用于检测驱动致动器构件的马达的转子的闭锁的方法与流程

本发明涉及检测驱动致动器构件的马达的转子的闭锁的方法。

背景技术：

在飞行器中，各种可移动元件、诸如控制面或甚至反推力装置的整流罩与致动器构件相关联，以便在中立位置与激活位置之间移动。为此目的，致动器构件由马达驱动以在两个接合点之间平移地移动。例如，对应襟翼，第一接合点与可移动元件的中立位置相关联，而第二接合点与可移动元件的激活位置相关联。在此类情况下，当为马达提供动力时，它驱动致动器构件，所述致动器构件转而移动相关联的可移动构件。

然而，马达的转子可能会经受机械闭锁。尽管闭锁，递送给马达的电功率保持相同，由此导致马达并且具体地其功率电子设备的过热。这会导致马达的退化。

一种方案将会是以使得它能够抵抗由于转子闭锁而导致的过热的方式设计马达的功率电子设备。然而，这将会导致功率电子设备的重量和尺寸的增加，这在航空领域中不是期望的。

另一方案将会是借助于热继电器来检测过热。然而，这样的继电器存在相对长的响应时间并且因此使得过热不能被迅速地检测到。尽管继电器的存在，因此仍然会对功率电子设备造成损坏。此外，继电器不会使得在由于转子的真实闭锁而导致的过热问题与由于一些其它原因而导致的过热问题之间进行区分成为可能。因此在继电器已经检测到过热之后所采取的任何动作都会是不适当的。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种检测驱动致动器构件的马达的闭锁的方法，该方法使得更有效地检测所述马达的转子的闭锁成为可能。

为了实现该目的，本发明提供了一种检测马达的转子的闭锁的方法，马达驱动致动器构件在第一与第二接合点之间平移地移动，第一与第二接合点分别表示转子的第一和第二角度位置，方法包括以下步骤：

·在转子的角向移动期间，估计至少致动器构件相对于两个接合点的位置、致动器构件相对于两个接合点的行进方向、以及致动器构件的行进速度；

·至少在致动器构件的估计的位置、致动器构件的估计的行进方向、和致动器构件的估计的行进速度的基础上，检测：

·由于致动器构件到达第一接合点的转子的闭锁；或

·由于致动器构件到达第二接合点的转子的闭锁；或

·致动器构件朝向第一接合点的行进期间转子由于卡住的闭锁；或

·致动器构件朝向第二接合点的行进期间转子由于卡住的闭锁。

由于连续观察容易测量或量化的参数，本发明的方法使得不仅迅速地检测转子的任何闭锁而且估计该闭锁是由于卡住还是由于进入接合点成为可能。因此，依据已经检测到的闭锁的类型而迅速地以不同的动作作出响应是可能的。

本发明的方法因此使得以有效的方式检测马达的转子的闭锁成为可能。

此外，本发明的方法可以通过需要与热继电器或与用于马达的超大功率电子设备相比较低的维护成本的手段来执行。

有利地，本发明的方法使得检测对与经受随着时间和位置(根据可移动元件的位置)改变的力的一个或多个可移动元件相关联的致动器构件进行驱动的马达的闭锁成为可能。例如，当可移动元件是飞行器(反推力整流罩、控制面、副翼…)的可移动外部部分时，所述可移动元件经受在时间上和在位置上改变的气动载荷。

对于本申请，提到由致动器构件的数据特性(例如致动器构件的位置)组成，所述数据特性同样可以应用于实际上与致动器构件相关联的数据(诸如致动器构件的实际位置)，或应用于表示致动器构件但是实际上与转子相关联的数据(诸如转子的实际角度位置，其实际上表示由于致动器构件与转子之间的连接的致动器构件的实际位置)。

附图说明

鉴于本发明的具体的非限制性实施方式的以下描述，可以更好地理解本发明。参考附图，其中：

·图1是控制面、致动器构件、和与所述控制面相关联的马达、以及用于所述马达的使得本发明的方法能够执行的控制装置的概略视图；

·图2是图1所示的控制装置的检测器模块的概略视图；

·图3是与图2所示的检测器模块相关联并且示出马达的转子由于致动器构件到达第一接合点而闭锁的第一检测的流程图；

·图4是类似于图3的示出马达的转子由于致动器构件到达第二接合点而闭锁的第二检测的流程图；

·图5是类似于图3的示出马达的转子由于由于当致动器构件正在朝向第一接合点移动时的卡死而闭锁的第三检测的流程图；以及

·图6是类似于图3的示出马达的转子由于由于当致动器构件正在朝向第二接合点移动时的卡死而闭锁的第四检测的流程图。

具体实施方式

参考图1和2，本发明的检测方法在该示例中用来检测驱动用于致动飞行器的控制面3的致动器构件2的马达1的转子的闭锁。自然地，这种应用不是限制性的，并且本发明的方法可以实施为检测驱动与一些其它可移动元件(例如飞行器的反推力装置的整流罩)相关联的致动器构件的马达的转子的闭锁。

