一电流环模块、第一clark变换模块、第一park变换模块、第一park逆变换模块和第一svpwm模块；
12、所述fpga包括电流采样模块，位置速度采样模块、函数计算模块、第二clark变换模块、第二park变换模块、第二电流环模块、第二park逆变换模块、第二svpwm模块和pwm模块；
13、所述电流采样模块的输出端与第二clark变换模块和xintf模块电连接，所述位置速度采样模块的输出端与函数计算模块和xintf模块电连接，所述xintf模块与第一转速环模块双向连接，所述xintf模块的输出端与第一clark变换模块和第二电流环模块电连接，所述第一转速环模块和第一clark变换模块的输出端均与第一电流环模块电连接，所述第一电流环模块的输出端与第一park逆变换模块电连接，所述第一park逆变换模块的输出端与第一svpwm模块电连接；
14、所述函数计算模块和第二clark变换模块的输出端与第二park变换模块电连接，所述第二park变换模块的输出端与第二电流环模块电连接，所述第二电流环模块、第二park逆变换模块和第二svpwm模块串联连接，所述第一svpwm模块和第二svpwm模块的输出端均与pwm模块电连接。
15、本申请的应用于电动飞机的高可靠电机冗余控制方法及系统，采用dps+fpga架构，通过不同的控制逻辑形成不同的控制模式，控制模式包括模式一、模式二和模式三，可根据应用场合进行切换，提升了电机控制算法的适应性。此外，采用fpag超强的并行计算能力，可大大加速电流环运行时间，较大地提高了电流环的运行速度，提高了电流环的带宽，最大的优势是冗余备份算法结构进一步提升了控制器的安全性，拓宽该类航空电机控制算法的应用范围和可靠性；完善了dsp和fpga的信息交互，fpga控制模块易于移植，增强了该控制模块的通用性，提升了控制算法的适应性。
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1.一种应用于电动飞机的高可靠电机冗余控制方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的应用于电动飞机的高可靠电机冗余控制方法，其特征在于：执行优先决策算法时，分别获取第一解算结果和第二解算结果内的电机占空比并进行比较，当两组电机占空比的输出结果误差小于5％，则将第二解算结果输出至电动机内；当两组电机占空比的输出结果误差大于5％时，则再次比较第一解算结果和第二解算结果内的电流环反馈值，并与对应的电流环给定值进行比较，选取电流环反馈值与电流环给定值差值最小的电流环反馈值对应的解算结果输入至电动机内。
3.如权利要求1所述的应用于电动飞机的高可靠电机冗余控制方法，其特征在于：所述FPGA内还设有故障保护模块，所述故障保护模块一方面采样母线电压电流和逆变桥处硬件调理电路的状态、一方面设置占空比阈值，通过母线电压电流和逆变桥处硬件调理电路的状态与占空比阈值对比判断，决定发波还是封波。
4.如权利要求1所述的应用于电动飞机的高可靠电机冗余控制方法，其特征在于，模式切换的逻辑为：获取电动机的基频信号，当基频信号小于800HZ时，切换为模式一；当基频信号大
5.如权利要求1所述的应用于电动飞机的高可靠电机冗余控制方法，其特征在于：所述DSP和FPGA均采用FOC算法。
6.一种应用于电动飞机的高可靠电机冗余控制系统，采用如权利要求1-5任一所述的方法，其特征在于：包括DSP和FPGA，所述DSP包括xintf模块、第一转速环模块、第一电流环模块、第一Clark变换模块、第一Park变换模块、第一Park逆变换模块和第一SVPWM模块；
...【技术特征摘要】
1.一种应用于电动飞机的高可靠电机冗余控制方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的应用于电动飞机的高可靠电机冗余控制方法，其特征在于：执行优先决策算法时，分别获取第一解算结果和第二解算结果内的电机占空比并进行比较，当两组电机占空比的输出结果误差小于5％，则将第二解算结果输出至电动机内；当两组电机占空比的输出结果误差大于5％时，则再次比较第一解算结果和第二解算结果内的电流环反馈值，并与对应的电流环给定值进行比较，选取电流环反馈值与电流环给定值差值最小的电流环反馈值对应的解算结果输入至电动机内。
3.如权利要求1所述的应用于电动飞机的高可靠电机冗余控制方法，其特征在于：所述fpga内还设有故障保护模块，所述故障保护模块一方面采样母线电压电流和逆变桥处硬件调理电路的状态、一方面设置占空比阈值，通过母线电压电流和逆变桥处硬件调理...
【专利技术属性】
技术研发人员：王心媛，何琪，曲港辉，钟兴宇，孙利利，
申请(专利权)人：陕西航空电气有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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