一种面向双余度电机的分布式冗余通用控制器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种面向双余度电机的分布式冗余通用控制器，包括：定时模块（1）、故障诊断监视模块（2）、CAN总线通信模块A（3）、1553B总线通信模块A（4）、CAN总线通信模块B（5）、1553B总线通信模块B（6）、DSP控制模块（7）、Cortex控制模块（8）、电流传感器A（9）、驱动电路A（10）、电流传感器B（11）和驱动电路B（12）。该控制器通过外部心跳信息监控和检测信息故障诊断两方面，确保及时发现控制器的故障情况，及时切换到备份通路实行系统的及时切换；对控制指令和检测信息通过不同的总线方式进行分布式操作，获得检测信息的快速化和控制信息的实时化效果。该控制器实现了分布式环境下的热备份冗余控制和可靠通信功能，适合高可靠性分布式控制的应用场合。
【专利说明】一种面向双余度电机的分布式冗余通用控制器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种分布式冗余通用控制器，特别是一种面向双余度电机的分布式冗余通用控制器。
【背景技术】
[0002]当前通用化分布式控制器较为广泛，相关冗余性能常见为热备份、三取二、二乘二取二等相关方式。常见组成为单独CPU或CPU带协处理器形式，并设置通信芯片、扩展RAM芯片等、驱动电路、传感器信号采集芯片等。基本上仅可以做到基本的冗余控制以及软件切换功能，一旦通信芯片、CPU出现故障时，整个控制单元将处于失控状态。为此，配合可靠性较高的双余度电机，需要设计高可靠性的分布式冗余通用控制器。
【发明内容】
[0003]本发明目的在于提供一种面向双余度电机的分布式冗余通用控制器，解决单一控制驱动、冗余程度不足和故障状态无法控制的问题。
[0004]一种面向双余度电机的分布式冗余通用控制器，包括:控制部分A路、控制部分B路、定时模块和故障诊断监视模块。控制部分A路包括:CAN总线通信模块A、1553B总线通信模块A、DSP控制模块、驱动电路A和电流传感器A ;控制部分B路包括:CAN总线通信模块B、1553B总线通信模块B、Cortex控制模块、驱动电路B和电流传感器B。
[0005]控制部分A路的结构中，DSP控制模块的输出端与驱动电路A的输入端相连接，电流传感器A的输入端口与驱动电路A的电流输出端口连接，电流传感器A的输出端口与DSP控制模块的输入端口连接，CAN总线通信模块A内部通信端口与DSP控制模块的内部通信端口连接，1553B总线通信模块A的内部通信端口与DSP控制模块的内部通信端口连接；控制部分B路的结构中，Cortex控制模块的输出端与驱动电路B的输入端相连接，电流传感器B的输入端口与驱动电路B的电流输出端口连接，电流传感器B的输出端口与Cortex控制模块的输入端口连接，CAN总线通信模块B内部通信端口与Cortex控制模块的内部通信端口连接，1553B总线通信模块B内部通信端口与Cortex控制模块的内部通信端口连接。定时模块的输入端口与DSP控制模块和Cortex控制模块输出模块连接，定时模块的输出端口与驱动电路A和驱动电路B的输入端口连接。故障诊断监视模块、DSP控制模块和Cortex控制模块之间的双向通信端口两两连接，故障诊断监视模块与定时模块的双向通信端口相互连接。
[0006]配置控制部分A路为主路、B路配置为从路作热备份，在DSP控制模块和Cortex控制模块上运行独立设计不同的运算程序。CAN总线通信模块A和CAN总线通信模块B将检测信号上传总线，1553B总线通信模块A和1553B总线通信模块B接收总线传下的控制指令。外部系统的CAN总线或1553B总线出现故障时，DSP控制模块和Cortex控制模块将检测信号和控制指令切换至无故障的总线上混合传输。DSP控制模块和Cortex控制模块检测驱动电路A和驱动电路B的电流消耗及外部传感器信号，通过卡尔曼滤波算法获得准确的电机性能信号，并执行控制算法输出控制量。驱动电路A和驱动电路B的电流信号上传分布式冗余通用控制器的故障诊断监视模块。DSP控制模块定时向Cortex控制模块和定时模块发送心跳信号。定时模块接收不到DSP控制模块心跳信号时，立即切断A路驱动电路，同时启动B路的驱动电路。故障诊断监视模块，在定时模块失效情况下，将驱动电路A和DSP控制模块切换移出运行状态，启动行驱动电路B和Cortex控制模块，同时计算各种传感器输入信号。不同路的通讯功能和驱动电路损坏时，故障诊断监视模块执行传感信息中转功能，同时切除失效通路的驱动电路。
