一种电机转子角度偏差的检测与校正装置的制作方法

1.本实用新型涉及检测与校正技术领域，尤其涉及一种电机转子角度偏差的检测与校正装置。


背景技术：

2.飞机舱门系统是我国民用大飞机c919对客舱门和货舱门的机电控制子系统的统称，典型应用是作动器接收飞控系统的信号，响应地勤人员的开关门操作，并将舱门的状态通过机载总线反馈到驾驶舱供机组人员参考。随着多电技术在航空领域的逐步成熟，机电作动器越来越多的应用在飞机的襟翼、起落架、舱门等作动子系统。相对于传统的液压作动器，机电作动器具有维护方便、重量轻、布线灵活等优点。具有独立自主知识产权的c919大飞机创新性的应用机电作动器作为货舱门的开关门装置，将大幅减轻子系统重量、省油环保、同时提高派遣率。
3.由于飞机的全寿命周期可长达三十年，机电作动器的电机转子位置传感器不可避免随着使用时间的增长而出现偏差，原因可能是机械磨损、振动、材料老化、电气元件降额失效等。对于无刷直流电机，该类偏差的存在，会降低电机控制驱动器的能量转换效率，在母线电压一定的条件下，母线电流和相电流均会增大，导致发热严重，可能损毁功率器件。
4.现有的解决方案主要包括：
5.1、拆下电机，在专用设备上检测电机转子位置传感器的安装精度，发现偏差则手动调整机械安装位置。
6.2、将电机的两相接到大功率程控电源的正负端，短时施加额定电压，在一个大电流的作用下，无刷直流电机将停在特定的几个角度，检测此时电子转子位置传感器的输出，即可知道偏差，然后通过手动调整机械安装位置。
7.上述两种方案均需要拆下电机，实质上都是精确控制电机转子的机械位置，然后比较转子位置传感器的输出。通常在机电作动器总装前，采用这些方法，但是产品交付后，特别是在民机上，如果运用这些方案将影响飞机的派遣率，经济性和竞争力显著降低。


