機(jī)電伺服系統(tǒng)保護(hù)與故障恢復(fù)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及飛行器控制領(lǐng)域，具體而言，涉及一種機(jī)電伺服系統(tǒng)保護(hù)與故障恢復(fù)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)對(duì)運(yùn)載火箭等的采用機(jī)電伺服技術(shù)的飛行控制執(zhí)行閉環(huán)系統(tǒng)的統(tǒng)稱為機(jī)電伺服系統(tǒng)，機(jī)電伺服系統(tǒng)的典型應(yīng)用之一就是搖擺發(fā)動(dòng)機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)噴管實(shí)現(xiàn)推力矢量控制，完成對(duì)運(yùn)載火箭姿態(tài)的控制。由于機(jī)電伺服系統(tǒng)具有組成與結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用與維護(hù)方便，系統(tǒng)特性好等顯著優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為近年來(lái)運(yùn)載火箭推力矢量控制不斷采用的控制執(zhí)行系統(tǒng)。
[0003]機(jī)電伺服系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成:機(jī)電傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、永磁同步伺服電機(jī)、伺服控制驅(qū)動(dòng)器、伺服動(dòng)力電源。其中伺服動(dòng)力電源為整個(gè)系統(tǒng)提供直流電能，是整個(gè)系統(tǒng)的初級(jí)能源。伺服控制驅(qū)動(dòng)器集成了伺服控制功能與伺服驅(qū)動(dòng)功能，伺服控制功能是以DSP為核心的控制功能電路，DSP中運(yùn)行閉環(huán)控制算法，接收伺服指令信號(hào)，采集系統(tǒng)的各種狀態(tài)反饋信號(hào)，最終生成六路PWM占空比斬波信號(hào)。伺服驅(qū)動(dòng)功能是以IGBT為核心的功率驅(qū)動(dòng)電路，接收PWM信號(hào)后根據(jù)PWM信號(hào)要求完成功率管的開(kāi)、關(guān)動(dòng)作，將伺服動(dòng)力電源提供的直流電能逆變?yōu)槿嘟涣麟娔?，提供給永磁同步伺服電機(jī)，而永磁同步伺服電機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力執(zhí)行元件，輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速功率運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)機(jī)電傳動(dòng)機(jī)構(gòu)做功，實(shí)現(xiàn)推力矢量控制。
[0004]運(yùn)載火箭推力矢量控制對(duì)機(jī)電伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度要求極高，機(jī)電伺服系統(tǒng)作為控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)子系統(tǒng)經(jīng)常處于瞬間短時(shí)高功率輸出的工況條件下，即要求伺服控制驅(qū)動(dòng)器向永磁同步伺服電機(jī)短時(shí)間提供峰值大電流。同時(shí)，運(yùn)載火箭在飛行過(guò)程中，受到飛行環(huán)境中各種氣動(dòng)環(huán)境等惡劣影響的干擾，隨時(shí)需要機(jī)電伺服系統(tǒng)輸出較大的功率，同時(shí)承受振動(dòng)、沖擊、加速度等力學(xué)環(huán)境與高溫環(huán)境的影響。而伺服控制驅(qū)動(dòng)器作為電力電子產(chǎn)品，其工作電流必須受到限制，否則電流過(guò)大會(huì)損壞IGBT功率管，造成產(chǎn)品失效。同時(shí)功率驅(qū)動(dòng)電路受惡劣環(huán)境影響，有發(fā)生短時(shí)失效的可能性。但是運(yùn)載火箭對(duì)機(jī)電伺服系統(tǒng)的使用要求極高，機(jī)電伺服系統(tǒng)作為飛行控制執(zhí)行系統(tǒng)，一旦在飛行過(guò)程中因工作電流過(guò)大在成損壞或功率驅(qū)動(dòng)電路失效無(wú)法正常工作，都會(huì)造成整個(gè)任務(wù)的失敗。因此必須針對(duì)在復(fù)雜環(huán)境與復(fù)雜工況下可能出現(xiàn)的過(guò)電流或驅(qū)動(dòng)電路失效做出高可靠的有效處理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在提供一種可靠性高且故障恢復(fù)迅速的機(jī)電伺服系統(tǒng)保護(hù)與故障恢復(fù)控制方法。