[0007]本发明可以通过设置，多个通信模块，异构备份的控制模块，驱动电流和电机性能双重信号判断方式，双冗余电机进行多重保证的驱动控制设计。本发明具有较强的通用性和可扩展性，原理清晰，使用方便，可靠性较高，对于航空航天类设备、车载舰载类系统，具有较强的实用意义，其中对于驱动设备的电流检测功能可以支撑精确能耗管理思路的实现。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1 一种面向双余度电机的分布式冗余通用控制器的组成示意图。
[0009]1.定时模块2.故障诊断监视模块3.CAN总线通信模块A 4.1553B总线通信模块A 5.CAN总线通信模块B 6.1553B总线通信模块B 7.DSP控制模块8.Cortex控制模块9.电流传感器A 10.驱动电路A 11.驱动电路B 12.电流传感器B。
【具体实施方式】
[0010]一种面向双余度电机的分布式冗余通用控制器，包括:控制部分A路、控制部分B路、定时模块I和故障诊断监视模块2。控制部分A路包括:CAN总线通信模块A3U553B总线通信模块A4、DSP控制模块7、驱动电路AlO和电流传感器A9 ;控制部分B路包括:CAN总线通信模块B5U553B总线通信模块B6、Cortex控制模块8、驱动电路Bll和电流传感器B12。
[0011]控制部分A路的结构中，外部系统的角度/速度传感器A组和其他传感器A组的输入端口与DSP控制模块7输入端连接，DSP控制模块7的输出端与驱动电路AlO的输入端相连接，电流传感器A9的输入端口与驱动电路AlO的电流输出端口连接，电流传感器A9的输出端口与DSP控制模块7的输入端口连接，驱动电路AlO的输出端口与外部系统的双余度电机A端口连接，CAN总线通信模块A3外部通信端口与外部系统的CAN总线连接，CAN总线通信模块A3内部通信端口与DSP控制模块7的内部通信端口连接，1553B总线通信模块A4外部通信端口与外部系统的1553B总线连接，1553B总线通信模块A4内部通信端口与DSP控制模块7的内部通信端口连接；控制部分B路的结构中，外部系统的角度/速度传感器B组和其他传感器B组的输入端口与Cortex控制模块8输入端连接,Cortex控制模块8的输出端与驱动电路Bll的输入端相连接，电流传感器B12的输入端口与驱动电路Bll的电流输出端口连接，电流传感器B12的输出端口与Cortex控制模块8的输入端口连接，驱动电路Bll的输出端口与外部系统的双余度电机B端口连接，CAN总线通信模块B5外部通信端口与外部系统的CAN总线连接，CAN总线通信模块B5内部通信端口与Cortex控制模块8的内部通信端口连接，1553B总线通信模块B6外部通信端口与外部系统的1553B总线连接，1553B总线通信模块B6内部通信端口与Cortex控制模块8的内部通信端口连接。定时模块I的输入端口与DSP控制模块7和Cortex控制模块8输出模块连接，定时模块I的输出端口与驱动电路A10、驱动电路Bll的输入端口连接。故障诊断监视模块2、DSP控制模块7和Cortex控制模块8之间的双向通信端口两两连接，故障诊断监视模块2与定时模块I的双向通信端口相互连接，故障诊断监视模块2的输入端口与电流传感器A9、电流传感器B12、外部系统的角度/转速传感器的A组、外部系统的角度/转速传感器B组、外部系统的其他传感器A组和外部系统的其他传感器B组的输入端口连接。
[0012]配置控制部分A路为主路、B路配置为从路作热备份，在DSP控制模块7和Cortex控制模块8上运行独立设计不同的运算程序。CAN总线通信模块A3和CAN总线通信模块B5将检测信号上传总线，1553B总线通信模块A4和1553B总线通信模块B6接收总线传下的控制指令。外部系统的CAN总线或1553B总线出现故障时，DSP控制模块7和Cortex控制模块8将检测信号和控制指令切换至无故障的总线上混合传输。DSP控制模块7和Cortex控制模块8检测驱动电路AlO和驱动电路Bll的电流消耗及外部系统的角度/转速传感器信号，通过卡尔曼滤波算法获得准确的电机性能信号，并执行控制算法输出控制量。驱动电路AlO和驱动电路Bll的电流信号、外部系统的两组角度/转速传感器和两组其他传感器信号，均上传分布式冗余通用控制器的故障诊断监视模块2。DSP控制模块7定时向Cortex控制模块8和定时模块I发送心跳信号。定时模块I接收不到DSP控制模块7心跳信号时，立即切断A路驱动电路A10，同时启动B路的驱动电路BI I。故障诊断监视模块2，在定时模块I失效情况下，将驱动电路AlO和DSP控制模块切换移出运行状态，启动行驱动电路Bll和Cortex控制模块，同时计算各种传感器输入信号。不同路的通讯功能和驱动电路损坏时，故障诊断监视模块执行传感信息中转功能，同时切除失效通路的驱动电路。
