一種冗余的直流無刷電機控制系統的制作方法
【專利摘要】一種冗余的直流無刷電機控制系統，涉及一種直流無刷電機控制系統。為了解決現有冗余直流無刷電機控制系統的體積大、重量重、且結構復雜的問題。它包括主份控制單元、備份控制單元和具有單繞組的直流無刷電機和三相數字霍爾位置傳感器，具有單繞組的直流無刷電機的三相繞組同時與主份控制單元的驅動信號輸出端和備份控制單元的驅動信號輸出端連接，三相數字霍爾位置傳感器用于采集具有單繞組的直流無刷電機的轉子位置信息，并將轉子位置信息同時送至主份控制單元和備份控制單元，主份控制單元和備份控制單元結構相同，且均具有電氣隔離功能，主份控制單元包括控制器、電機驅動電路、開關隔離電路、數字霍爾采集電路、電源電路。用于電機控制領域。
【專利說明】一種冗余的直流無刷電機控制系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種直流無刷電機控制系統。
【背景技術】
[0002]直流無刷電機是基于電磁感應原理工作的一類動力輸出裝置，一般由定子、轉子、三相對稱星型繞組和三相數字霍爾位置傳感器組成。具有體積小、重量輕、輸出力矩大、無級調速、調速范圍廣、過載能力強等特點，在空間飛行器和空間機器人等領域得到了廣泛應用。
[0003]隨著對設備可靠性要求的提高，系統常常采用冗余設計技術，即在系統的關鍵環節采用兩套或兩套以上的功能相同的元件，當某一套元件出現故障時，備份元件仍能保證系統正常工作。例如，在空間機器人關節系統設計時，每個關節的機械本體對應設計了兩套相同的電氣部件及其控制系統，每套系統都能夠獨立完成機器人關節運動控制的所有工作。為了和冗余的控制系統相配套，直流無刷電機為關節的動力輸出單元也需要進行冗余設計，于是出現了雙繞組直流無刷電機，即在直流無刷電機內部具有完全相同的兩套繞組和相應的數字霍爾位置傳感器，每套繞組分別對應一套關節控制器。然而，兩套獨立繞組的應用增加了電機的體積和重量，相應的機器人關節就需要更大的體積來安裝直流無刷電機，那么對于整個空間機器人系統來說，體積和重量增加的代價是巨大的。
[0004]直流無刷電機是一種驅動部件，它還需要驅動電路和信號采集電路配合工作，而驅動電路和信號采集電路都是由多個元器件組成的，從可靠性角度來分析，直流無刷電機的繞組是否冗余不是制約整個系統可靠性的關鍵環節。
[0005]因此，由驅動電路和信號采集電路等組成的控制系統采用冗余設計，電機繞組不采用冗余設計或采用局部冗余設計，就能夠在系統級的可靠性與體積和重量之間形成一種平衡。需要說明的是，這種控制結構的實現需要解決一套繞組所對應的兩套電子電路之間的相互影響的問題。
【發明內容】
[0006]本發明是為了解決現有冗余直流無刷電機控制系統的體積大、重量重、且結構復雜的問題，本發明提供了一種冗余的直流無刷電機控制系統。
[0007]一種冗余的直流無刷電機控制系統，它包括主份控制單元、備份控制單元和具有單繞組的直流無刷電機和三相數字霍爾位置傳感器，
[0008]所述的具有單繞組的直流無刷電機的三相繞組同時與主份控制單元的驅動信號輸出端和備份控制單元的驅動信號輸出端連接，三相數字霍爾位置傳感器用于采集具有單繞組的直流無刷電機的轉子位置信息，并將該轉子位置信息同時送至主份控制單元和備份控制單元，其特征在于，
[0009]主份控制單元和備份控制單元結構相同，且主份控制單元、備份控制單元均具有電氣隔離功能，
[0010]主份控制單元包括控制器、電機驅動電路、開關隔離電路、數字霍爾采集電路和電源電路，
[0011]電源電路的電源輸出端通過二極管與三相數字霍爾位置傳感器的電源輸入端連接，三相數字霍爾位置傳感器的三相數據信號輸出端分別通過3個二極管與數字霍爾采集電路的數據信號輸入端連接，數字霍爾采集電路用于將采集的信號送至控制器，控制器根據接收的數據信號通過控制器的I號控制端口發出控制信號控制電機驅動電路，電機驅動電路的驅動信號輸出端通過開關隔離電路與具有單繞組的直流無刷電機的三相繞組連接，控制器的2號控制端口與開關隔離電路的控制信號輸入端連接。
[0012]所述的具有單繞組的直流無刷電機的三個繞組具有相同的電氣參數，三個繞組相差120°電角度。
[0013]三相數字霍爾位置傳感器由三個相差120°電角度的霍爾效應位置傳感器構成。
[0014]所述的主份控制單元和備份控制單元不同時工作。
[0015]所述的霍爾效應位置傳感器采用集電極開路輸出結構實現。
[0016]現有的冗余直流無刷電機控制系統中包括兩個控制單元和兩個電機(或者一個電機本體中有兩套獨立繞組)，使一個控制單元對應控制一個電機(或一套獨立的繞組)，而本發明簡化了冗余直流無刷電機控制系統的結構，減少了一個電機(或減少了一套繞組)，使兩個控制單元分別控制同一個電機繞組，且提高了冗余系統的可靠性。
[0017]本發明帶來的有益效果是，本發明提供了一種冗余的直流無刷電機控制系統，并能夠相互獨立工作，能夠有效的減小直流無刷電機控制系統的體積和重量，結構簡單，并對系統的可靠性基本無影響。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明的所述的一種冗余的直流無刷電機控制系統的原理示意圖。
【具體實施方式】
[0019]【具體實施方式】一:參見圖1說明本實施方式，本實施方式所述的一種冗余的直流無刷電機控制系統，它包括主份控制單元1、備份控制單元2和具有單繞組的直流無刷電機3和三相數字霍爾位置傳感器3-2，
