CN108536004B - 一种双冗余机电伺服机构余度切换方法 - Google Patents

一种双冗余机电伺服机构余度切换方法 Download PDF

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    • G05B9/02—Safety arrangements electric
    • G05B9/03—Safety arrangements electric with multiple-channel loop, i.e. redundant control systems

Abstract

本发明涉及一种双冗余机电伺服机构余度切换方法，双冗余机电伺服机构包括伺服控制器、双冗余伺服通道、差速器、作动器、伺服指令调度系统，所述双冗余伺服通道包括伺服通道A和伺服通道B，其中每个伺服通道均包括驱动器、伺服电机、制动器；所述机构内含多余度位移传感器；伺服通道A和伺服通道B均能锁定和解锁，从锁定指令下发到完全锁定，称之为锁定期，从解锁指令下发到完全解锁，称之为解锁期，所述制动器的解锁时间比锁定时间短；所述伺服指令调度系统用以分配伺服通道A及伺服通道B的伺服指令。本发明可在机构某一通道发生故障时隔离故障通道，故障排除后恢复余度，并在切换过程保持机构的高性能输出。

Description

一种双冗余机电伺服机构余度切换方法
技术领域
本发明涉及一种双冗余机电伺服机构余度切换方法，属于作动器控制领域。
背景技术
机电伺服机构对可靠性的要求越来越高。为了提高可靠性，目前采用多余度机电伺服机构。目前已公开的余度切换方法，只涉及宏观的余度切换策略，并未对余度切换过程进行具体研究。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提出一种双余度机电伺服机构余度切换方法，其可在机电伺服机构某一通道发生故障时隔离故障通道，故障排除后恢复余度，并在切换过程保持机电伺服机构的高性能输出。
(二)技术方案
一种双冗余机电伺服机构余度切换方法，双冗余机电伺服机构包括伺服控制器、双冗余伺服通道、差速器、作动器、伺服指令调度系统，所述双冗余伺服通道包括伺服通道A和伺服通道B，其中每个伺服通道均包括驱动器、伺服电机、制动器，所述机构内含多余度位移传感器；伺服通道A和伺服通道B均能锁定和解锁，从锁定指令下发到完全锁定，称之为锁定期，从解锁指令下发到完全解锁，称之为解锁期，所述制动器的解锁时间比锁定时间短；所述伺服指令调度系统用以分配伺服通道A及伺服通道B的伺服指令；伺服指令调度系统控制周期T0远小于解锁时间T1和锁定时间T2，满足T1>10T0；T2>10T0。
其中，在主-备单电机模式下，机构中作为主通道的伺服通道A正常工作，作为备份通道的伺服通道B的伺服电机被锁定；当伺服通道A发生故障时，伺服通道A的伺服电机经其制动器制动后被锁定，伺服通道B的伺服电机解锁。所述故障为可恢复故障，其不包括安全控制器DSP故障和作动器位移传感器不可用故障。
其中，在主-备单电机模式下故障隔离余度切换过程如下：伺服通道A发出故障信号之前，伺服通道A的指令PA指令与当前伺服指令P指令保持一致；伺服通道A在锁定期内，伺服通道A中的伺服电机处于故障状态已不可控，但其位置反馈正常，在惯性及负载作用下其运动未知；伺服通道A在锁定期内，伺服指令调度系统根据当前伺服指令P指令以及伺服通道A的位置反馈指令PA反馈决定伺服通道B的指令PB指令，满足PB指令＝P指令-PA反馈，以保证丝杠输出与指令一致；伺服通道A锁定完成后，伺服通道B的指令满足PB指令＝P指令。
其中，主-备单电机模式下故障恢复余度切换过程如下：当伺服通道A由故障状态转变为正常状态时，解锁伺服通道A的伺服电机，在伺服通道A的解锁完成之前，伺服通道B中的指令PB指令与当前伺服指令P指令一致，即PB指令＝P指令；伺服通道A解锁完成之后，伺服通道B进入锁定期之前，伺服通道A中的指令PA指令逐渐增大为当前伺服指令P指令，而伺服通道B的指令满足PB指令＝P指令-PA反馈；在伺服通道B锁定期期间，伺服通道A中的指令满足PA指令＝P指令-PB反馈，在伺服通道B锁定完成后，伺服通道A完全恢复正常工作，达到PA指令＝P指令。
