CN109495051A - 一种航空起动电机位置检测冗余控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种航空起动电机位置检测冗余控制方法，在起动控制器中采用DSP+FPGA最小系统组合，旋变解码芯片输出旋变解码并行数据至FPGA，旋变解码芯片输出ABZ脉冲信号至DSP；DSP在相同的采样周期内对直接输入的ABZ脉冲信号以及从FPGA并行接口输入的旋变解码并行数据进行采样解算成位置信息并存储；DSP对同一采样周期从两个通道得到的位置信息进行偏差计算，若偏差不大于设定的偏差阈值，则采用旋变解码并行数据解算的位置信息作为当前有效位置数据；若偏差大于预设的偏差阈值，则分别对两个通道的当前周期位置信息与上一周期位置信息的变化率进行计算，选取变化率小的通道的当前周期位置信息作为当前有效位置数据。本发明能够在复杂电磁环境下准确地检测电机的转子位置，提高系统运行稳定性。

Description

一种航空起动电机位置检测冗余控制方法

技术领域

本发明涉及航空起动电机的转子位置检测技术领域，具体为一种航空起动电机位置检测冗余控制方法。

背景技术

目前随着航空电源以及电力电子技术的发展，大功率的航空发动机也开始采用电起动方式，国外在大型民用飞机上已经开始采用大功率无刷变频交流起动/发电系统。起动电动机作为发动机的动力装置关键部件，其转子的位置检测在航空起动电机的控制中非常重要。由于在大功率起动系统中无位置控制的技术尚未成熟，难以保证起动电机的精确控制。因此目前高性能的交流调速系统一般都需要在电机转子轴上安装机械式传感器测量转子的速度和位置，其中基于磁性工作原理的旋转变压器，具有良好的输出特性与抗干扰能力，在电动机位置检测中应用广泛。

旋转变压器输出的具有位置和速度信号是模拟信号，需要转换成控制芯片要求的数字量才能使用。常见的转换方法有两种：一种是需要通过旋转变压器数字变换器(RDC)解码芯片，将模拟信号转换成含有位置和速度信息的数字信号，通过串口或并口将数据传送给数字控制芯片；另一种用A/D转换芯片先将旋转变压器输出的模拟量转换成数字控制芯片要求的数字量，再根据解码算法利用DSP或FPGA芯片实现解码。

通常，旋转变压器和解码芯片配合使用，根据解码芯片设计外围电路，实现简单，解码芯片通过串行通讯将采集到电机位置信息发送给主控芯片，或者将旋变解码芯片输出的ABZ脉冲信号发送给主控芯片，根据AB信号增量式计数的值获取电机位置信息。

但申请人发现，由于在电机高速运转时串行通信的抗干扰能力较差和可靠性较差，而机上电磁环境复杂，加上不确定的外部电磁干扰的存在，旋转变压器信号经过旋变解码器解码出来的数字角位置信号与实际电机轴角不一定吻合，旋转变压器解码芯片可能有丢脉冲的现象，进而影响到转子角度的测量精度。由于电机转子角度的测量误差，将会导致控制器做出错误的判断，影响起动系统的稳定性。

发明内容

为了能够提高航空起动电机的运行稳定性，准确通过航空起动电机内的旋转变压器获得电机的转子位置信息，本发明提出一种航空起动电机位置检测冗余控制方法，借助旋变解码芯片完成起动电机位置的双通道检测，数字信号处理器(DSP)协同可编程逻辑器件(FPGA)完成电机转速闭环的冗余控制，能够在复杂电磁环境下准确地检测电机的转子位置，提高系统运行稳定性。

本发明的技术方案为：

所述一种航空起动电机位置检测冗余控制方法，其特征在于：航空起动电机的起动控制器中采用DSP+FPGA最小系统组合，其中DSP与FPGA通过并行接口通信；航空起动电机的起动控制器中的旋变解码芯片输出旋变解码并行数据至FPGA，旋变解码芯片输出ABZ脉冲信号至DSP；

DSP在相同的采样周期内对直接从旋变解码芯片输入的ABZ脉冲信号以及从FPGA并行接口输入的旋变解码并行数据进行采样解算成位置信息并存储；

DSP对同一采样周期从两个通道得到的位置信息进行偏差计算，若偏差不大于设定的偏差阈值，则采用旋变解码并行数据解算的位置信息作为当前有效位置数据；若偏差大于预设的偏差阈值，则分别对两个通道的当前周期位置信息与上一周期位置信息的变化率进行计算，选取变化率小的通道的当前周期位置信息作为当前有效位置数据。

