一种双三相电机冗余控制系统

本发明涉及电机驱动、嵌入式控制，特别涉及一种双三相电机冗余控制系统。

背景技术：

1、双三相永磁同步电机具有两套三相定子绕组，可通过两套三相逆变器进行驱动。由于绕组和功率通道具有一定的物理分离性，双三相电机被广泛用于高可靠电驱动场合。然而，电机绕组和功率器件的冗余并不必然意味着控制系统具备相同等级的故障容错能力。控制芯片、电源、时钟、采样接口、通信接口或pwm输出接口中的任一关键环节发生故障，均可能导致驱动控制中断。

2、现有的一类方案采用一个数字控制器控制全部绕组。该方案结构简单，但控制器及其供电或外围电路构成明显的单点失效环节。当控制器程序跑飞、时钟丢失、供电异常或者pwm输出失常时，双三相电机的两套绕组均无法被正常控制。

3、现有的另一类方案采用两个数字控制器分别控制双三相电机中的一套三相绕组。当其中一个数字控制器失效时，另一数字控制器可继续控制剩余三相绕组，但电机的可用绕组数量和逆变器容量减少，输出转矩、动态性能或热裕度随之下降。在转向、制动和航空作动等安全关键场合，仅保留部分输出能力可能不足以维持预定功能。

4、因此，需要一种控制系统，以解决现有技术中，当某个数字控制器失效时，仅能保证剩余三相绕组运行、无法保证所有三相绕组的运行的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种双三相电机冗余控制系统，主要目的在于解决目前当某个数字控制器失效时，无法保证所有三相绕组的运行的问题。

2、为解决上述问题，本技术一种双三相电机冗余控制系统，包括：

3、上位控制器，用于输出工作模式指令给第一数字控制器以及第二数字控制器；

4、现场可编程门阵列fpga，与所述第一数字控制器以及所述第二数字控制器电气连接，用于控制第一数字控制器或第二数字控制器为当前有效数字控制器；

5、所述第一数字控制器，分别与第一组三相绕组以及第二组三相绕组电气连接，用于在被确定为当前有效数字控制器的情况下，基于从所述上位控制器接收的工作模式指令、向所述第一组三相绕组以及所述第二组三相绕组发送控制指令、以对所述第一组三相绕组以及所述第二组三相绕组进行同步控制；

6、所述第二数字控制器，分别与所述第一组三相绕组以及所述第二组三相绕组电气连接，用于在被确定为当前有效数字控制器的情况下，基于从所述上位控制器接收的工作模式指令、向所述第一组三相绕组以及所述第二组三相绕组发送控制指令、以对所述第一组三相绕组以及所述第二组三相绕组进行同步控制。

7、可选的，所述系统还包括：信号分配单元；

8、所述上位控制器通过所述信号分配单元与所述第一数字控制器以及所述第二数字控制器电气连接；

9、所述上位控制器，用于向所述信号分配单元发送工作模式指令；

10、所述信号分配单元，用于基于独立的第一信号通道以及第二信号通道，将所述工作模式指令转发给所述第一数字控制器以及所述第二数字控制器。

11、可选的，所述系统还包括：第一三相逆变器以及第二三相逆变器；

12、所述第一数字控制器，通过所述第一三相逆变器与第一组三相绕组电气连接、以及通过所述第二三相逆变器与第二组三相绕组电气连接；所述第一数字控制器还用于在被确定为当前有效数字控制器的情况下，基于从所述上位控制器接收的工作模式指令、向所述第一三相逆变器以及所述第二三相逆变器发送pwm序列；

13、所述第二数字控制器，通过所述第一三相逆变器与第一组三相绕组电气连接、以及通过所述第二三相逆变器与第二组三相绕组电气连接；所述第二数字控制器用于在被确定为当前有效数字控制器的情况下，基于从所述上位控制器接收的工作模式指令、向所述第一三相逆变器以及所述第二三相逆变器发送pwm序列；