在该示例中，马达1是永磁同步电机。

以已知的方式，致动器构件2用于在两个极限位置之间移动控制面3。为此目的，致动器构件2与马达1相关联，以便由所述马达1驱动以在第一接合点与第二接合点之间平移地移动，使得：

·当致动器构件2在第一接合点处时，控制面3处于其第一极限位置，其中致动器构件2和控制面3的相应位置于是以实线进行绘制；以及

·当致动器构件2在第二接合点处时，控制面3处于其第二极限位置，其中致动器构件2和控制面3的相应位置于是以虚线进行绘制。

第一接合点和第二接合点分别表示马达1的转子的第一角度位置和第二角度位置。

因此，当为马达1提供动力时，它驱动致动器构件2，所述致动器构件2转而移动控制面3。

此外，马达1与用于控制马达1的控制装置4相关联。为了检测转子的闭锁，在转子的角向移动期间，控制装置4包括用于检测转子的闭锁的检测器模块5。

为此目的，每当转子正在角向地移动时，检测器模块5从控制装置4接收以下数据：致动器构件2相对于所述接合点的位置x；致动器构件2相对于所述接合点的行进方向；以及致动器构件2的行进速度v。例如，致动器构件2的位置x和致动器构件2的行进速度v通过连接到控制装置4的传感器来测量。在一变型中，致动器构件2的位置x和致动器构件2的行进速度v从与马达相关联的对应数据来推断，该数据例如可以由控制装置4的求解器供应。

在该示例中，关于致动器构件2的行进方向的信息经由order变量传输给检测器模块5，当致动器构件2正在朝向第二接合点移动时，所述order变量获得值go，而当致动器构件2正在朝向第一接合点移动时，所述order变量获得值back。变量order的值由控制装置4依据应用于马达1的设定点进行修改。

以具体的方式，遍及转子的角向移动，检测器模块5也从致动器构件接收行进速度设定点数据v*，所述行进速度设定点数据v*由控制装置4向那里传输。

此外，在该示例中，遍及转子的角向移动，检测器模块5接收向致动器构件2递送的用于机械扭矩的设定点数据c*，该数据由控制装置4传输给检测器模块。

此外，第一接合点but_1和第二接合点but_2的位置存储在检测器模块5中。在该示例中，第一接合点but_1的位置对应于零，而第二接合点but_2的位置对应于除零之外的正值。

此外，在该示例中，用于致动器构件2的最小行进速度阈值v_最小存储在检测器模块5中。具体地，如果致动器构件2行进得太慢，会导致马达1的过热，这会对它造成损坏。因此预先确定所述最小行进速度阈值v_最小，从而避免马达1的过度温度升温。

以相同的方式，在该示例中，用于递送到致动器构件2的最大机械扭矩阈值c_最大存储在检测器模块5中。此外，用于递送到致动器构件2的最小机械扭矩阈值c_最小也存储在检测器模块5中。具体地，应当记得，致动器构件2可在两个接合点之间可逆地移动。当致动器构件2正在朝向第二接合点移动时，扭矩设定点因此为正，并且因此必须小于c_最大，而当致动器构件2正在朝向第一接合点移动时，它为负，并且因此必须大于c_最小(其为负值)。

预先确定这些机械扭矩阈值，从而避免例如由于所述马达1上或致动器构件2上的太大需求对马达1或对致动器构件2的机械损坏。

此外，位置不确定度dx存储在检测器模块5中。该位置不确定度dx定义致动器构件2相对于位置x的位置误差，并且具体地，它预先确定，以便考虑关于通过传感器的位置dx的测量结果的不准确性。

关于位置x、行进方向order、行进速度v、行进速度设定点v*、机械扭矩设定点c*、第一接合点but_1的位置、第二接合点but_2的位置、以及最小行进速度阈值v_最小、最大机械扭矩阈值c_最大、最小机械扭矩阈值c_最小和位置不确定度dx的值的这种数据用来使得检测器模块5能够检测转子的闭锁，以及能够确定该闭锁是由于致动器构件2进入接合点还是由于马达1或致动器构件2的卡住。更准确地，检测器模块5配置为确定闭锁是由于致动器构件2到达第一接合点、还是由于致动器构件2到达第二接合点、还是由于致动器构件2朝向第一接合点的行进期间的卡住、还是由于致动器构件2朝向第二接合点的行进期间的卡住。

在具体实施方式中，检测器模块5包括产生stall变量的标引装置6，所述标引装置6通过引起所述stall变量依据已经检测到的闭锁的类型获得具体值而供控制装置4使用，如在下面描述的。

