CN110726934A - 针对采用ad2s1210旋变解码芯片的航空起动电机旋变回路故障检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种针对采用AD2S1210旋变解码芯片的航空起动电机旋变回路故障检测方法，通过航空起动电机内的旋转变压器与控制器内部的旋变解码芯片AD2S1210相结合，从而获得电机的转子位置信息。在起动电机静止的情况下，旋变回路存在开路或短路时，利用旋变解码芯片AD2S1210的输出的ABZ脉冲信号，通过数字信号处理器(DSP)和可编程逻辑器件(FPGA)进行信号采集位置信息，辅助检测旋变回路故障的检测方法，结合旋变解码芯片的故障信号指示，完成航空起动电机的可靠控制。

Description

针对采用AD2S1210旋变解码芯片的航空起动电机旋变回路故 障检测方法

技术领域

本发明涉及航空起动电机旋变回路故障检测技术领域，具体为一种针对采用AD2S1210旋变解码芯片的航空起动电机旋变回路故障检测方法。

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。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。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数字量才能使用。常见的转换方法有两种：一种是需要通过专用的旋转变压器数字变换器(RDC)解码芯片(AD2S1210旋变解码芯片)，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，AD2S1210旋变解码芯片的故障检测利用芯片的LOS、DOS故障指示端进行检测控制。当位置解码系统存在旋变信号丢失、超范围输入信号、输入信号失配或位置跟踪丢失等故障时，AD2S1210所指示的位置可能与旋变的实际轴位置偏差很大，此时AD2S1210可以通过LOS、DOS两个引脚进行故障指示，当故障指示端显示有故障时，控制器使AD2S1210进入配置模式，从而获取旋变故障码信息。在实际使用中，为了保证系统可以安全可靠的完成起动发动机功能，产品在检测到LOS故障时需要停止起动功能，检测到DOS故障或LOT故障需进行预警指示。

但是该AD2S1210旋变解码芯片在国产化后，由于国内目前工艺等各种原因，申请人发现使用AD2S1210旋变解码芯片的起动电机产品存在这一问题：在起动电机静止状态下，起动电机和控制器之间的旋变回路无论是线路正常还是存在开路或短路情况，国产化的AD2S1210旋变解码芯片的LOS、DOS两个引脚进行故障指示均为故障状态，导致不能够再简单通过旋变解码芯片的故障指示端进行故障判断及处理。

发明内容

为了能够提高航空起动电机的运行稳定性，针对上述问题，本发明提出一种针对采用AD2S1210旋变解码芯片的航空起动电机旋变回路故障检测方法，能够在电机静止状态下辅助检测旋变回路的开路或短路故障，可作为系统上电自检或维护的辅助判断方法，提高系统运行稳定性。

本发明的基本原理是：

在通用航空大功率起动系统中，起动电机内部安装有基于磁性工作原理旋转变压器，利用起动控制器内旋变解码芯片的特性，将其输出的并行数据信号和ABZ脉冲信号同时发送给控制芯片，以及将旋变的LOS、DOS两个引脚故障指示状态反馈给控制芯片，配合现场可编程门阵列(FPGA)，在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，同时完成旋变的故障信息采集。

一般在位置解码系统状态正常的情况下，在旋变解码芯片AD2S1210上电复位完成后，起动电机处于静止状态时，ABZ脉冲信号输出电平应为恒高或恒低。当旋变反馈回路信号存在开路或者短路的情况下，旋变解码芯片解算得到的转速值为不定值，在产品上电完成后，起动电机处于静止状态时，ABZ脉冲信号输出电平输出方波信号。

本发明利用AD2S1210旋变解码芯片ABZ脉冲信号的输出差异，结合旋变解码芯片的故障指示信号，在上电自检过程中，作为旋变回路开路或短路的故障辅助检测，提高位置解码系统的可靠性，具体步骤如下：

步骤1：在起动控制器内的旋变解码芯片AD2S1210上电初始化后，起动系统上电自检完成前，采集旋变解码芯片AD2S1210的输出的并行数据信号、ABZ脉冲信号以及LOS、DOS两个引脚故障指示状态，根据并行数据信号判断起动电机是否处于静止状态；

当起动电机处于静止状态下，对ABZ脉冲信号进行判断，如果ABZ脉冲信号在旋变解码芯片AD2S1210上电并延迟设定时间后，持续输出高电平或低电平，则认为旋变解码芯片AD2S1210与旋转变压器之间的回路正常，并进入步骤2；如果ABZ脉冲信号在旋变解码芯片AD2S1210上电并延迟设定时间后，仍然输出脉冲信号，则认为旋变解码芯片AD2S1210与旋转变压器之间的回路存在短路或开路故障，则停止电机起动功能；

步骤2：起动电机进行起动操作，实时采集旋变解码芯片AD2S1210的LOS、DOS两个引脚故障指示状态，若检测到LOS故障则停止起动功能，若检测到DOS故障或LOT故障需进行预警指示。

进一步的，所述起动控制器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，DSP与FPGA通过并行接口通信。

进一步的，起动系统上电自检完成前，通过DSP完成ABZ脉冲信号及并行输出数据采集；起动系统上电自检完成后，通过DSP读取DOS和LOT两个引脚故障指示状态。

有益效果

本发明采用高可靠性的位置解码系统的故障检测设计，利用AD2S1210旋变解码芯片ABZ脉冲信号的输出差异，可在起动电机静态下，检测旋变回路的开路或短路故障，避免电机因旋变位置异常导致的起动电机反转。