14、所述第一三相逆变器以及所述第二三相逆变器用于接收第一数字控制器或第二数字控制器发送的pwm序列，将所述pwm序列转换成控制指令，以对所述第一组三相绕组以及所述第二组三相绕组进行同步控制。

15、可选的，所述fpga还用于：获取所述第一数字控制器和所述第二数字控制器的运行信息，基于所述运行信息对所述第一数字控制器和所述第二数字控制器进行故障监测，获得包含故障类别的故障监测结果，并基于所述故障监测结果输出控制器切换指令或设置所述系统的当前状态。

16、可选的，所述系统还包括：pwm硬件互锁单元；

17、所述pwm硬件互锁单元包括：与第一数字控制器的输出通道所对应的第一通道门控、与第二数字控制器的输出通道所对应的第二通道门控以及信号接收端；

18、所述pwm硬件互锁单元的信号接收端与所述fpga电气连接；

19、所述pwm硬件互锁单元用于：接收所述fpga发送的控制器切换指令，基于所述控制器切换指令利用所述第一通道门控开启所述第一数字控制器的输出通道、并利用所述第二通道门控封锁所述第二数字控制器的输出通道，以控制所述第一数字控制器作为当前有效数字控制器、控制所述第二数字控制器作为当前非有效数字控制器；或者基于所述控制器切换指令利用所述第一通道门控封锁所述第一数字控制器的输出通道、并利用所述第二通道门控开启所述第二数字控制器的输出通道，以控制所述第一数字控制器作为当前非有效数字控制器、控制所述第二数字控制器作为当前有效数字控制器。

20、可选的，所述系统还包括：控制状态同步单元；

21、所述控制状态同步单元与所述第一数字控制器和所述第二数字控制器电气连接；

22、所述控制状态同步单元，用于接收当前有效数字控制器发送的目标控制状态数据，并将所述目标控制状态数据转发给当前非有效数字控制器，以供所述当前非有效数字控制器基于所述目标控制状态数据、与本地控制状态数据进行一致性校验以及状态数据对齐处理。

23、可选的，所述故障类别包括：硬故障类别以及软故障类别；

24、在所述故障类别为软故障类别时，所述fpga基于软故障的累计信息，确定是否满足预定的控制器切换条件，在未满足所述控制器切换条时、基于所述软故障类别设置所述系统的当前状态，在满足所述控制器切换条时、向当前非有效数字控制器发送接管准备信号；

25、在所述故障类别为硬故障类别时，所述fpga用于向当前非有效数字控制器发送接管准备信号；

26、所述当前非有效数字控制器用于基于所述接管准备信号，根据从当前有效数字控制器接收的目标控制状态数据以及本地控制状态数据进行状态数据对齐处理。

27、可选的，所述fpga还用于：接收所述当前非有效数字控制器发送的健康确认信息，基于所述健康确认信息向所述pwm硬件互锁单元发送控制器切换指令。

28、可选的，所述系统还包括门极驱动单元；

29、所述门极驱动单元的输出端与第一三相逆变器以及所述第二三相逆变器的输入端电气连接；

30、所述门极驱动单元的输入端与所述第一数字控制器以及所述第二数字控制器的输出端电气连接；

31、所述门极驱动单元用于接收当前有效数字控制器发送的pwm序列，将所述pwm序列转换为电压驱动信号、并发送给所述第一三相逆变器以及所述第二三相逆变器。

32、可选的，所述系统还包括：供电单元；所述供电单元包括：

33、若干供电支路，各所述供电支路分别与所述第一数字控制器、所述第二数字控制器、以及所述fpga电气连接，用于向所述第一数字控制器、所述第二数字控制器、以及所述fpga供电。

34、本技术中的双三相电机冗余控制系统，通过将两个数字控制器同时与两套三相绕组（第一组三相绕组以及第二组三相绕组）连接，当任意数字控制器失效时，可利用剩余控制器同时控制两套三相绕组，保证了所有三相绕组的稳定运行；通过设置现场可编程门阵列fpga，能够实现控制任意数字控制器为当前有效数字控制器，防止两个数字控制器同时向两套三相绕组输出控制指令，避免了控制冲突的问题。

35、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。