技术实现要素：

8.本实用新型的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种电机转子角度偏差的检测与校正装置，满足飞机货舱门作动器长时间交付使用之后，对电机转子传感器的角度偏差进行检测与校正。
9.为了解决上述技术问题，本实用新型公开了一种电机转子角度偏差的检测与校正装置，包括：fpga芯片、非易失性存储器fram和pcb板；其中，fpga芯片和非易失性存储器fram分别安装在pcb板上，通过pcb板实现连通和数据交互；
10.pcb板上设置有供电接口、旋变接口、a/d接口和外部设备接口；
11.旋变传感器通过旋变接口连接至pcb板，旋变传感器采集得到的电机转子角度信息通过旋变接口、pcb板传递至fpga芯片；
12.电流传感器通过a/d接口连接至pcb板，电流传感器采集得到的三相电流信息通过a/d接口、pcb板传递至fpga芯片；
13.电机驱动控制器通过外部设备接口连接至pcb板，与fpga芯片进行数据交互。
14.在上述电机转子角度偏差的检测与校正装置中，pcb板上还设置有供电接口；外部电源通过供电接口连接至pcb板，为pcb板上的fpga芯片和非易失性存储器fram供电。
15.在上述电机转子角度偏差的检测与校正装置中，fpga芯片根据电机转子角度信息和三相电流信息进行电机转子角度偏差的检测与校正；非易失性存储器fram对fpga芯片输出的数据信息进行存储。
16.在上述电机转子角度偏差的检测与校正装置中，当处于训练模式时，摇臂以竖直状态时的位置为中心，来回反复运动，每次运动时施加一个已知偏差量θn＝k*n；其中，θn表示第n次运动时给定的已知偏差量，k表示阶跃系数；在n次运动过程中，通过fpga芯片进行计算，分别得到第1次运动的最大q轴电流iq(1)、第2次运动的最大q轴电流iq(2)、
…
、第i次运动的最大q轴电流iq(i)、
…
、第n次运动的最大q轴电流iq(n)；并将iq(1)、iq(2)、
…
、iq(i)、
…
、iq(n)，及iq(1)、iq(2)、
…
、iq(i)、
…
、iq(n)各自对应的已知偏差量θ1＝k*1、θ2＝k*2、
…
、θi＝k*i、
…
、θn＝k*n，保存在非易失性存储器fram中。
17.在上述电机转子角度偏差的检测与校正装置中，当处于工作模式时，电机驱动控制器从非易失性存储器fram中保存的iq(1)、iq(2)、
…
、iq(i)、
…
、iq(n)中筛选得到一个最小值qj＝min[iq(1)、iq(2)、
…
、iq(i)、
…
、iq(n)]；并确定qj对应的已知偏差量θj＝k*j，将θj作为校正偏差量θ’；根据校正偏差量θ’和电机转子真实旋变角度ω，控制电机转动。
[0018]
在上述电机转子角度偏差的检测与校正装置中，fpga芯片包括：clarke变换电路和park变换电路；
[0019]
clarke变换电路接收由电流传感器通过a/d接口、pcb板发送的a相电流、b相电流和c相电流，对a相电流、b相电流和c相电流进行空间坐标转换处理，输出α电流和β电流；
[0020]
park变换电路接收由旋变传感器采集得到的电机转子真实旋变角度ω，对α电流、β电流和ω进行二次空间坐标转换处理，输出q轴电流；其中，第1次运动对应输出的q轴电流集为{iq1}、第2次运动对应输出的q轴电流集为{iq2}、
…
、第i次运动对应输出的q轴电流集为{iqi}、
…
、第n次运动对应输出的q轴电流集为{iqn}；iq(1)、iq(2)、
…
、iq(i)、
…
、iq(n)分别为集合{iq1}、集合{iq2}、
…
、集合{iqi}、
…
、集合{iqn}中的最大值。
[0021]
在上述电机转子角度偏差的检测与校正装置中，上电后，若指示标志位为高，则表示训练过程结束，进入工作模式，筛选得到校正偏差量θ’；若指示标志位为低，则表示当前为训练模式。
[0022]
在上述电机转子角度偏差的检测与校正装置中，在非易失性存储器fram保存数据时，将n作为存储地址，iq(n)记录到对应的地址内。
[0023]
本实用新型具有以下优点：
[0024]
(1)本实用新型公开了一种电机转子角度偏差的检测与校正装置，该装置可插入电机控制驱动装置的电机转子角度采集端，仅需控制驱动器来回重复运动多次，比较不同角度偏移下电机q轴电流的大小，选取最小q轴电流时的角度进行修正，即可达到对电机转子角度偏移的检测与修正，同时修正值存储在fram中，正常工作时读取该值即可实现校正。验证过程中无需拆卸电机，对于c919货舱门作动器或者类似的直线作动器，可以进行带载
检测；具备掉电数据存储能力，电机转子角度偏差自动更新、存储；由于fpga的可编程性和并行处理能力，也可以直接将控制驱动器的硬件算法放入本装置中，复用性强。
[0025]
(2)与现有国内外现有方案相比，本实用新型可实现长时工作之后，飞机全寿命周期中快捷迅速的电机转子角度偏差的检测与校正，在测试指标上有跨越性的提高，且基础技术较成熟，易实现。
附图说明
[0026]
图1是一种货舱门作动器的结构图；