[0006]本發(fā)明提供了一種機(jī)電伺服系統(tǒng)保護(hù)與故障恢復(fù)控制方法，包括:步驟SlO:采集當(dāng)前狀態(tài)的系統(tǒng)參數(shù)；步驟S20:對(duì)比系統(tǒng)參數(shù)與預(yù)設(shè)參數(shù)；步驟S30:當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)不滿足預(yù)設(shè)參數(shù)的限制時(shí)，進(jìn)入故障保護(hù)狀態(tài)，并鎖止驅(qū)動(dòng)器、關(guān)閉PWM輸出；步驟S40:繼續(xù)采集當(dāng)前狀態(tài)的系統(tǒng)參數(shù)，并與預(yù)設(shè)參數(shù)對(duì)比，直到系統(tǒng)參數(shù)滿足預(yù)設(shè)參數(shù)的限制時(shí)，故障恢復(fù)計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)；步驟S50:當(dāng)故障恢復(fù)計(jì)數(shù)器的計(jì)速達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，退出故障保護(hù)狀態(tài)，并復(fù)位驅(qū)動(dòng)器、恢復(fù)PWM輸出、清零故障恢復(fù)計(jì)數(shù)器。
[0007]進(jìn)一步地，該方法還包括位于步驟S40和步驟S50之間的計(jì)數(shù)步驟:計(jì)數(shù)步驟包括繼續(xù)采集當(dāng)前狀態(tài)的系統(tǒng)參數(shù)，并與預(yù)設(shè)參數(shù)對(duì)比，當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)滿足預(yù)設(shè)參數(shù)的限制時(shí)，故障恢復(fù)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)加一；當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)不滿足預(yù)設(shè)參數(shù)的限制時(shí)，返回步驟S10。
[0008]進(jìn)一步地，系統(tǒng)參數(shù)包括相電流，預(yù)設(shè)參數(shù)包括過(guò)流電流和過(guò)流恢復(fù)電流，故障保護(hù)狀態(tài)包括過(guò)流故障保護(hù)狀態(tài)，故障恢復(fù)計(jì)數(shù)器包括過(guò)流故障恢復(fù)計(jì)數(shù)器；步驟S30包括:當(dāng)相電流大于過(guò)流電流時(shí)，進(jìn)入過(guò)流故障保護(hù)狀態(tài)，并鎖止驅(qū)動(dòng)器、關(guān)閉PWM輸出；步驟S40包括:繼續(xù)采集當(dāng)前狀態(tài)的相電流，并與過(guò)流恢復(fù)電流對(duì)比，直到相電流小于過(guò)流恢復(fù)電流時(shí)，過(guò)流故障恢復(fù)計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)。
[0009]進(jìn)一步地，系統(tǒng)參數(shù)包括母線電流和母線電壓，預(yù)設(shè)參數(shù)包括短路電流、欠壓電壓、短路恢復(fù)電流和欠壓恢復(fù)電壓；故障保護(hù)狀態(tài)包括驅(qū)動(dòng)故障保護(hù)狀態(tài)，故障恢復(fù)計(jì)數(shù)器包括短路故障恢復(fù)計(jì)數(shù)器和欠壓故障恢復(fù)計(jì)數(shù)器；步驟S30包括:當(dāng)母線電流大于短路電流或者母線電壓小于欠壓電壓時(shí)，進(jìn)入驅(qū)動(dòng)故障保護(hù)狀態(tài)，并鎖止驅(qū)動(dòng)器、關(guān)閉PWM輸出；步驟S40包括:繼續(xù)采集當(dāng)前狀態(tài)的母線電流和母線電壓，并將母線電流與短路恢復(fù)電流對(duì)比，直到母線電流小于短路恢復(fù)電流時(shí)，短路故障恢復(fù)計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)；或者將母線電壓與欠壓恢復(fù)電壓對(duì)比，直到母線電壓小于欠壓恢復(fù)電壓時(shí)，欠壓故障恢復(fù)計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)。
[0010]進(jìn)一步地，系統(tǒng)參數(shù)包括相電流、母線電流和母線電壓，預(yù)設(shè)參數(shù)包括過(guò)流電流、過(guò)流恢復(fù)電流、短路電流、欠壓電壓、短路恢復(fù)電流和欠壓恢復(fù)電壓，故障保護(hù)狀態(tài)包括過(guò)流故障保護(hù)狀態(tài)和驅(qū)動(dòng)故障保護(hù)狀態(tài)，故障恢復(fù)計(jì)數(shù)器包括過(guò)流故障恢復(fù)計(jì)數(shù)器、短路故障恢復(fù)計(jì)數(shù)器和欠壓故障恢復(fù)計(jì)數(shù)器；步驟S30包括:當(dāng)相電流大于過(guò)流電流時(shí)，進(jìn)入過(guò)流故障保護(hù)狀態(tài)，并鎖止驅(qū)動(dòng)器、關(guān)閉PWM輸出；或者當(dāng)母線電流大于短路電流或者母線電壓小于欠壓電壓時(shí)，進(jìn)入驅(qū)動(dòng)故障保護(hù)狀態(tài)，并鎖止驅(qū)動(dòng)器、關(guān)閉PWM輸出；步驟S40包括:繼續(xù)采集當(dāng)前狀態(tài)的相電流，并與過(guò)流恢復(fù)電流對(duì)比，直到相電流小于過