[0013]本发明可以通过设置，多个通信模块，异构备份的控制模块，驱动电流和电机性能双重信号判断方式，双冗余电机进行多重保证的驱动控制设计。本发明具有较强的通用性和可扩展性，原理清晰，使用方便，可靠性较高，对于航空航天类设备、车载舰载类系统，具有较强的实用意义，其中对于驱动设备的电流检测功能可以支撑精确能耗管理思路的实现。
【权利要求】
1.一种面向双余度电机的分布式冗余通用控制器，其特征在于包括:控制部分A路、控制部分B路、定时模块(I)和故障诊断监视模块(2);控制部分A路包括:CAN总线通信模块A (3)、1553B总线通信模块A (4)、DSP控制模块(7)、驱动电路A (10)和电流传感器A(9);控制部分B路包括:CAN总线通信模块B (5)、1553B总线通信模块B (6),Cortex控制模块(8)、驱动电路B (11)和电流传感器B (12)； 控制部分A路的结构中，DSP控制模块(7)的输出端与驱动电路A (10)的输入端相连接，电流传感器A (9)的输入端口与驱动电路A (10)的电流输出端口连接，电流传感器A(9)的输出端口与DSP控制模块(7)的输入端口连接，CAN总线通信模块A (3)内部通信端口与DSP控制模块(7)的内部通信端口连接，1553B总线通信模块A (4)的内部通信端口与DSP控制模块(7)的内部通信端口连接；控制部分B路的结构中，Cortex控制模块(8)的输出端与驱动电路B (11)的输入端相连接，电流传感器B (12)的输入端口与驱动电路B(11)的电流输出端口连接，电流传感器B (12)的输出端口与Cortex控制模块(8)的输入端口连接，CAN总线通信模块B (5)内部通信端口与Cortex控制模块(8)的内部通信端口连接，1553B总线通信模块B (6)内部通信端口与Cortex控制模块(8)的内部通信端口连接；定时模块(I)的输入端口分别与DSP控制模块(7 )和Cortex控制模块(8 )输出模块连接，定时模块(I)的输出端口分别与驱动电路A (10)和驱动电路B (11)的输入端口连接；故障诊断监视模块(2)、DSP控制模块(7)和Cortex控制模块(8)之间的双向通信端口两两连接，故障诊断监视模块(2)与定时模块(I)的双向通信端口相互连接； 配置控制部分A路为主路、配置控制部分B路为从路作热备份，在DSP控制模块(7)和Cortex控制模块(8)上运行独立设计不同的运算程序；CAN总线通信模块A (3)和CAN总线通信模块B (5)将检测信号上传总线，1553B总线通信模块A (4)和1553B总线通信模块B (6)接收总线传下的控制指令；外部系统的CAN总线或1553B总线出现故障时，DSP控制模块(7)和Cortex控制模块(8)将检测信号和控制指令切换至无故障的总线上混合传输；DSP控制模块(7)和Cortex控制模块(8)检测驱动电路A (10)和驱动电路B (11)的电流消耗及外部传感器信号，通过卡尔曼滤波算法获得准确的电机性能信号，并执行控制算法输出控制量；驱动电路A (10)和驱动电路B (11)的电流信号上传分布式冗余通用控制器的故障诊断监视模块(2);DSP控制模块(7)定时向Cortex控制模块(8)和定时模块(I)发送心跳信号；定时模块(I)接收不到DSP控制模块(7)心跳信号时，立即切断A路驱动电路，同时启动B路的驱动电路；故障诊断监视模块(2)，在定时模块(I)失效情况下，将驱动电路A (10)和DSP控制模块(7)切换移出运行状态，启动行驱动电路B (11)和Cortex控制模块(8)，同时计算各种传感器输入信号；不同路的通讯功能和驱动电路损坏时，故障诊断监视模块(2)执行传感信息中转功能，同时切除失效通路的驱动电路。
【文档编号】G05B9/03GK103699003SQ201310609797
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年11月27日 优先权日:2013年11月27日
【发明者】李晓光, 聂光玮 申请人:北京机械设备研究所