[0027]
图2是一种货舱门作动器在检测阶段的机械运动示意图；
[0028]
图3是本实用新型中一种电机转子角度偏差的检测与校正装置的结构示意图；
[0029]
图4是本实用新型中一种fpga芯片的结构示意图。
具体实施方式
[0030]
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型公开的实施方式作进一步详细描述。
[0031]
货舱门作动器的典型结构如图1所示，该货舱门作动器采用电驱动，安装在货舱门和机身之间，地勤人员通过控制面板操作，实现货舱门的正常开启/关闭。货舱门作动器的运行如图2所示，货舱门作动器推动摇臂运动，模拟货舱门开启或关闭。作动机构全行程350mm，承担的额定载荷为15000n；正常工作时最大载荷25000n；工作极限载荷(功能不失效)40000n；结构极限载荷(结构不破坏)60000n。
[0032]
如图3，在本实施例中，该电机转子角度偏差的检测与校正装置，包括：fpga芯片、非易失性存储器fram和pcb板。其中，fpga芯片和非易失性存储器fram分别安装在pcb板上，通过pcb板实现连通和数据交互。
[0033]
pcb板上设置有供电接口、旋变接口、a/d接口、外部设备接口和供电接口。其中，旋变传感器通过旋变接口连接至pcb板，旋变传感器采集得到的电机转子角度信息通过旋变接口、pcb板传递至fpga芯片；电流传感器通过a/d接口连接至pcb板，电流传感器采集得到的三相电流信息通过a/d接口、pcb板传递至fpga芯片；电机驱动控制器通过外部设备接口连接至pcb板，与fpga芯片进行数据交互。外部电源通过供电接口连接至pcb板，为pcb板上的fpga芯片和非易失性存储器fram供电。
[0034]
在本实施例中，fpga芯片主要根据电机转子角度信息和三相电流信息进行电机转子角度偏差的检测与校正；非易失性存储器fram则主要对fpga芯片输出的数据信息进行存储。
[0035]
在本实施例中，上电后，若指示标志位为高，则表示训练过程结束，进入工作模式，筛选得到校正偏差量θ’；若指示标志位为低，则表示当前为训练模式。
[0036]
优选的，当处于训练模式时，摇臂以竖直状态时的位置为中心，来回反复运动，每次运动时施加一个已知偏差量θn＝k*n；在n次运动过程中，均可通过fpga芯片进行q轴电流的解算，以得到每次运动对应的最大q轴电流，如：第1次运动的最大q轴电流iq(1)、第2次运动的最大q轴电流iq(2)、
…
、第i次运动的最大q轴电流iq(i)、
…
、第n次运动的最大q轴电流iq(n)。其中，θn表示第n次运动时给定的已知偏差量，k表示阶跃系数。进一步的，fpga芯片
每次输出的最大q轴电流，及各最大q轴电流对应的已知偏差量(θ1＝k*1、θ2＝k*2、
…
、θi＝k*i、
…
、θn＝k*n)均保存在非易失性存储器fram中也即，在非易失性存储器fram保存数据时，将n作为存储地址，将iq(n)记录到对应的地址内。
[0037]
优选的，当处于工作模式时，电机驱动控制器则可以直接从非易失性存储器fram中保存的iq(1)、iq(2)、
…
、iq(i)、
…
、iq(n)中筛选得到一个最小值qj＝min[iq(1)、iq(2)、
…
、iq(i)、
…
、iq(n)]，并确定qj对应的已知偏差量θj＝k*j，将θj作为校正偏差量θ’，进而根据校正偏差量θ’和电机转子真实旋变角度ω，控制电机转动。其中，j∈n。
[0038]
在本实施例中，如图4，fpga芯片具体可以包括：clarke变换电路和park变换电路。其中，clarke变换电路接收由电流传感器通过a/d接口、pcb板发送的a相电流、b相电流和c相电流，对a相电流、b相电流和c相电流进行空间坐标转换处理，输出α电流和β电流。park变换电路接收由旋变传感器采集得到的电机转子真实旋变角度ω，对α电流、β电流和ω进行二次空间坐标转换处理，输出q轴电流。其中，对于每一次运动，park变换电路输出的q轴电流都是一系列的值，即q轴电流集，需要进一步从中筛选出单次运动时的最大q轴电流。例如，第1次运动对应输出的q轴电流集为{iq1}、第2次运动对应输出的q轴电流集为{iq2}、
…
、第i次运动对应输出的q轴电流集为{iqi}、
…
、第n次运动对应输出的q轴电流集为{iqn}；则，iq(1)、iq(2)、
…
、iq(i)、
…
、iq(n)分别为集合{iq1}、集合{iq2}、
…
、集合{iqi}、
…
、集合{iqn}中的最大值。
[0039]
其中，需要说明的是，fpga芯片的外围电路、clarke变换电路和park变换电路等均为成熟的商业ip核产品，现有发明均有涉及或者有现成产品。
[0040]
以上所述，仅为本实用新型最佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
[0041]
本实用新型说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。