【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及运载火箭电机矢量控制，具体地，涉及一种基于基于硬件冗余的双绕组电机矢量控制系统及方法。
技术介绍
1、电动伺服产品是火箭推力矢量控制系统中的核心单机，通过控制发动机主推力方向与箭体纵轴的夹角来产生控制力矩，改变发动机尾焰的喷出方向，调整火箭飞行方向和姿态，保证火箭正常入轨，电动伺服控制系统在我国新型运载火箭中得到越来越多的应用。伺服控制驱动器是根据上位机指令，将箭载电池的直流电转换为三相交流电，实时控制双绕组电机精确运动，电机矢量控制方法是控制器中的关键部分，起着至关重要的作用。
2、运载火箭伺服余度技术在液压伺服产品上有广泛的应用基础，成熟的余度技术包括：简单并联余度、检测+纠正余度、多数表决余度、多数表决+检测纠正混合余度等多种方式。正弦波永磁同步电机的矢量控制方法主要包括：id＝0控制、最大转矩控制、弱磁控制、cosφ＝1控制、最大效率控制等方式。双绕组电机又可划分为常规双绕组、移相双绕组两种。
3、随着可重复使用运载火箭发展的迫切需求，伺服产品作为火箭控制分系统中的核心单机，对其工作时长、工作寿命、可靠度、故障容错能力均提出了更高要求，因此有必要对故障率相对较高且影响任务成败的重要单点环节进行冗余设计，由此衍生出基于硬件冗余的电机矢量控制方法的发展与实践。
技术实现思路
1、针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于硬件冗余的双绕组电机矢量控制系统及方法
2、根据本专利技术提供的一种基于硬件冗余的双绕组电机矢量控制
3、位置环控制器、速度环控制器、电流环控制器、ipark变换模块、电压空间矢量pwm波模块、驱动模块、双绕组电机、旋转解码模块、相电流采样模块和坐标变换模块；
4、所述位置环控制器和速度环控制器输出电流指令至所述电流环控制器进行控制策略计算，并输出电压至所述ipark变换模块进行坐标转换后通过所述电压空间矢量pwm波模块得到6路pwm波信号；
5、所述驱动模块接收所述pwm波信号完成功率驱动芯片的开关控制，并通过所述双绕组电机作用得到对应的旋变信号，所述旋转解码模块对所述旋变信号进行解码，所述相电流采样模块采集相应电流，所述坐标变换根据解码结果和所述电流进行对应的电流运算。
6、优选地，所述坐标变换模块包括clark变换模块和clark变换模块；
7、所述clark变换模块用于完成旋转三维坐标系到旋转两维坐标系的转换；
8、所述park变换模块用于旋转两维坐标系到静止两维坐标系的转换。
9、优选地，双绕组电机采用定子双绕组永磁同步电机，定子绕组为双y相移0°型，转子磁钢为表贴型，第一绕组和第二绕组均进行三相电流采样，角位移传感器采用冗余旋转变压器。
10、优选地，每个驱动模块均包含一套完整的三相全桥igbt驱动及测量保护电路。
11、优选地，所述驱动模块中的两路驱动电路互为热备份；
12、所述两路驱动均正常时，反馈电流为同相两路电流传感器之和；
13、一路驱动故障被隔离后，选取另一路驱动的相电流反馈值参与闭环运算。
14、优选地，实时采样第一绕组的iu1、iv1相电流，第二绕组的iu2、iv2相电流，并将两路绕组相电流之和iu1+iu2、iv1+iv2作为电流环反馈值，参与park变换。
15、根据本专利技术提供的一种基于硬件冗余的双绕组电机矢量控制方法，采用所述的基于硬件冗余的双绕组电机矢量控制系统，控制方法包括：
16、步骤s1：速度环pi控制器根据速度指令与速度反馈完成控制策略计算，并输出交轴电流指令iq；
17、步骤s2：电流环pi控制器根据iq指令与iq反馈完成控制策略计算，并输出交轴电压uq；电流环pi控制器根据id＝0指令与id反馈完成控制策略计算，并输出交轴电压ud；
18、步骤s3：ipark变换模块根据当前电机旋变反馈电角度θe，将两维静止坐标系ud、uq转换为两维旋转坐标系uα、uβ；
19、步骤s4：电压空间矢量pwm波模块输出三相全桥驱动所需的6路pwm波信号；
20、步骤s5：驱动模块中第一驱动电路和第二驱动电路根据相同的6路pwm信号，完成功率驱动芯片的开关控制，将正弦波脉宽电压作用在对应通道的电机定子绕组上；
21、步骤s6：正弦波脉宽电压导致永磁同步电机第一定子绕组和第二定子绕组上产生正弦波电流信号，在空间产生旋转磁场，所述旋转磁场带动电机转子旋转，同时导致第一旋变和第二旋变的输出端波形发生变化；
22、步骤s7：两路旋变均正常时，伺服控制驱动器内的旋变信号第一解码芯片完成第一旋变的电机机械旋角值θm解码，乘以电机极对数p后得到电气角θe，参与park和ipark计算；旋变信号第二解码芯片完成第二旋变的电机机械旋转角速度ωm解码，参与速度环pi运算；
23、步骤s8：伺服控制驱动器定时采样第一绕组的iu1、iv1、iw1相电流，第二绕组的iu2、iv2、iw2相电流，电流传感器均正常时，将两路绕组同相电流之和iu＝iu1+iu2、iv＝iv1+iv2、iw＝iw1+iw2分别作为u、v、w相电流环反馈值；