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是起动系统旋变信号电路框图。

图2是在电机静止时，旋变解码芯片在正常和旋变短路或开路下ABZ脉冲信号电路框图。

图3是起动控制器位置辅助检测控制流程图。

具体实施方式

本发明涉及一种针对采用AD2S1210旋变解码芯片的航空起动电机旋变回路故障检测方法，主要有两方面内容：

1)充分利用旋变解码芯片AD2S1210功能，在电机静止状态下，旋变回路在开路或短路状态下，根据旋变输出的ABZ脉冲信号输出差异性，可在产品上电自检过程中，增加对旋变回路开路或短路故障的辅助检测。

2)基于DSP+FPGA高可靠性的旋变故障检测设计方案，通过旋变解码芯片的故障指示端及输出的ABZ脉冲信号采集，综合完成旋变故障的检测，提高了系统的抗干扰能力。

具体而言是通过航空起动电机内的旋转变压器与控制器内部的旋变解码芯片AD2S1210相结合，从而获得电机的转子位置信息。在起动电机静止的情况下，旋变回路存在开路或短路时，利用旋变解码芯片AD2S1210的输出的ABZ脉冲信号，通过数字信号处理器(DSP)和可编程逻辑器件(FPGA)进行信号采集位置信息，辅助检测旋变回路故障的检测方法，结合旋变解码芯片的故障信号指示，完成航空起动电机的可靠控制。

图1为起动系统旋变故障信号检测框图。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。

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或者并行数据输出至主控芯片，也可以经过ABZ脉冲信号直接送入主控芯片获得位置信息。其中起动控制器选取数字信号处理器(DSP)和现场可编程门阵列(FPGA)最小系统组合，正常情况经采样旋变解码并行数据及ABZ脉冲信号双通道位置信息，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，同时又经过DSP事件管理器QEP正交编码电路对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。旋变芯片输出的故障信号DOS和LOT直接进入DSP进行故障检测。本发明在起动控制器上电自检过程中，对电机静止下旋变解码芯片输出AB脉冲信号的采集，根据脉冲信号的输出，完成旋变回路开路或短路的辅助检测。

图2为旋变解码芯片在完成上电初始化，正常状态下和旋变线路开路或短路故障状态下，ABZ脉冲信号输出示意图。

图3为起动控制器位置辅助检测控制流程图，在DSP完成上电初始化后，若上电自检完成之前，通过DSP数字处理器完成ABZ脉冲信号及并行输出数据采集，通过并行数据输出判断电机转速是否静止状态，若控制器上电自检未完成且电机转速处于非静止状态，则判断存在故障，进入后续的故障综合处理模式；如果电机转速处于静止状态，将DSP采集的ABZ脉冲信号数量与给定阈值相比较，大于ABZ脉冲给定阈值，则判断存在旋变解码芯片AD2S1210与旋转变压器之间的回路存在短路或开路故障，停止电机起动功能，也进入后续的故障综合处理模式。上电自检完成后，通过DSP读取DOS和LOT故障引脚状态，根据AD2S1210旋变解码芯片故障引脚指示进入配置模式，读取故障码，完成相应的故障保护处理。

利用本发明，可提高采用国产化的AD2S1210旋变解码芯片后的旋变故障检测可靠性，提供电机静止状态下旋变反馈回路开路或短路故障的辅助检测手段，进一步提高起动系统的安全性和可靠性。

Claims (3)

1.一种针对采用AD2S1210旋变解码芯片的航空起动电机旋变回路故障检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：在起动控制器内的旋变解码芯片AD2S1210上电初始化后，起动系统上电自检完成前，采集旋变解码芯片AD2S1210的输出的并行数据信号、ABZ脉冲信号以及LOS、DOS两个引脚故障指示状态，根据并行数据信号判断起动电机是否处于静止状态；

当起动电机处于静止状态下，对ABZ脉冲信号进行判断，如果ABZ脉冲信号在旋变解码芯片AD2S1210上电并延迟设定时间后，持续输出高电平或低电平，则认为旋变解码芯片AD2S1210与旋转变压器之间的回路正常，并进入步骤2；如果ABZ脉冲信号在旋变解码芯片AD2S1210上电并延迟设定时间后，仍然输出脉冲信号，则认为旋变解码芯片AD2S1210与旋转变压器之间的回路存在短路或开路故障，则停止电机起动功能；

步骤2：起动电机进行起动操作，实时采集旋变解码芯片AD2S1210的LOS、DOS两个引脚故障指示状态，若检测到LOS故障则停止起动功能，若检测到DOS故障或LOT故障需进行预警指示。

2.根据权利要求1所述一种针对采用AD2S1210旋变解码芯片的航空起动电机旋变回路故障检测方法，其特征在于：所述起动控制器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，DSP与FPGA通过并行接口通信。

3.根据权利要求2所述一种针对采用AD2S1210旋变解码芯片的航空起动电机旋变回路故障检测方法，其特征在于：起动系统上电自检完成前，通过DSP完成ABZ脉冲信号及并行输出数据采集；起动系统上电自检完成后，通过DSP读取DOS和LOT两个引脚故障指示状态。

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