CN114520496B - 一种螺旋桨热保护控制装置及控制方法 - Google Patents

一种螺旋桨热保护控制装置及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种螺旋桨热保护控制装置及控制方法，该装置包括：电流采集模块，电流采集模块用于实时采集变距电机的实际电流；变桨距H桥驱动电路，变桨距H桥驱动电路分别与电流采集模块和变距电机连接，变桨距H桥驱动电路用于驱动变距电机；深度负反馈模块，深度负反馈模块与变桨距H桥驱动电路连接，深度负反馈模块用于抑制变距电机的电流；控制器，控制器分别与电流采集模块和变桨距H桥驱动电路连接，控制器用于根据变距电机的电流控制变桨距H桥驱动电路的关断，以控制变距电机的关闭。本发明的螺旋桨热保护控制装置实现有效识别螺旋桨变距转置机械卡滞及极限位置故障并进行热保护。

Description

一种螺旋桨热保护控制装置及控制方法
技术领域
本发明属于飞行器控制技术领域，更具体地，涉及一种螺旋桨热保护控制装置及控制方法。
背景技术
变桨距装置是在飞行中能根据飞行速度和高度自动(或人工)改变桨叶角的螺旋桨。起飞时，前进速度小，变桨距减小螺旋桨的桨叶角，这样就使发动机在最大转速和最大功率状态下工作，因而使螺旋桨产生最大的拉力。在平飞时，变桨距能使桨距变到与这种飞行状态相适应的高距桨，这时，在最大转速下螺旋桨能从发动机得到最大的有用功率。所以，变距桨在任何飞行速度下，均能从发动机得到最大有效功率。
变桨距装置在其极限位置发生故障时，控制器进行变距控制有可能发热严重造成驱动电路烧毁或者对机上供电造成严重影响，因此有效识别螺旋桨变距转置机械卡滞及极限位置故障等引起的发热问题并进行热保护具有重要技术价值。
发明内容
本发明的目的是提出一种有效识别螺旋桨变距转置机械卡滞及极限位置故障并进行热保护的螺旋桨热保护控制装置及控制方法。
为了实现上述目的，本发明提供了一种螺旋桨热保护控制装置，包括：电流采集模块，所述电流采集模块用于实时采集螺旋桨的变距电机的实际电流；变桨距H桥驱动电路，所述变桨距H桥驱动电路分别与所述电流采集模块和变距电机连接，所述变桨距H桥驱动电路用于驱动所述变距电机；深度负反馈模块，所述深度负反馈模块与所述变桨距H桥驱动电路连接，所述深度负反馈模块用于抑制变距电机的电流；控制器，所述控制器分别与所述电流采集模块和变桨距H桥驱动电路连接，所述控制器用于根据变距电机的电流与第一预设电流的时间，进行热保护判断，当需要进行热保护时输出热保护控制信号，控制所述变桨距H桥驱动电路的关断，以控制所述变距电机的关闭。
优选的，所述变桨距H桥驱动电路由第一光耦驱动MOS管、第二光耦驱动MOS管、第三光耦驱动MOS管、第四光耦驱动MOS管组成。
优选的，所述第一光耦驱动MOS管、第二光耦驱动MOS管、第三光耦驱动MOS管和第四光耦驱动MOS管均包括连接发光二极管的两个引脚和连接MOS管的两个引脚；所述第一光耦驱动MOS管、第二光耦驱动MOS管、第三光耦驱动MOS管和第四光耦驱动MOS管中连接发光二极管的两个引脚均与所述控制器连接，所述第一光耦驱动MOS管、第二光耦驱动MOS管中连接MOS管的两个引脚中的一个均与所述电流采集模块连接，所述第一光耦驱动MOS管中连接MOS管的两个引脚中的另一个分别与所述变距电机和第三光耦驱动MOS管中连接MOS管的两个引脚中的一个连接，所述第二光耦驱动MOS管中连接MOS管的两个引脚中的另一个分别与所述变距电机和第四光耦驱动MOS管中连接MOS管的两个引脚中的一个连接，所述第三光耦驱动MOS管和第四光耦驱动MOS管中连接MOS管的两个引脚中的另一个均与所述深度负反馈模块连接。
