CN201717820U - 冗余驱动系统中力矩均衡控制器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种冗余驱动系统中力矩均衡控制器，其电源管理模块通过印制电路为通讯协议模块、控制模块供电，控制模块与通讯协议模块之间、通讯协议模块与高速通讯物理接口模块之间均通过印制电路连接，控制模块通过通讯协议模块和高速通讯物理接口模块实现对外通讯；控制模块的工作频率≥10MHz，通讯协议模块需要和冗余系统的伺服驱动器预留的高速通讯物理接口相匹配，高速通讯物理接口的最大波特率≥100kHz。控制模块和通讯协议模块采用TI公司DSP芯片TMS320F28335或采用Cygnal公司的SOPC单片机C8051F040。高速光耦隔离芯片采用6N137，总线物理驱动芯片采用T.JA1050T。
Description
技术领域
本实用新型属于冗余驱动系统中各电机负载力矩均衡控制器。该装置应用在特种雷达冗余驱动控制系统、其他冗余驱动控制系统及双电机驱动系统等领域。
背景技术
在某些特殊需求场合，如航管雷达伺服系统等，驱动系统可靠性要求很高，为减少系统出现故障的概率，一般采用冗余驱动系统以达到其高可靠性要求。
在冗余驱动系统中，依据驱动功率大小，采用多套驱动系统进行驱动，比较常见的是双电机驱动，冗余双电机驱动伺服系统中包含两套驱动系统和两套控制系统，具体实施方案可参见文献“冗余设计在航管雷达天线驱动系统中的应用”(电子产品可靠性与环境试验，2005年6月)。为减小驱动系统功率，两套驱动系统是同时工作，(注：同时工作是必要的，可以减小驱动传动系统功率和提高系统使用寿命，驱动传动系统功率的减小带来驱动传动系统体积减小等诸多优点)。而两套控制系统一套控制系统处于工作状态，另外一套控制系统处于热备份状态，当一套驱动系统出现故障时，伺服系统减小指标，单套驱动，对另外一套进行维修恢复。为实现双电机力矩均衡控制及控制系统自动切换功能，两套控制系统及两套驱动系统需通过各种技术物理互连，从而实现冗余控制。
在以往的冗余双驱动系统中，通过各种技术互连的目的主要是实现双电机力矩均衡控制和在系统出现故障时进行切换，发明一种支持热插拔的力矩均衡控制器控制两套驱动系统力矩均衡，冗余系统只需设计两套完全一样的普通驱动控制系统即可实现冗余驱动系统的目的，两套驱动控制系统完全物理隔离，各自独立工作，系统设计简明，技术成熟，单套系统维修可断电维修。
传统冗余驱动控制系统主要存在如下缺点：
①两套设备互连系统自身存在可靠性问题；
②互连设备在线(通电状态下)维修维护困难；
③控制设备要求高，设备量大，系统组成复杂；
④系统设计研制复杂度高，开发成本相应提高；
实用新型内容
所要解决的技术问题：
针对以上不足本实用新型提供了一种通过对两套独立驱动电机力矩实时检测并通过对速度控制进行补偿从而实现力矩均衡控制的力矩均衡控制器。
技术方案：
一种冗余驱动系统中力矩均衡控制器包括控制模块、通讯协议模块、高速通讯物理接口模块、电源管理模块；电源管理模块通过印制电路为通讯协议模块、控制模块供电，控制模块与通讯协议模块之间、通讯协议模块与高速通讯物理接口模块之间均通过印制电路连接，控制模块通过通讯协议模块和高速通讯物理接口模块实现对外通讯；控制模块的工作频率≥10MHz，通讯协议模块需要和冗余系统的伺服驱动器预留的高速通讯物理接口相匹配，高速通讯物理接口的最大波特率≥100KHz。
控制模块和通讯协议模块采用TI公司DSP芯片TMS320F28335。
高速光耦隔离芯片采用6N137，总线物理驱动芯片采用TJA1050T。
控制模块和通讯协议模块采用Cygnal公司的SOPC单片机C8051F040
有益效果：
本实用新型的设计使冗余双驱动控制系统不需要电气互连，将力矩均衡控制器安装在两套独立控制的驱动系统之间，对电机力矩进行均衡控制，在某套驱动系统出现故障时，可以断电维修，系统架构简明，不需专用控制系统，降低了成本。
附图说明
图1是本实用新型组成示意图；
图2是本实用新型原理框图；
图3是本实用新型应用实例示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细地说明。
如图1所示，一种冗余驱动系统中力矩均衡控制器包括控制模块、通讯协议模块、高速通讯物理接口模块、电源管理模块；所述的控制模块是系统控制核心，是一种由单片高集成度计算机(如单片机或数字信号芯片)，主要完成力矩差的校正运算和数据采集；通讯协议模块主要完成依据不同驱动系统接口而设计相匹配的通讯协议接口(如CAN总线、高速数字频率口)；高速通讯物理接口模块包含高速光耦隔离芯片和总线物理驱动芯片，完成支持热插拔和高速通讯的物理驱动；电源管理模块主要为力矩均衡控制器提供电源管理和检测。
电源管理模块通过印制电路为通讯协议模块、控制模块供电，控制模块与通讯协议模块之间、通讯协议模块与高速通讯物理接口模块之间均通过印制电路连接，控制模块通过通讯协议模块和高速通讯物理接口模块实现对外通讯。
控制模块的工作频率≥10MHz，通讯协议模块需要和冗余系统的伺服驱动器预留的高速通讯物理接口相匹配，高速通讯物理接口的最大波特率≥100KHz。