在转子的角向移动期间，只要还未检测到闭锁，标引装置6就将stall变量维持在0。

参考图3，检测器模块5检测由于致动器构件2到达第二接合点的转子的闭锁：

·如果致动器构件2的位置显著大于或等于第二接合点but_2的位置，即在该示例中，如果致动器构件2的位置x大于或等于第二接合点but_2减去位置不确定度dx的位置；以及

·如果行进速度设定点v*与行进速度v之间的差的绝对值大于或等于零；以及

·如果行进速度v的绝对值小于或等于最小行进速度阈值v_最小；以及

·如果致动器构件朝向第二接合点的行进顺序被激活，即如果order变量等于go。

在此类情况下，标引装置6递增stall变量的值使得stall变量变为1。

只要朝向第二接合点移动的顺序被激活，即只要order变量等于go，stall变量就维持在1。

当朝向第二接合点移动的顺序不再激活时，即如果order变量不等于go，那么标引装置6修改stall变量的值使得它再次变为0。检测器模块5因此准备好检测转子的新的闭锁。

参考图4，检测器模块5检测由于致动器构件2到达第一接合点的转子的闭锁：

·如果致动器构件2的位置充分小于或等于第一接合点but_1的位置，即在该示例中，如果致动器构件2的位置小于或等于第一接合点but_1加上位置不确定度dx的位置；以及

·如果行进速度设定点v*与行进速度v之间的差的绝对值小于或等于零；以及

·如果行进速度v的绝对值小于或等于最小行进速度阈值v_最小；以及

·如果朝向第一接合点移动致动器构件2的顺序被激活，即如果order变量等于back。

在此类情况下，标引装置6递增stall变量的值使得stall变量变为2。

只要朝向第一接合点移动的顺序被激活，即只要order变量等于back，stall变量就维持在2。

当朝向第一接合点移动的顺序不再激活时，即当order变量不再等于back时，标引装置6修改stall变量的值使得它再次等于0。检测器模块5因此准备好检测转子的新的闭锁。

参考图5，检测器模块5检测当致动器构件2正在朝向第二接合点移动时马达由于卡住的闭锁：

·如果最大扭矩阈值c_最大与扭矩设定点c*之间的差的绝对值至少在给定时间间隔内(例如在该示例中在至少3毫秒(ms)的时间间隔内)基本上为零；

·如果位置x充分小于第二接合点but_2的位置并且充分大于第一接合点but_1的位置，即在该示例中，如果位置x小于第二接合点but_2的位置减去位置不确定度dx并且大于第一接合点but_1的位置加上位置不确定度dx；以及

·如果行进速度v的绝对值小于最小行进速度阈值v_最小；以及

·如果朝向第二接合点移动致动器构件2的顺序被激活，即如果order变量等于go。

在此类情况下，标引装置6递增stall变量的值使得stall变量变为3。

只要朝向第二接合点移动的顺序被激活，即order变量等于go，并且只要行进速度v的绝对值保持小于行进速度阈值v_最小，stall变量就维持在3。

当朝向第二接合点移动的顺序不再激活时，即当order变量不再等于go时，标引装置6修改stall变量的值使得它再次等于0。此外，当行进速度v的绝对值变为大于最小行进速度阈值v_最小时，标引装置6修改stall变量的值使得它再次等于0。

在两种情况下，检测器模块5准备好检测转子的新的闭锁。

最后，参考图6，检测器模块5检测在致动器构件2朝向第一接合点的移动期间转子由于卡住的闭锁：

·如果最小扭矩阈值c_最小与扭矩设定点c*之间的差的绝对值至少在给定时间间隔内基本上为零，在该示例中所述时间间隔等于3ms；以及

·如果位置x充分小于第二接合点but_2的位置并且充分大于第一接合点but_1的位置，即在该示例中，如果位置x小于第二接合点but_2的位置减去位置不确定度dx并且大于第一接合点but_1的位置加上位置不确定度；以及

·如果行进速度v的绝对值小于最小行进速度阈值v_最小；以及

·如果朝向第一接合点移动致动器构件的顺序被激活，即如果order变量等于back。

在此类情况下，标引装置6递增stall变量的值使得stall变量变为4。

只要朝向第一接合点移动的顺序被激活，即order变量等于back，并且只要行进速度v的绝对值保持小于行进速度阈值v_最小，stall变量就维持在4。

当朝向第一接合点移动的顺序不再激活时，即当order变量不再等于back时，标引装置6修改stall变量的值使得它再次等于0。此外，当行进速度v的绝对值变为大于最小行进速度阈值v_最小时，标引装置6修改stall变量的值使得它再次等于0。