优选的，所述电流采集模块将实时采集的变距电机的实际电流发送至所述控制器。
优选的，所述控制器采用下述步骤进行热保护判断：统计每个预设时段内实际电流大于第一预设电流的时间，当统计的时间大于时间阈值时，确定需要进行热保护。
优选的，当需要进行热保护时，所述控制器输出热保护控制信号至所述第一光耦驱动MOS管、第二光耦驱动MOS管、第三光耦驱动MOS管和第四光耦驱动MOS管，控制所述第一光耦驱动MOS管、第二光耦驱动MOS管、第三光耦驱动MOS管和第四光耦驱动MOS管的关断。
优选的，所述深度负反馈模块包括比较器、NMOS管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻；所述第一电阻的一端与电源正极连接，所述第一端电阻的另一端分别与所述比较器的正相输入端和第二电阻的一端连接，所述第二电阻的一端分别与所述第一端电阻的另一端和所述比较器的正相输入端连接，所述第二电阻的另一端与电源负极连接；所述比较器的正相输入端分别与所述第一电阻的另一端和第二电阻的一端连接，所述比较器的负相输入端与所述第三电阻的一端连接，所述比较器的输出端与所述第四电阻的一端连接；所述第三电阻的一端与所述比较器的负相输入端连接，所述第三电阻的另一端分别与第五电阻的一端和NMOS管的源极连接，所述第五电阻的一端分别与所述第三电阻的另一端和NMOS管的源极连接，所述第五电阻的另一端与电源负极连接，所述第四电阻的一端与所述比较器的负相输入端连接，所述第四电阻的另一端与NMOS管的栅极连接；所述NMOS管的栅极与所述第四电阻的另一端连接，所述NMOS管的源极与所述第五电阻的一端和所述第三电阻的另一端连接，所述NMOS管的漏极分别与所述第三光耦驱动MOS管和第四光耦驱动MOS管中连接MOS管的两个引脚中的另一个连接。
优选的，当所述变距电机的实际电流大于第二预设电流时，所述NMOS管根据所述比较器输出的电流调小开通角度。
优选的，所述电流采集模块为霍尔电流传感器。
本发明还提供一种螺旋桨热保护控制方法，包括：获取集螺旋桨的变距电机的实际电流；根据变距电机的实际电流与第一预设电流的时间，进行热保护判断，当需要进行热保护时，输出热保护控制信号，以控制所述变距电机的关闭。
优选的，采用下述步骤进行热保护判断：统计每个预设时段内实际电流大于第一预设电流的时间，当统计的时间大于时间阈值时，确定需要进行热保护。
本发明的有益效果在于：本发明的螺旋桨热保护控制装置根据实际电流与第一预设电流的时间，确定需要进行热保护，控制器输出热保护控制信号至变桨距H桥驱动电路，控制变桨距H桥驱动电路的关断，进而控制变距电机的关闭，实现热量及累计的实时估计，从而有效监测过热状态，实现有效识别螺旋桨变距转置机械卡滞及极限位置故障并进行热保护。
本发明的系统具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施例中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施例中进行详细陈述，这些附图和具体实施例共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。其中，在本发明示例性实施方式中，相同的附图标记通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明的一个实施例的螺旋桨热保护控制装置的原理图。
附图标记说明：