控制模块通过通讯协议模块和高速通讯物理接口模块对冗余双驱动控制系统或一般双驱动控制系统中的实际驱动力矩进行实时检测，并进行校正运算，对双驱动控制系统速度进行补偿，从而达到力矩均衡控制。
如图2所示，伺服驱动1和伺服驱动2分别包含了速度环、力矩控制和电机，实现冗余系统的驱动，力矩检测是伺服驱动实时检测电机的输出力矩。伺服驱动1和伺服驱动2将驱动系统中实时力矩检测传送给力矩均衡控制器，力矩均衡控制器中的差力矩校正对两台电机实际力矩差进行校正运算后分别回送给伺服驱动1和伺服驱动2，与控制系统传递来的给定转速求和后作为伺服驱动的速度给定，达到补偿因两套驱动器系统个性差异而造成的力矩不均，最终使两台电机实际力矩均衡驱动雷达天线运转。
如图3所示，力矩均衡控制器包含两个现场总线接口(两个完全独立的接口)，力矩均衡控制器采用TI公司DSP芯片TMS320F28335(或采用Cygnal公司的SOPC单片机C8051F040)，其工作频率为150MHz，该DSP芯片含有两路CAN总线(现场总线)接口，因此该芯片具备图1中的控制模块和通讯协议模块(最大波特率1MHz)两个功能，
通过扩展两套通用高速光耦(6N137)和物理接口(TJA1050T)形成两套对外接口(CAN总线)分别通过电缆连接到驱动系统A和驱动系统B，驱动系统A和驱动系统B是两套完全相同的通用驱动系统，包含控制系统负责控制系统运行，伺服驱动器用于控制电机驱动，执行单元包含电机、减速箱。
以上是力矩均衡控制器的功能及工作过程，以下就力矩均衡控制器在冗余驱动控制系统中应用作必要的说明：
在两台伺服驱动器检测到力矩均衡控制器出现故障时，伺服驱动器自动切换到特性较软的控制模式，力矩均衡控制器和伺服驱动之间连接支持热插拔，断开力矩均衡控制器和伺服驱动器之间的连接，更换力矩均衡控制器，连接完毕后，自动重新工作；在两套驱动系统中出现一套故障时，采用单套驱动，故障驱动系统断电检修，检修完毕后，直接上电正常工作；以上是力矩均衡用在冗余双驱动控制系统中应用，力矩均衡控制器也可使用在其他双驱动控制系统中，作力矩均衡控制。
虽然本实用新型已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本实用新型，任何熟悉此技艺者，在不脱离本实用新型之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本实用新型的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。
Claims (4)
1.一种冗余驱动系统中力矩均衡控制器，其特征在于：包括控制模块、通讯协议模块、高速通讯物理接口模块、电源管理模块；电源管理模块通过印制电路为通讯协议模块、控制模块供电，控制模块与通讯协议模块之间、通讯协议模块与高速通讯物理接口模块之间均通过印制电路连接，控制模块通过通讯协议模块和高速通讯物理接口模块实现对外通讯；控制模块的工作频率≥10MHz，通讯协议模块需要和冗余系统的伺服驱动器预留的高速通讯物理接口相匹配，高速通讯物理接口的最大波特率≥100KHz。
2.根据权利要求1所述的冗余驱动系统中力矩均衡控制器，其特征在于：控制模块和通讯协议模块采用TI公司DSP芯片TMS320F28335。
3.根据权利要求1所述的冗余驱动系统中力矩均衡控制器，其特征在于：高速光耦隔离芯片采用6N137，总线物理驱动芯片采用TJA1050T。
4.根据权利要求1或2所述的冗余驱动系统中力矩均衡控制器，其特征在于：控制模块和通讯协议模块采用Cygnal公司的SOPC单片机C8051F040。
Priority Applications (1)
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| CN2010202626661U CN201717820U (zh) | 2010-07-19 | 2010-07-19 | 冗余驱动系统中力矩均衡控制器 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN201717820U true CN201717820U (zh) | 2011-01-19 |
Family
ID=43463828
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| CN2010202626661U Expired - Lifetime CN201717820U (zh) | 2010-07-19 | 2010-07-19 | 冗余驱动系统中力矩均衡控制器 |
Country Status (1)
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|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2010
- 2010-07-19 CN CN2010202626661U patent/CN201717820U/zh not_active Expired - Lifetime
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