[发明专利]一种具有导电环故障容错功能的无刷直流电机驱动系统

说明书

本发明一种具有导电环故障容错功能的无刷直流电机驱动系统，属于航天用高速电机的容错控制领域。包括霍尔位置传感器换相控制模块、无位置传感器换相控制模块、转速容错检测模块、信号故障诊断模块；所述霍尔位置传感器换相控制模块，根据导电环输入的三相霍尔位置信号，生成电机三相换相信号；所述无位置传感器换相控制模块，根据输入的电机绕组端电压信号，生成电机三相换相信号；所述转速容错检测模块，获取当前电机转子的转速信息；所述信号故障诊断模块，获取电机当前的故障检测结果，根据电机当前的故障检测结果和所述转速容错检测模块获取的当前电机转子的转速信息，从所述两路换相信号中，选择一路信号作为电机的驱动信号。

技术领域

本发明属于航天用高速电机的容错控制领域，涉及一种具有导电环故障容错功能的无刷直流电机驱动系统。

背景技术

在调整航天器姿态时，通常是通过控制力矩陀螺靠改变转子角动量的方向输出力矩实现的。而控制力矩陀螺高速转子是采用无刷直流电机进行驱动的，其中，驱动电路通常采用半桥形式。

目前，在进行电机驱动时，在一个电角度周期内，通常是通过一路霍尔位置信号用来实现功率管的准确换相后，将该路换相信号作为电机的驱动信号。其中，转子转速采集的输入为一路霍尔位置信号。然而由于框架驱动转子系统360度旋转，需要通过导电环将高速转子的功率、控制及遥测信号等霍尔位置信号进行传递。导电环作为决定产品寿命的关键组件，在长期工作过程中，由于磨损以及温度交变会出现瞬断故障，当转速检测对应的霍尔位置信号出现瞬断时，会造成整个高速转子系统的控制失效。而当转子换相信号出现瞬断时，会产生的巨大制动电流将烧毁产品，造成现有电机驱动系统存在较大的安全隐患。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，结合无刷直流电机控制的特点，电机绕组信号发生瞬断故障时，不会出现存在过电流，位置信号瞬断故障时，错误的换相逻辑会产生足以烧毁产品的过电压和过电流，从而采用无位置传感器驱动和有位置传感器驱动的混合控制方法，减少对导电环传输信号的依赖，可以有效解决导电环故障导致CMG高速无刷直流电机驱动失效的难题，以及CMG高速无刷电机驱动系统导电环信号传输的瞬断故障问题。

本发明的技术方案是：一种具有导电环故障容错功能的无刷直流电机驱动系统，包括：

霍尔位置传感器换相控制模块、无位置传感器换相控制模块、转速容错检测模块、信号故障诊断模块；

所述霍尔位置传感器换相控制模块，根据导电环输入的三相霍尔位置信号，生成电机三相换相信号，并送至所述信号故障诊断模块；

所述无位置传感器换相控制模块，根据输入的电机绕组端电压信号，生成电机三相换相信号，并送至所述信号故障诊断模块；

所述转速容错检测模块，获取当前电机转子的转速信息，并送至所述信号故障诊断模块；

所述信号故障诊断模块，实时监测电机当前是否存在故障，根据电机当前的实时监测结果和所述转速容错检测模块传来的当前电机转子的转速信息，从所述霍尔位置传感器换相控制模块和所述无位置传感器换相控制模块传来的三相换相信号中，选择一个三相换相信号作为电机的驱动信号送至电机。

进一步地，

所述信号故障诊断模块包括：周期计数单元、基准比较单元和控制模式切换单元；

所述周期计数单元，对输入的三相换相信号一个周期内的上升沿计时，得到计数时长；

所述基准比较单元，将所述计数时长与预置计数周期基准值进行比较，当计数时长大于预置计数周期基准值的0.8倍，小于预置计数周期基准值的1.2倍时，确认电机当前运行正常，否则确认存在故障；