102、电流采集模块；104、变距电机；106、深度负反馈模块；108、控制器；T1、第一光耦驱动MOS管；T2、第二光耦驱动MOS管；T3、第三光耦驱动MOS管；T4、第四光耦驱动MOS管；T5、NMOS管；T6、比较器；R1、第一电阻；R2、第二电阻；R3、第三电阻；R4、第四电阻；R5、第五电阻。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施例。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
根据本发明的一种螺旋桨热保护控制装置，包括：电流采集模块，电流采集模块用于实时采集螺旋桨的变距电机的实际电流；变桨距H桥驱动电路，变桨距H桥驱动电路分别与电流采集模块和变距电机连接，变桨距H桥驱动电路用于驱动变距电机；深度负反馈模块，深度负反馈模块与变桨距H桥驱动电路连接，深度负反馈模块用于抑制变距电机的电流；控制器，控制器分别与电流采集模块和变桨距H桥驱动电路连接，控制器用于根据变距电机的电流与第一预设电流的时间，进行热保护判断，当需要进行热保护时输出热保护控制信号，控制变桨距H桥驱动电路的关断，以控制所述变距电机的关闭。
具体的，采用变桨距H桥驱动电路驱动变距电机，采用电流采集模块实时采集变距电机的实时电流，采用深度负反馈模块实现电流抑制和极限电流保持，使得变距电机的电流保持在稳定范围内，不会有高值。控制器根据采集的实时电流大于第一预设电流的时间，确定是否进行热保护，当需要进行热保护时控制变桨距H桥驱动电路的关断，实现控制变距电机的关闭。
根据示例性的实施方式，螺旋桨热保护控制装置根据实际电流与第一预设电流的时间，确定需要进行热保护，控制器输出热保护控制信号至变桨距H桥驱动电路，控制变桨距H桥驱动电路的关断，进而控制变距电机的关闭，从而有效监测过热状态，实现有效识别螺旋桨变距转置机械卡滞及极限位置故障并进行热保护。
作为优选方案，变桨距H桥驱动电路由第一光耦驱动MOS管、第二光耦驱动MOS管、第三光耦驱动MOS管、第四光耦驱动MOS管组成。
具体的，采用四个光耦驱动MOS管组成变桨距驱动H桥。
作为优选方案，第一光耦驱动MOS管、第二光耦驱动MOS管、第三光耦驱动MOS管和第四光耦驱动MOS管均包括连接发光二极管的两个引脚和连接MOS管的两个引脚；第一光耦驱动MOS管、第二光耦驱动MOS管、第三光耦驱动MOS管和第四光耦驱动MOS管中连接发光二极管的两个引脚均与控制器连接，第一光耦驱动MOS管、第二光耦驱动MOS管中连接MOS管的两个引脚中的一个均与电流采集模块连接，第一光耦驱动MOS管中连接MOS管的两个引脚中的另一个分别与变距电机和第三光耦驱动MOS管中连接MOS管的两个引脚中的一个连接，第二光耦驱动MOS管中连接MOS管的两个引脚中的另一个分别与变距电机和第四光耦驱动MOS管中连接MOS管的两个引脚中的一个连接，第三光耦驱动MOS管和第四光耦驱动MOS管中连接MOS管的两个引脚中的另一个均与深度负反馈模块连接。
作为优选方案，电流采集模块将实时采集的变距电机的实际电流发送至控制器。
作为优选方案，控制器采用下述步骤进行热保护判断：统计每个预设时段内实际电流大于第一预设电流的时间，当统计的时间大于时间阈值时，确定需要进行热保护。
作为优选方案，当需要进行热保护时，控制器输出热保护控制信号至第一光耦驱动MOS管、第二光耦驱动MOS管、第三光耦驱动MOS管和第四光耦驱动MOS管，控制第一光耦驱动MOS管、第二光耦驱动MOS管、第三光耦驱动MOS管和第四光耦驱动MOS管的关断。
具体的，在热量积累及过热评估中，采用以20ms为周期的热量累计计算算法，每20ms采集一次实时电流，每4秒内，累计实时电流大于电流设定值的时间，当4秒内有3.5秒达到设定值时，进行热保护动作，控制器输出控制信号，控制第一光耦驱动MOS管、第二光耦驱动MOS管、第三光耦驱动MOS管和第四光耦驱动MOS管的关断，切断变距电机的驱动，使得变距电机关断。