在两种情况下，检测器模块5再次准备好检测转子的新的闭锁。

因此，在容易确定或测量的简单数据项的基础上，检测器模块5可以迅速且有效地确定闭锁已经发生，并且甚至可以确定闭锁的原因。

有利地，标引装置6使得清楚且迅速地向控制装置4指示已经检测到的闭锁的类型成为可能。于是控制装置4依据由stall变量获得的值而适当地动作是可能的。

在具体实施方式中，控制装置4因此布置为每当它已经检测到转子由于致动器构件2到达第一接合点或第二接合而闭锁点时(即每当由标引装置产生的stall变量等于1或2时)就行动。

优选地，当stall变量等于1或2时，控制装置4控制马达1以便导致致动器构件2的摩擦制动。

以具体的方式，在该示例中，当stall变量等于1时，控制装置4减小最大扭矩阈值c_最大的值。在该示例中，最大扭矩阈值c_最大减小，使得马达1然而可以具体通过使用致动器构件2抵抗气动力而将控制面3维持在其极限位置。

由于可以传输给致动器构件2的最大扭矩c_最大的这种减小，因此为马达1提供更少的动力。因此，即使致动器构件2在相对长的时间长度内维持在接合点，也不存在马达1的过度过热。

同样地，在该示例中，当stall变量等于2时，控制装置4增加最小扭矩阈值c_最小(负值)的值。在该示例中，增加最小扭矩阈值c_最小，使得马达1然而设法具体通过使用致动器构件2抵抗气动力而将控制面3维持在其极限位置。在具体实施方式中，控制装置4也布置为当它已经检测到转子由于卡住而闭锁时(即当由标引装置6产生的stall变量等于3或4时)就行动。

以具体的方式，当stall变量等于3或4时，控制装置4通过请求转子沿一个旋转方向并且然后沿另一个旋转方向执行通过小振幅的连续小角向移动(对应于通过小振幅的致动器构件2的连续往返移动的顺序)来控制马达1，以便释放马达1和/或致动器构件2。

自然地，本发明不限于所描述的实施方式，并且变型实施方式可以应用于此而不超过本发明的范围。

具体地，尽管在该示例中直接使用致动器构件的行进和位置的测量结果以便检测闭锁，但是通过依赖于表示致动器构件的移动的模型来检测闭锁是可能的。例如，模型可以用来通过具有与转子相同惯量的物体在两个接合点之间的平移移动对转子在其第一角度位置与其第二角度位置之间的角向移动来进行建模，每个接合点表示致动器构件的相应接合点。模型也可以用来确定本发明的方法所使用的阈值，诸如最小速度阈值。尽管在该示例中使用与致动器构件相关联的数据，但是本发明的方法可以使用与转子相关联并且表示与致动器构件相关联的数据的数据来实施。此外，在本申请中，参考为致动器构件的特性(诸如用于传输给致动器构件的机械扭矩设定点)、可以同样为与致动器构件相关联的数据(即要传输给致动器构件的用于机械扭矩的实际设定点)的数据、或表示致动器构件但是与转子相关联的数据(诸如要传输给致动器构件的用于电磁扭矩的设定点)并且表示要传输给致动器构件的用于机械扭矩的设定点的数据。因此，与马达相关联并且表示与致动器构件相关联的数据的数据可以由马达的求解器供应。

尽管在该示例中通过请求转子沿一个旋转方向并且然后沿另一个旋转方向执行连续小振幅的角向移动以便在卡住的情况下解锁转子来控制马达，但是在一变型中或额外地以试图在卡住的情况下解锁转子的一些其它方式来控制马达是可能的。例如，用于传输给致动器构件的最大机械扭矩阈值可以在预定时间间隔(例如3ms)期间增加(或相反，要传输给致动器构件的最小机械扭矩阈值(该阈值为负)可以在预定时间间隔(例如3ms)期间减小)。关闭到马达的电功率供应以便避免由于卡住而对马达和/或致动器构件造成损坏也是可能的。例如，如果既不引起转子沿两个旋转方向执行连续小移动也不临时增加使得转子能够解锁的绝对最大扭矩，那么到马达的电功率供应可以切断。

尽管在本示例仅存在一个最小行进速度阈值，但是可以存在两个最小行进速度阈值，并且具体地但不专门地，在最大和最小扭矩阈值在致动器构件处于接合点或靠近接合点时进行修改的情况下：对于当致动器构件正在朝向其接合点中的一个或另一个行进时，可以存在第一最小行进速度阈值，而对于当致动器构件已经处于接合点或在其接合点附近时，可以存在第二最小行进速度阈值。第一阈值那么应当用于检测转子由于卡住的闭锁，而第二阈值应当用于检测转子由于致动器构件进入接合点的闭锁。

尽管在该示例中用于扭矩阈值的值仅在致动器构件处于接合点时进行修改，但是所述值在致动器构件的行进中都可以进行修改以便一旦接近接合点就逐渐制动所述行进。