PL233404B1 - Sterownik zespołu silników prądu stałego - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sterownik zespołu silników prądu stałego, przeznaczony do cyfrowego sterowania pojazdem napędzanym wieloma silnikami elektrycznymi umieszczonymi w pobliżu koła. Każdy silnik napędza oddzielne koło.

Ze zgłoszenia wynalazku DE4141093 znana jest sterowana cyfrowo modulacja szerokości impulsów dla silników prądu stałego, która dostarcza sygnał wyjściowy ze zmiennym współczynnikiem wypełnienia impulsu do zastosowania kontroli prędkości silniku prądu stałego.

Modulator szybkości impulsu dostarcza sygnał wyjściowy ze zmiennym współczynnikiem wypełnienia impulsu tj. sygnałem o modulowanej szerokości sygnału (PWM). Kilka wejść cyfrowych, definiujących zakres wartości, jest wejściami modulatora szerokości sygnału. Te wartości są ustawiane jako wartość wstępna licznika opóźniającego bezpośrednio przez magistralę danych i przez równoległe połączenie pamięci pośredniej odwracającej. Wyjście licznika jest połączone z przerzutnikiem typu D wysyłającym sygnał PWM. Pamięć pośrednia, licznik opóźniający i przerzutnik są połączone za pośrednictwem magistrali sterującej w celu zasilania oraz sterowania taktowaniem zegara.

Z opis wzoru użytkowego nr CN202541348U znany jest elektryczny system sterowania samochodami o strukturze modułowej.

Model użytkowy zapewnia elektryczny system sterowania samochodami o modułowej budowie. Elektryczny układ sterowania składa się z sześciu modułów w tym z centralnego modułu sterującego, różnicowego, elektronicznego modułu sterującego, cyfrowego modułu kontroli kombinacji, lewego modułu sterowania silnikiem, prawego modułu sterowania silnikiem i modułu przetwarzającego DC / DC (prąd stały / prąd stały), w którym sygnał wejściowy centralnego modułu sterującego pochodzi ze zwartego przełącznika, a sygnał przekaźnika jest wykorzystywany do sterowania odpowiednio silnikiem wycieraczki szyby przedniej, głośnikiem elektrycznym, głośnikiem cofania oraz przednim i tylnym oświetleniem, w którym centralny moduł sterujący jest bezpośrednio połączony z cyfrowym modułem kontroli kombinacji; sygnał z czujnika skrętu, sygnał przyspieszenia / hamowania i sygnał hamowania są połączone z cyfrowym modułem kontroli zespolonej; sygnał wejściowy / wyjściowy cyfrowego urządzenia wielofunkcyjnego jest połączony z różnicowym, elektronicznym modułem sterującym; wyjście elektronicznego modułu sterującego różnicowego jest wykorzystywane do sterowania odpowiednio lewym modułem sterującym silnika i prawym modułem sterującym silnika.

Cały samochód przyjmuje strukturę modułową i jest szczególnie wygodny w montażu i demontażu; elektryczny system sterowania samochodami o modułowej budowie ma cechy dobrej uniwersalności i zapewnia wymienialność i może być szeroko stosowany w różnych typach samochodów elektrycznych.

Znane jest ze zgłoszenia wynalazku CN104407625 „Cyfrowe sterowanie silnikiem”. Rozwiązanie to dotyczy cyfrowego sterowania silnikiem zawierający silnik prądu stałego; czujnik kąta wykrywający kąt obrotu silnika prądu stałego; oraz płytkę drukowaną, która steruje obrotami silnika prądu stałego i odbiera wartość kąta obrotu wykrytą przez czujnik kąta. Płytka drukowana steruje silnikiem prądu stałego w pierwszym lub w drugi trybie sterowania. Pierwszy tryb sterowania polega na tym, że kąt obrotu silnika prądu stałego jest regulowany tak, aby zatrzymywał się losowo w zakresie 0-300 stopni w zależności od kąta obrotu wykrytego przez czujnik kąta. Drugi tryb sterowania polega na tym, że silnik prądu stałego obraca się stale o 360 stopni.

Największym innowacyjnym atutem cyfrowego sterowania silnikiem jest integracja dwóch tradycyjnych trybów sterowania silnikiem, dzięki czemu zakres zastosowań jest zwiększony, co eliminuje ograniczenia zastosowania; komunikacja z komputerem nadrzędnym jest realizowana poprzez asynchroniczną magistralę szeregową, aby uprościć linię kontrolną nadrzędnego komputera i zmniejszyć jego zużycie zasobów.

W patencie CN103231798 opisane jest urządzenie sterujące cyfrowo silnikiem elektrycznym wraz z metodą kontrolowania. Sposób sterowania obejmuje etapy w których kąt odchylenia obszaru sterującego jest poddawany transformacji na napięcie, filtrowaniu i ograniczeniu amplitudy przez obwód warunkujący i jest wysyłany do DSP (procesor sygnału cyfrowego) przez konwersję analogowo-cyfrową; DSP wyprowadza cyfrowy sygnał sterujący; cyfrowy sygnał sterujący jest poddawany cyfrowej izolacji, a następnie wysyłany do obwodu sterującego w celu przetworzenia na sygnał sterowania mocą; bezszczotkowy silnik prądu stałego jest sterowany głównym obwodem i przez zestaw przekładni zgodnie z kątem odchylenia obszaru sterującego; prąd magistrali bezszczotkowego silnika prądu stałego jest próbkowany przez czujnik prądu i przekazy powrotnie do DSP; czujnik kąta połączony z zestawem przekładni przesyła aktualny kąt odchylenia obszaru sterującego w czasie rzeczywistym i wysyła kąt odchylenia do DPS.