作为优选方案，深度负反馈模块包括比较器、NMOS管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻；第一电阻的一端与电源正极连接，第一端电阻的另一端分别与比较器的正相输入端和第二电阻的一端连接，第二电阻的一端分别与第一端电阻的另一端和比较器的正相输入端连接，第二电阻的另一端与电源负极连接；比较器的正相输入端分别与第一电阻的另一端和第二电阻的一端连接，比较器的负相输入端与第三电阻的一端连接，比较器的输出端与第四电阻的一端连接；第三电阻的一端与比较器的负相输入端连接，第三电阻的另一端分别与第五电阻的一端和NMOS管的源极连接，第五电阻的一端分别与第三电阻的另一端和NMOS管的源极连接，第五电阻的另一端与电源负极连接，第四电阻的一端与比较器的负相输入端连接，第四电阻的另一端与NMOS管的栅极连接；NMOS管的栅极与第四电阻的另一端连接，NMOS管的源极与第五电阻的一端和第三电阻的另一端连接，NMOS管的漏极分别与第三光耦驱动MOS管和第四光耦驱动MOS管中连接MOS管的两个引脚中的另一个连接。
作为优选方案，当变距电机的实际电流大于第二预设电流时，NMOS管根据比较器输出的电流调小开通角度。
采用深度负反馈模块实现峰值电流的抑制和极限电流的保持，从而有效保护驱动电路并且有效实现变距机构的平稳驱动。
具体的，电流采集模块与变桨距H桥驱动电路、变距电机和深度负反馈模块构成一个回路，整个回路中的电流相等，电流采集模块采集变距电机的电流，当变距电机的电流较大时，通过深度负反馈模块的电流也较大，深度负反馈模块的比较器控制NMOS管调小开通角度。
作为优选方案，电流采集模块为霍尔电流传感器。
具体的，采用霍尔电流传感器实时采集变距电机的实际电流。
本发明还提供一种螺旋桨热保护控制方法，包括：获取集螺旋桨的变距电机的实际电流；根据变距电机的实际电流与第一预设电流的时间，进行热保护判断，当需要进行热保护时，输出热保护控制信号，以控制变距电机的关闭。
作为优选方案，采用下述步骤进行热保护判断：统计每个预设时段内实际电流大于第一预设电流的时间，当统计的时间大于时间阈值时，确定需要进行热保护。
实施例
图1示出了根据本发明的一个实施例的螺旋桨热保护控制装置的原理图。
如图1所示，该螺旋桨热保护控制装置，包括：电流采集模块102，电流采集模块102用于实时采集螺旋桨变距电机104的实际电流；变桨距H桥驱动电路，变桨距H桥驱动电路分别与电流采集模块102和变距电机104连接，变桨距H桥驱动电路用于驱动变距电机104；深度负反馈模块106，深度负反馈模块106与变桨距H桥驱动电路连接，深度负反馈模块106用于抑制变距电机104的电流；控制器108，控制器108分别与电流采集模块102和变桨距H桥驱动电路连接，控制器108用于根据变距电机104的电流与第一预设电流的时间，进行热保护判断，当需要进行热保护时输出热保护控制信号，控制变桨距H桥驱动电路的关断，以控制变距电机104的关闭。
其中，变桨距H桥驱动电路由第一光耦驱动MOS管T1、第二光耦驱动MOS管T2、第三光耦驱动MOS管T3、第四光耦驱动MOS管T4组成。
其中，第一光耦驱动MOS管T1、第二光耦驱动MOS管T2、第三光耦驱动MOS管T3和第四光耦驱动MOS管T4均包括连接发光二极管的两个引脚和连接MOS管的两个引脚；第一光耦驱动MOS管T1、第二光耦驱动MOS管T2、第三光耦驱动MOS管T3和第四光耦驱动MOS管T4中连接发光二极管的两个引脚均与控制器108连接，第一光耦驱动MOS管T1、第二光耦驱动MOS管T2中连接MOS管的两个引脚中的一个均与电流采集模块102连接，第一光耦驱动MOS管T1中连接MOS管的两个引脚中的另一个分别与变距电机104和第三光耦驱动MOS管T3中连接MOS管的两个引脚中的一个连接，第二光耦驱动MOS管T2中连接MOS管的两个引脚中的另一个分别与变距电机104和第四光耦驱动MOS管T4中连接MOS管的两个引脚中的一个连接，第三光耦驱动MOS管T3和第四光耦驱动MOS管T4中连接MOS管的两个引脚中的另一个均与深度负反馈模块106连接。