[0020]所述的具有單繞組的直流無刷電機3的三相繞組同時與主份控制單元I的驅動信號輸出端和備份控制單元2的驅動信號輸出端連接，三相數字霍爾位置傳感器3-2用于采集具有單繞組的直流無刷電機3的轉子位置信息，并將該轉子位置信息同時送至主份控制單元I和備份控制單元2，主份控制單元I和備份控制單元2結構相同，且主份控制單元1、備份控制單元2均具有電氣隔離功能，
[0021]主份控制單元I包括控制器1-1、電機驅動電路1-2、開關隔離電路1-3、數字霍爾采集電路1-4和電源電路1-5，
[0022]電源電路1-5的電源輸出端通過二極管與三相數字霍爾位置傳感器3-2的電源輸入端連接，三相數字霍爾位置傳感器3-2的三相數據信號輸出端分別通過3個二極管與數字霍爾采集電路1-4的數據信號輸入端連接，數字霍爾采集電路1-4用于將采集的信號送至控制器1-1，控制器1-1根據接收的數據信號通過控制器1-1的I號控制端口發出控制信號控制電機驅動電路1-2，電機驅動電路1-2的驅動信號輸出端通過開關隔離電路1-3與具有單繞組的直流無刷電機3的三相繞組連接，控制器1-1的2號控制端口與開關隔離電路1-3的控制信號輸入端連接。
[0023]本實施方式中，主份控制單元1、備份控制單元2均具有電氣隔離功能主要從接入的二極管上體現出來。
[0024]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一所述的一種冗余的直流無刷電機控制系統的區別在于，所述的具有單繞組的直流無刷電機3的三個繞組具有相同的電氣參數，三個繞組相差120°電角度。
[0025]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一所述的一種冗余的直流無刷電機控制系統的區別在于，三相數字霍爾位置傳感器3-2由三個相差120°電角度的霍爾效應位置傳感器構成。
[0026]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一所述的一種冗余的直流無刷電機控制系統的區別在于，所述的主份控制單元I和備份控制單元2不同時工作。
[0027]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】三所述的一種冗余的直流無刷電機控制系統的區別在于，所述的霍爾效應位置傳感器采用集電極開路輸出結構實現。
[0028]【具體實施方式】六:本實施方式與【具體實施方式】三所述的一種冗余的直流無刷電機控制系統的區別在于，數字霍爾采集電路1-4采用電路上拉結構。
【權利要求】
1.一種冗余的直流無刷電機控制系統，它包括主份控制單元(1)、備份控制單元(2)和具有單繞組的直流無刷電機(3)和三相數字霍爾位置傳感器(3-2), 所述的具有單繞組的直流無刷電機(3)的三相繞組同時與主份控制單元(1)的驅動信號輸出端和備份控制單元(2)的驅動信號輸出端連接，三相數字霍爾位置傳感器(3-2)用于采集具有單繞組的直流無刷電機(3)的轉子位置信息，并將該轉子位置信息同時送至主份控制單元(1)和備份控制單元(2),其特征在于， 主份控制單元(1)和備份控制單元(2)結構相同，且主份控制單元(1)、備份控制單元(2)均具有電氣隔離功能， 主份控制單元(1)包括控制器(1-11電機驅動電路(1-21開關隔離電路(1-3)、數字霍爾米集電路(1-4)和電源電路(1-5), 電源電路(1-5)的電源輸出端通過二極管與三相數字霍爾位置傳感器(3-2)的電源輸入端連接，三相數字霍爾位置傳感器(3-2)的三相數據信號輸出端分別通過3個二極管與數字霍爾采集電路(1-4)的數據信號輸入端連接，數字霍爾采集電路(1-4)用于將采集的信號送至控制器(1-1),控制器(1-1)根據接收的數據信號通過控制器(1-1)的1號控制端口發出控制信號控制電機驅動電路(1-2),電機驅動電路(1-2)的驅動信號輸出端通過開關隔離電路(1-3)與具有單繞組的直流無刷電機(3)的三相繞組連接，控制器(1-1)的2號控制端口與開關隔離電路(1-3)的控制信號輸入端連接。
2.根據權利要求1所述的一種冗余的直流無刷電機控制系統，其特征在于，所述的具有單繞組的直流無刷電機(3)的三個繞組具有相同的電氣參數，三個繞組相差120。電角度。
3.根據權利要求1所述的一種冗余的直流無刷電機控制系統，其特征在于，三相數字霍爾位置傳感器(3-2)由三個相差120。電角度的霍爾效應位置傳感器構成。
4.根據權利要求1所述的一種冗余的直流無刷電機控制系統，其特征在于，所述的主份控制單元(1)和備份控制單元(2)不同時工作。
5.根據權利要求3所述的一種冗余的直流無刷電機控制系統，其特征在于，所述的霍爾效應位置傳感器采用集電極開路輸出結構實現。
6.根據權利要求1所述的一種冗余的直流無刷電機控制系統，其特征在于，數字霍爾采集電路(1-4)采用電路上拉結構。
【文檔編號】H02P6/08GK104467564SQ201410850384
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月31日 優先權日:2014年12月31日
【發明者】郭闖強, 高海波, 吳春亞, 鄒添, 張子健, 倪風雷, 劉宏 申請人:哈爾濱工業大學