PL 233 404 B1

Urządzenie sterujące wraz z metodą sterowania skutecznie zwiększają charakterystykę częstotliwościową bezszczotkowego elektrycznego silnika i poprawiają odporność układu na zakłócenia.

Według wynalazku sterownik zespołu silników prądu stałego wyposażony jest w dwa analogiczne moduły, główny i awaryjny połączone przełącznikiem wyboru modułu, a każdy z modułów składa się z mikrokontrolera połączonego z odpowiadającym mu modułem do komunikacji bezprzewodowej, modułem komunikacji z zespołem silników prądu stałego oraz gniazdem do komunikacji szeregowej. Układ zasilający modułu głównego jest połączony do mikrokontrolera, do modułu do komunikacji bezprzewodowej i wspólnego dla obu modułów gniazda zasilania, a układ zasilający modułu awaryjnego jest podłączony do mikrokontrolera tego modułu, do modułu do komunikacji bezprzewodowej oraz do wspólnego dla obu modułów gniazda zasilania.

Wynalazek został zaprojektowany z myślą o jak największej bezawaryjności oraz prostocie wdrożenia oraz obsługi. Interfejs sprowadza się do niezbędnego minimum, umożliwiając jedynie wybór modułu głównego bądź awaryjnego. Droga odczytu sygnałów sterujących została zautomatyzowana - kosztem świadomego wyboru między komunikacją przewodową lub bezprzewodową, uzyskano praktycznie bezobsługowy układ zapewniający możliwość sterowania pojazdem stacjonarnie bądź zdalnie.

Sterownik charakteryzuje zmniejszona awaryjność związana z redundancją modułów wyposażonych w mikrokontrolery oraz układy do komunikacji bezprzewodowej. Daje możliwość wyboru modułu bez wpływu na pracę całego układu, a także automatyczne rozpoznanie źródła sygnałów sterujących.

Generowanie wyjściowych sygnałów sterujących silnikiem elektrycznym napędzającym koła odbywa się za pomocą jednego z dwóch mikrokontrolerów na podstawie otrzymywanych sygnałów sterujących odbieranych za pomocą portu komunikacji szeregowej lub bezprzewodowej. Układ generuje dwa sygnały wyjściowe sterujące silnikiem elektrycznym napędzającym koła zaprojektowane z myślą o sterowaniu pojazdami wykorzystującymi silniki prądu stałego. Każde z wyjść umożliwia wysterowanie jednej strony pojazdu. Wykorzystanie obu wyjść umożliwi płynne sterowanie pojazdem w dwóch osiach.

Przedmiot wynalazku został uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawi sterownik w schemacie ogólnym.

Sterownik zespołu silników prądu stałego wyposażony jest w dwa analogiczne moduły, główny 1 i awaryjny 2 połączone przełącznikiem 3 wyboru modułu. Każdy z modułów składa się z mikrokontrolera 4 lub 5 połączonego z odpowiadającym mu modułem do komunikacji bezprzewodowej 6 lub 7, modułem komunikacji z zespołem silników prądu stałego 8 oraz portem do komunikacji szeregowej 9. W module głównym 1 układ zasilający 10 jest podłączony do mikrokontrolera 4 oraz do modułu 6 do komunikacji bezprzewodowej poprzez gniazdo 11 zasilania. W module awaryjnym 2 układ zasilający 12 jest podłączony do mikrokontrolera 5 oraz do modułu do komunikacji bezprzewodowej 7 poprzez gniazdo zasilania 11.

Generowanie wyjściowych sygnałów odbywa się za pomocą jednego z dwóch mikrokontrolerów 4 lub 5 na podstawie otrzymywanych sygnałów sterujących odbieranych za pomocą portu komunikacji szeregowej lub bezprzewodowej. Układ generuje dwa sygnały wyjściowe zaprojektowane z myślą o sterowaniu pojazdami wykorzystującymi silniki prądu stałego. Każde z wyjść umożliwia wysterowanie jednej strony pojazdu. Wykorzystanie obu wyjść umożliwi płynne sterowanie pojazdem w dwóch osiach.

Sterownik według wynalazku działa w taki sposób, że mikrokontroler 1 lub 2 odczytuje nieustannie sygnały za pomocą portu komunikacji szeregowej 9 lub, w razie braku odczytu, za pomocą odpowiedniego modułu komunikacji bezprzewodowej 6 lub 7. Na podstawie odczytanych sygnałów sterujących i zastosowaniu odpowiedniego algorytmu mikrokontroler 4 lub 5 wysyła dwa sygnały wyjściowe do modułu 8 komunikacji z zespołem silników prądu stałego.

Oba moduły są od siebie niezależne. W razie awarii modułu głównego operator pojazdu ma możliwość przełączenia na moduł awaryjny 2 będący kopią modułu głównego 1. Przełączanie między modułami może odbyć się w każdym momencie użytkowania pojazdu wyposażonego w sterownik.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   1. Sterownik zespołu silników prądu stałego, znamienny tym, że wyposażony jest w dwa analogiczne moduły, główny (1) i awaryjny (2) połączone przełącznikiem (3) wyboru modułu, a każdy z modułów składa się z mikrokontrolera (4) lub (5) połączonego z odpowiadającym mu modułem do komunikacji bezprzewodowej (6) lub (7), modułem (8) komunikacji z zespołem silników prądu stałego oraz gniazdem (9) do komunikacji szeregowej, przy czym układ zasilający (10) modułu głównego (1) jest połączony z mikrokontrolerem (4), modułem (6) do komunikacji bezprzewodowej i gniazdem (11) zasilania, a układ zasilający (12) modułu awaryjnego (2) jest podłączony do mikrokontrolera (5), modułu do komunikacji bezprzewodowej (7) i wspólnego gniazda (11) zasilania.