其中，电流采集模块102将实时采集的变距电机104的实际电流发送至控制器108。
其中，控制器108采用下述步骤进行热保护判断：统计每个预设时段内实际电流大于第一预设电流的时间，当统计的时间大于时间阈值时，确定需要进行热保护。
其中，当需要进行热保护时，控制器108输出热保护控制信号至第一光耦驱动MOS管T1、第二光耦驱动MOS管T2、第三光耦驱动MOS管T3和第四光耦驱动MOS管T4，控制第一光耦驱动MOS管T1、第二光耦驱动MOS管T2、第三光耦驱动MOS管T3和第四光耦驱动MOS管T4的关断。
其中，深度负反馈模块106包括比较器T6、NMOS管T5、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5；第一电阻R1的一端与电源正极连接，第一端电阻的另一端分别与比较器T6的正相输入端和第二电阻R2的一端连接，第二电阻R2的一端分别与第一端电阻的另一端和比较器T6的正相输入端连接，第二电阻R2的另一端与电源负极连接；比较器T6的正相输入端分别与第一电阻R1的另一端和第二电阻R2的一端连接，比较器T6的负相输入端与第三电阻R3的一端连接，比较器T6的输出端与第四电阻R4的一端连接；第三电阻R3的一端与比较器T6的负相输入端连接，第三电阻R3的另一端分别与第五电阻R5的一端和NMOS管T5的源极连接，第五电阻R5的一端分别与第三电阻R3的另一端和NMOS管T5的源极连接，第五电阻R5的另一端与电源负极连接，第四电阻R4的一端与比较器T6的负相输入端连接，第四电阻R4的另一端与NMOS管T5的栅极连接；NMOS管T5的栅极与第四电阻R4的另一端连接，NMOS管T5的源极与第五电阻R5的一端和第三电阻R3的另一端连接，NMOS管T5的漏极分别与第三光耦驱动MOS管T3和第四光耦驱动MOS管T4中连接MOS管的两个引脚中的另一个连接。
其中，当变距电机104的实际电流大于第二预设电流时，NMOS管T5根据比较器T6输出的电流调小开通角度。
其中，电流采集模块102为霍尔电流传感器。
以上已经描述了本发明的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的实施例。在不偏离所说明的实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (8)

1.一种螺旋桨热保护控制装置，其特征在于，包括：
电流采集模块，所述电流采集模块用于实时采集螺旋桨的变距电机的实际电流；
变桨距H桥驱动电路，所述变桨距H桥驱动电路分别与所述电流采集模块和变距电机连接，所述变桨距H桥驱动电路用于驱动所述变距电机；
深度负反馈模块，所述深度负反馈模块与所述变桨距H桥驱动电路连接，所述深度负反馈模块用于抑制变距电机的电流；
控制器，所述控制器分别与所述电流采集模块和变桨距H桥驱动电路连接，所述控制器用于根据变距电机的实际电流与第一预设电流的时间，进行热保护判断，当需要进行热保护时输出热保护控制信号，控制所述变桨距H桥驱动电路的关断，以控制所述变距电机的关闭；
其中，所述变桨距H桥驱动电路由第一光耦驱动MOS管、第二光耦驱动MOS管、第三光耦驱动MOS管、第四光耦驱动MOS管组成；
其中，所述深度负反馈模块包括比较器、NMOS管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻；