其中，在主-主双电机模式下故障隔离余度切换过程如下：伺服通道A和伺服通道B同时工作，且各分担一半的当前伺服指令P指令，即PA指令＝PB指令＝0.5P指令；当伺服通道A出现故障时，伺服通道A的伺服电机经该通道的制动器制动后被锁定，在伺服通道A的锁定期内，伺服通道B中的指令PB指令满足PB指令＝P指令-PA反馈，其中PA反馈为伺服通道A的位置反馈指令，在伺服通道A锁定完成后，伺服通道B中的指令满足PB指令＝P指令。
其中，在主-主双电机模式下故障恢复余度切换过程如下：当伺服通道A由故障状态转变为正常状态时，即处于伺服通道A的解锁期时，伺服通道A执行的指令满足PA指令＝P指令-PB反馈，伺服通道B执行的指令满足PB指令＝0.5P指令，在伺服通道A解锁完成后，伺服通道A和伺服通道B执行的指令满足PA指令＝PB指令＝0.5P指令。
(三)有益效果
本发明具有如下技术效果：
1、实现了单电机工作模式和双电机工作模式，并可由主控系统根
据实际工况进行切换；
2、覆盖故障隔离与故障恢复全过程；
3、提出余度切换时序及伺服指令调度系统，可在单伺服通道故障发生后做到机电伺服系统状态全程可控；
4、状态切换过程平稳，冲击低，可靠性高。
附图说明
图1在主-备单电机模式下故障隔离余度切换示意图。
图2在主-备单电机模式下故障隔离余度切换时序图。
图3在主-备单电机模式下故障恢复余度切换时序图。
图4在主-主双电机模式下故障隔离余度切换示意图。
图5在主-主双电机模式下故障隔离余度切换时序图。
图6在主-主双电机模式下故障恢复余度切换时序图。
具体实施方式
本发明涉及一种双冗余机电伺服机构余度切换方法，其中，双冗余机电伺服机构包括伺服控制器、双冗余伺服通道、差速器、作动器、伺服指令调度系统，所述双冗余伺服通道包括伺服通道A和伺服通道B，其中每个伺服通道均包括驱动器、伺服电机、制动器，所述机电伺服机构内含多余度位移传感器；伺服通道A和伺服通道B均能锁定和解锁，从锁定指令下发到完全锁定，称之为锁定期，从解锁指令下发到完全解锁，称之为解锁期，所述制动器的解锁时间比锁定时间短；所述伺服指令调度系统用以分配伺服通道A及伺服通道B的伺服指令。
参照图1，在主-备单电机模式下，所述机电伺服机构中作为主通道的伺服通道A正常工作，作为备份通道的伺服通道B的伺服电机被锁定。当伺服通道A发生故障时，伺服通道A的伺服电机经该通道的制动器制动后被锁定，伺服通道B的伺服电机解锁。所述故障为可恢复故障，其不包括安全控制器DSP故障和作动器位移传感器不可用故障。
参照图2，在主-备单电机模式下故障隔离余度切换过程如下：伺服通达A发出故障信号之前，伺服通道A的指令PA指令与当前伺服指令P指令保持一致。伺服通道A在锁定期内，伺服通道A中的伺服电机处于故障状态已不可控，但其位置反馈正常，在惯性及负载作用下其运动未知。伺服通道A在锁定期内，伺服指令调度系统根据当前伺服指令P指令以及伺服通道A的位置反馈指令PA反馈决定伺服通道B的指令PB指令，满足PB指令＝P指令-PA反馈，以保证丝杠输出与指令一致。伺服通道A锁定完成后，伺服通道B的指令满足PB指令＝P指令。
参见图3，主-备单电机模式下故障恢复余度切换过程如下：当伺服通道A由故障状态转变为正常状态时，解锁伺服通道A的伺服电机，在伺服通道A的解锁完成之前，伺服通道B中的指令PB指令与当前伺服指令P指令一致，即PB指令＝P指令。伺服通道A解锁完成之后，伺服通道B进入锁定期之前，伺服通道A中的指令PA指令逐渐增大为当前伺服指令P指令，而伺服通道B的指令满足PB指令＝P指令-PA反馈。在伺服通道B锁定期期间，伺服通道A中的指令满足PA指令＝P指令-PB反馈，在伺服通道B锁定完成后，伺服通道A完全恢复正常工作，达到PA指令＝P指令。
参见图4、图5，在主-主双电机模式下故障隔离余度切换过程如下：伺服通道A和伺服通道B同时工作，且各分担一半的当前伺服指令，即PA指令＝PB指令＝0.5P指令。当伺服通道A出现故障时，伺服通道A的伺服电机经其制动器制动后被锁定，在伺服通道A的锁定期内，伺服通道B中的指令满足PB指令＝P指令-PA反馈，在伺服通道A锁定完成后，伺服通道B中的指令满足PB指令＝P指令。
参照图6，在主-主双电机模式下故障恢复余度切换过程如下：当伺服通道A由故障状态转变为正常状态时，即处于伺服通道A的解锁期时，伺服通道A执行的指令满足PA指令＝P指令-PB反馈，伺服通道B执行的指令满足PB指令＝0.5P指令，在伺服通道A解锁完成后，伺服通道A和伺服通道B执行的指令满足PA指令＝PB指令＝0.5P指令。