(guò)流恢復(fù)電流時(shí)，過(guò)流故障恢復(fù)計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)；或者繼續(xù)采集當(dāng)前狀態(tài)的母線電流和母線電壓，并將母線電流與過(guò)流恢復(fù)電流對(duì)比，直到母線電流小于短路恢復(fù)電流時(shí)，短路故障恢復(fù)計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)；或者將母線電壓與欠壓恢復(fù)電壓對(duì)比，直到母線電壓小于欠壓恢復(fù)電壓時(shí)，欠壓故障恢復(fù)計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的機(jī)電伺服系統(tǒng)保護(hù)與故障恢復(fù)控制方法，當(dāng)采集的系統(tǒng)參數(shù)不滿足預(yù)設(shè)參數(shù)的限制時(shí)，進(jìn)入故障保護(hù)狀態(tài)，并鎖止驅(qū)動(dòng)器、關(guān)閉PWM輸出，從而實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)器的可靠保護(hù)，防止驅(qū)動(dòng)器在故障狀態(tài)下繼續(xù)工作而損壞。并且在故障保護(hù)狀態(tài)下繼續(xù)采集相關(guān)系統(tǒng)參數(shù)，當(dāng)相應(yīng)的系統(tǒng)參數(shù)滿足預(yù)設(shè)參數(shù)限制時(shí)，系統(tǒng)可以快速?gòu)?fù)位驅(qū)動(dòng)器，并恢復(fù)PWM輸出，從而滿足系統(tǒng)工作要求，保障飛行器安全。
【附圖說(shuō)明】
[0012]構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0013]圖1是推力矢量控制用機(jī)電伺服系統(tǒng)軟件基本流程圖；
[0014]圖2是根據(jù)本發(fā)明的機(jī)電伺服系統(tǒng)保護(hù)與故障恢復(fù)控制方法的流程框圖；
[0015]圖3是根據(jù)本發(fā)明的電流過(guò)流保護(hù)與自動(dòng)恢復(fù)流程圖；
[0016]圖4是根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)電路故障保護(hù)與自動(dòng)恢復(fù)流程圖；
[0017]圖5是根據(jù)本發(fā)明的電流過(guò)流保護(hù)與驅(qū)動(dòng)電路故障保護(hù)綜合處理與恢復(fù)流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
[0019]結(jié)合圖1所示，以推力矢量控制用機(jī)電伺服系統(tǒng)為例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的機(jī)電伺服系統(tǒng)保護(hù)與故障恢復(fù)控制方法。圖1為推力矢量控制用機(jī)電伺服系統(tǒng)軟件定時(shí)中斷服務(wù)程序基本流程圖。定時(shí)中斷采用DSP內(nèi)部定時(shí)器，定時(shí)中斷周期為0.1ms，中斷服務(wù)程序執(zhí)行如下操作:
[0020]I)系統(tǒng)保護(hù)管理；
[0021]2) CAN總線通訊管理；
[0022]3)運(yùn)行狀態(tài)維護(hù)和時(shí)標(biāo)維護(hù)；
[0023]4)每Ims執(zhí)行看門狗維護(hù)；
[0024]5)模擬輸入信號(hào)采集和旋變值采集；
[0025]6)每Ims監(jiān)測(cè)Bu61580的重要寄存器，如果異常則重新初始化Bu61580 ；
[0026]7)每Ims更新1553B返回消息；
[0027]8)每Ims執(zhí)行位移到角度轉(zhuǎn)換、位置閉環(huán)運(yùn)算、速度閉環(huán)運(yùn)算；
[0028]9)電流環(huán)運(yùn)算及SVPWM生成；
[0029]每個(gè)定時(shí)中斷周期內(nèi)首先進(jìn)行系統(tǒng)保護(hù)管理，判斷功率母線電流、母線電壓和三相交流電流值，一旦出現(xiàn)欠壓、短路、過(guò)流等情況，上述參數(shù)超出保護(hù)閾值，DSP立即封鎖PWM輸出，鎖止驅(qū)動(dòng)電路，關(guān)斷IGBT管，避免燒壞功率器件本身；當(dāng)檢測(cè)到上述故障消失時(shí)，迅速恢復(fù)PWM輸出和驅(qū)動(dòng)電路，進(jìn)入系統(tǒng)的閉環(huán)控制工作狀態(tài)。
[0030]結(jié)合圖2所示，本發(fā)明的提供了機(jī)電伺服系統(tǒng)保護(hù)與故障恢復(fù)控制方法，即系統(tǒng)保護(hù)管理方法，具體包括:步驟SlO:采集當(dāng)前狀態(tài)的系統(tǒng)參數(shù)；步驟S20:對(duì)比系統(tǒng)參數(shù)與預(yù)設(shè)參數(shù)；步驟S30:當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)不滿足預(yù)設(shè)參數(shù)的限制時(shí)，進(jìn)入故障保護(hù)狀態(tài)，并鎖止驅(qū)動(dòng)器、關(guān)閉PWM輸出；步驟S40:繼續(xù)采