所述第一电阻的一端与电源正极连接，所述第一电阻的另一端分别与所述比较器的正相输入端和第二电阻的一端连接，所述第二电阻的一端分别与所述第一电阻的另一端和所述比较器的正相输入端连接，所述第二电阻的另一端与电源负极连接；
所述比较器的正相输入端分别与所述第一电阻的另一端和第二电阻的一端连接，所述比较器的负相输入端与所述第三电阻的一端连接，所述比较器的输出端与所述第四电阻的一端连接；
所述第三电阻的一端与所述比较器的负相输入端连接，所述第三电阻的另一端分别与第五电阻的一端和NMOS管的源极连接，所述第五电阻的一端分别与所述第三电阻的另一端和NMOS管的源极连接，所述第五电阻的另一端与电源负极连接，所述第四电阻的一端与所述比较器的负相输入端连接，所述第四电阻的另一端与NMOS管的栅极连接；
所述NMOS管的栅极与所述第四电阻的另一端连接，所述NMOS管的源极与所述第五电阻的一端和所述第三电阻的另一端连接，所述NMOS管的漏极分别与所述第三光耦驱动MOS管和第四光耦驱动MOS管中连接MOS管的两个引脚中的另一个连接。
2.根据权利要求1所述的螺旋桨热保护控制装置，其特征在于，所述第一光耦驱动MOS管、第二光耦驱动MOS管、第三光耦驱动MOS管和第四光耦驱动MOS管均包括连接发光二极管的两个引脚和连接MOS管的两个引脚；
所述第一光耦驱动MOS管、第二光耦驱动MOS管、第三光耦驱动MOS管和第四光耦驱动MOS管中连接发光二极管的两个引脚均与所述控制器连接，所述第一光耦驱动MOS管、第二光耦驱动MOS管中连接MOS管的两个引脚中的一个均与所述电流采集模块连接，所述第一光耦驱动MOS管中连接MOS管的两个引脚中的另一个分别与所述变距电机和第三光耦驱动MOS管中连接MOS管的两个引脚中的一个连接，所述第二光耦驱动MOS管中连接MOS管的两个引脚中的另一个分别与所述变距电机和第四光耦驱动MOS管中连接MOS管的两个引脚中的一个连接，所述第三光耦驱动MOS管和第四光耦驱动MOS管中连接MOS管的两个引脚中的另一个均与所述深度负反馈模块连接。
3.根据权利要求2所述的螺旋桨热保护控制装置，其特征在于，所述电流采集模块将实时采集的变距电机的实际电流发送至所述控制器。
4.根据权利要求3所述的螺旋桨热保护控制装置，其特征在于，所述控制器采用下述步骤进行热保护判断：
统计每个预设时段内实际电流大于第一预设电流的时间，当统计的时间大于时间阈值时，确定需要进行热保护。
5.根据权利要求4所述的螺旋桨热保护控制装置，其特征在于，当需要进行热保护时，所述控制器输出热保护控制信号至所述第一光耦驱动MOS管、第二光耦驱动MOS管、第三光耦驱动MOS管和第四光耦驱动MOS管，控制所述第一光耦驱动MOS管、第二光耦驱动MOS管、第三光耦驱动MOS管和第四光耦驱动MOS管的关断。
6.根据权利要求1所述的螺旋桨热保护控制装置，其特征在于，当所述变距电机的实际电流大于第二预设电流时，所述NMOS管根据所述比较器输出的电流调小开通角度。
7.一种螺旋桨热保护控制方法，利用权利要求1-6中任意一项所述的螺旋桨热保护控制装置，其特征在于，包括：
获取集螺旋桨的变距电机的实际电流；
根据变距电机的实际电流与第一预设电流的时间，进行热保护判断，当需要进行热保护时，输出热保护控制信号，以控制所述变距电机的关闭。
8.根据权利要求7所述的螺旋桨热保护控制方法，其特征在于，采用下述步骤进行热保护判断：
统计每个预设时段内实际电流大于第一预设电流的时间，当统计的时间大于时间阈值时，确定需要进行热保护。
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