有益效果

本发明的有益效果在于：

1)采用高可靠性的起动电机位置双通道检测电路，获取更多电机转子位置信息，可以实时判断电机运行状态，提高控制系统的安全性。

2)设计双通道冗余控制的电机位置控制策略，针对单通道转子位置采集异常情况下，起动系统能继续完成起动工作，提高起动系统的稳定性。

3)可以适应复杂电磁环境下，根据双通道电机位置信息偏差，电机运行状态及记录本次之前的转子位置信息等综合判断，切换最优通道的转子位置信息参与控制运算，使得起动过程中电机转子位置信号检测的更加准确和可靠，提高起动系统的抗干扰性。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1：起动系统旋变信号电路框图；

图2：起动控制器位置检测冗余控制流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

为了能够提高航空起动电机的运行稳定性，本发明提出一种基于旋变解码芯片的航空起动电机位置检测的双通道冗余控制方法，能够在复杂电磁环境下准确地检测电机的转子位置，提高系统运行稳定性。

本发明的主要原理是：

1)充分利用旋变解码芯片功能，完成旋变解码输出的并行数据信号与ABZ脉冲信号进行双通道采样处理，提高了转子角度的测量准确度；

2)基于DSP+FPGA高可靠性的冗余控制设计方案，完成双通道旋变解码信息的处理，提高了系统的抗干扰能力。

图1为起动系统旋变信号电路框图，起动系统包括起动电机和起动控制器，起动电机内部安装有基于磁性工作原理旋转变压器，起动控制器内旋变解码芯片产生两路高频激励信号经过驱动放大，进入旋转变压器的励磁绕组，旋转变压器输出两组物理位置相差90°，与励磁频率相同、幅值根据转子相位变化的正余弦信号，经过信号处理电路送入旋变解码芯片。

在起动控制器内采用数字信号处理器(DSP)和现场可编程门阵列(FPGA)最小系统组合，根据旋变解码芯片的特点，解算后位置信息可以通过串行SPI或者并行数据输出现场可编程门阵列(FPGA)，也可以经过ABZ脉冲信号直接输入数字信号处理器(DSP)。

其中DSP与FPGA通过并行接口通信，旋变解码芯片输出并行数据先输入FPGA的I/O，DSP通过片选FPGA经数据总线获取转子位置信息；同时DSP也经过件管理器QEP正交编码电路对ABZ脉冲信号中的A、B路信号进行编码和计数，从而获得电机的位置和速度等信息。

DSP在相同的采样周期内完成旋变解码芯片输出并行数据信号和ABZ脉冲信号双通道位置信息采集并处理，将并行数据信号作为主通道转子位置信息，ABZ脉冲信号作为辅通道转子位置信息。如图2所示，在DSP周期中断同时读取两个通道的数据进行位置信息解算和存储，DSP中存储着最新的N次位置信息，两个通道的当前位置信息进行作差对比，若偏差不大于设定的偏差阈值，则采用旋变解码并行数据解算的位置信息作为当前有效位置数据；若偏差大于预设的偏差阈值，则分别对两个通道的当前周期位置信息与上一周期位置信息的变化率进行计算，选取变化率小的通道的当前周期位置信息作为当前有效位置数据，有效避免单个采样通道的畸变导致位置解析错误。

本发明专利可以满足在复杂电磁环境下，起动过程中电机转子位置信号检测的准确性和可靠性，进一步提高起动系统的安全性和可靠性。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (1)

1.一种航空起动电机位置检测冗余控制方法，其特征在于：航空起动电机的起动控制器中采用DSP+FPGA最小系统组合，其中DSP与FPGA通过并行接口通信；

航空起动电机的起动控制器中的旋变解码芯片输出旋变解码并行数据至FPGA，旋变解码芯片输出ABZ脉冲信号至DSP；

DSP在相同的采样周期内对直接从旋变解码芯片输入的ABZ脉冲信号以及从FPGA并行接口输入的旋变解码并行数据进行采样解算成位置信息并存储；

DSP对同一采样周期从两个通道得到的位置信息进行偏差计算，若偏差不大于设定的偏差阈值，则采用旋变解码并行数据解算的位置信息作为当前有效位置数据；若偏差大于预设的偏差阈值，则分别对两个通道的当前周期位置信息与上一周期位置信息的变化率进行计算，选取变化率小的通道的当前周期位置信息作为当前有效位置数据。