24、步骤s9：clark变换模块将iu、iv、iw变换为iα、iβ；park变换模块将iα、iβ变换成id、iq，然后将id、iq作为反馈信号参与电流环pi运算。
25、优选地，速度环pi控制器的积分环节采用预限积分停止的算法，iq的输出限幅值选取为功率驱动芯片额定电流的1/2；
26、电流环pi控制器的积分环节采用预限积分停止的算法，ud、uq的输出限幅值选取为驱动电路直流母线电压的95％；
27、ipark变换模块的输出限幅值选取为驱动电路直流母线电压的95％；
28、双绕组电机中的第一绕组和第二绕组的电阻值、电感值两两相差不超过5％。
29、优选地，电压空间矢量pwm波模块采用正弦波脉宽调制，正弦波脉宽调制包括7段式或5段式；
30、所述第一驱动电路和第二驱动电路的器件选型、布局布线要求保持一致。
31、优选地，第一绕组和第二绕组分别由对应的第一驱动芯片和第二驱动芯片进行独立控制。
32、与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
33、1、本专利技术冗余成本小，仅选择故障概率高且对系统有重要影响的单点环节进行双冗余，通过采用故障判决+隔离的方式，实现双冗余下的一度故障正常工作，冗余效果明显。
34、2、本专利技术产品体积及重量变化不大，驱动电路可采用层叠的方式，可实现在高度方向仅增加10～20mm；电机双绕组设计对电机尺寸和重量影响不大；旋变体积和重量在电机中比重不高，双冗余代价不高。
35、3、本专利技术通过单芯片运算控制，和硬件电路、双绕组一致性设计，确保第一绕组、和第二绕组的正弦电流幅值相位基本一致，双绕组本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于硬件冗余的双绕组电机矢量控制系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于硬件冗余的双绕组电机矢量控制系统，其特征在于，所述坐标变换模块包括CLARK变换模块和CLARK变换模块；
3.根据权利要求1所述的基于硬件冗余的双绕组电机矢量控制系统，其特征在于，双绕组电机采用定子双绕组永磁同步电机，定子绕组为双Y相移0°型，转子磁钢为表贴型，第一绕组和第二绕组均进行三相电流采样，角位移传感器采用冗余旋转变压器。
4.根据权利要求1所述的基于硬件冗余的双绕组电机矢量控制系统，其特征在于，每个驱动模块均包含一套完整的三相全桥IGBT驱动及测量保护电路。
5.根据权利要求1所述的基于硬件冗余的双绕组电机矢量控制系统，其特征在于，所述驱动模块中的两路驱动电路互为热备份；
6.根据权利要求3所述的基于硬件冗余的双绕组电机矢量控制系统，其特征在于，实时采样第一绕组的IU1、IV1相电流，第二绕组的IU2、IV2相电流，并将两路绕组相电流之和IU1+IU2、IV1+IV2作为电流环反馈值，参与PARK变换。
8.根据权利要求7所述的基于硬件冗余的双绕组电机矢量控制方法，其特征在于，速度环PI控制器的积分环节采用预限积分停止的算法，Iq的输出限幅值选取为功率驱动芯片额定电流的1/2；
9.根据权利要求7所述的基于硬件冗余的双绕组电机矢量控制方法，其特征在于，电压空间矢量PWM波模块采用正弦波脉宽调制，正弦波脉宽调制包括7段式或5段式；
10.根据权利要求7所述的基于硬件冗余的双绕组电机矢量控制方法，其特征在于，第一绕组和第二绕组分别由对应的第一驱动芯片和第二驱动芯片进行独立控制。
...【技术特征摘要】
1.一种基于硬件冗余的双绕组电机矢量控制系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于硬件冗余的双绕组电机矢量控制系统，其特征在于，所述坐标变换模块包括clark变换模块和clark变换模块；
3.根据权利要求1所述的基于硬件冗余的双绕组电机矢量控制系统，其特征在于，双绕组电机采用定子双绕组永磁同步电机，定子绕组为双y相移0°型，转子磁钢为表贴型，第一绕组和第二绕组均进行三相电流采样，角位移传感器采用冗余旋转变压器。
4.根据权利要求1所述的基于硬件冗余的双绕组电机矢量控制系统，其特征在于，每个驱动模块均包含一套完整的三相全桥igbt驱动及测量保护电路。
5.根据权利要求1所述的基于硬件冗余的双绕组电机矢量控制系统，其特征在于，所述驱动模块中的两路驱动电路互为热备份；
6.根据权利要求3所述的基于硬件冗余的双绕组电机矢量控制系统，其特征在于，实时采...
【专利技术属性】
技术研发人员：牟筱宁，陈树恒，胡翔宇，崔业兵，蔡福门，
申请(专利权)人：上海航天控制技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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