Claims (5)

1.一种双冗余机电伺服机构余度切换方法，其特征在于，双冗余机电伺服机构包括伺服控制器、双冗余伺服通道、差速器、作动器、伺服指令调度系统，所述双冗余伺服通道包括伺服通道A和伺服通道B，其中每个伺服通道均包括驱动器、伺服电机、制动器，所述机构内含多余度位移传感器；伺服通道A和伺服通道B均能锁定和解锁，从锁定指令下发到完全锁定，称之为锁定期，从解锁指令下发到完全解锁，称之为解锁期，所述制动器的解锁时间比锁定时间短；所述伺服指令调度系统用以分配伺服通道A及伺服通道B的伺服指令；伺服指令调度系统控制周期T0远小于解锁时间T1和锁定时间T2，满足T1>10T0；T2>10T0；
在主-备单电机模式下，机构中作为主通道的伺服通道A正常工作，作为备份通道的伺服通道B的伺服电机被锁定；当伺服通道A发生故障时，伺服通道A的伺服电机经其制动器制动后被锁定，伺服通道B的伺服电机解锁；
在主-备单电机模式下故障隔离余度切换过程如下：伺服通道A发出故障信号之前，伺服通道A的指令PA指令与当前伺服指令P指令保持一致；伺服通道A在锁定期内，伺服通道A中的伺服电机处于故障状态已不可控，但其位置反馈正常，在惯性及负载作用下其运动未知；伺服通道A在锁定期内，伺服指令调度系统根据当前伺服指令P指令以及伺服通道A的位置反馈指令PA反馈决定伺服通道B的指令PB指令，满足PB指令＝P指令-PA反馈，以保证丝杠输出与指令一致；伺服通道A锁定完成后，伺服通道B的指令满足PB指令＝P指令。
2.如权利要求1所述的一种双冗余机电伺服机构余度切换方法，其特征在于，主-备单电机模式下故障恢复余度切换过程如下：当伺服通道A由故障状态转变为正常状态时，解锁伺服通道A的伺服电机，在伺服通道A的解锁完成之前，伺服通道B中的指令PB指令与当前伺服指令P指令一致，即PB指令＝P指令；伺服通道A解锁完成之后，伺服通道B进入锁定期之前，伺服通道A中的指令PA指令逐渐增大为当前伺服指令P指令，而伺服通道B的指令满足PB指令＝P指令-PA反馈；在伺服通道B锁定期期间，伺服通道A中的指令满足PA指令＝P指令-PB反馈，在伺服通道B锁定完成后，伺服通道A完全恢复正常工作，达到PA指令＝P指令。
3.如权利要求2所述的一种双冗余机电伺服机构余度切换方法，其特征在于，在主-主双电机模式下故障隔离余度切换过程如下：伺服通道A和伺服通道B同时工作，且各分担一半的当前伺服指令P指令，即PA指令＝PB指令＝0.5P指令；当伺服通道A出现故障时，伺服通道A的伺服电机经该通道的制动器制动后被锁定，在伺服通道A的锁定期内，伺服通道B中的指令PB指令满足PB指令＝P指令-PA反馈，其中PA反馈为伺服通道A的位置反馈指令，在伺服通道A锁定完成后，伺服通道B中的指令满足PB指令＝P指令。
4.如权利要求3所述的一种双冗余机电伺服机构余度切换方法，其特征在于，在主-主双电机模式下故障恢复余度切换过程如下：当伺服通道A由故障状态转变为正常状态时，即处于伺服通道A的解锁期时，伺服通道A执行的指令满足PA指令＝P指令-PB反馈，伺服通道B执行的指令满足PB指令＝0.5P指令，在伺服通道A解锁完成后，伺服通道A和伺服通道B执行的指令满足PA指令＝PB指令＝0.5P指令。
5.如权利要求4所述的一种双冗余机电伺服机构余度切换方法，其特征在于，所述故障为可恢复故障，其不包括安全控制器DSP故障和作动器位移传感器不可用故障。
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