一种智能化大功率航天伺服电机驱动器健康管理方法与流程

文档序号：17373855发布日期：2019-04-12 23:04阅读：440来源：国知局

本发明涉及一种大功率电机驱动器的健康管理领域，特别是一种智能化大功率航天伺服电机驱动器健康管理方法。

背景技术：

随着20世纪70年代以来微电子技术、稀土永磁材料技术的快速发展，以及电动机、驱动控制理论的不断提高，机电伺服系统在比功率、可靠性、集成化等方面逐步提高，并且机电伺服系统本身具有使用维护方面、能源效率高等优点，使其在航天系统中得到应用，并取得良好效果。

目前国内在型号上使用的机电伺服系统最大功率已经达到10kw级别，尚无法满足航天运载火箭的应用需求，但更高功率级别机电伺服系统，尤其是电机驱动器的可靠性和安全性成为主要限制因素。过热损坏是大功率电机驱动器损毁的常见原因之一，工业上使用的电机驱动器通常具有过热保护功能，当检测到功率元件温度过高时，关闭功率元件输出，使系统停机散热至规定温度以下继续工作。但航天伺服产品由于工作特殊性，不能采用简单的过热停机保护模式，需要开发一种智能化的健康管理算法，在满足系统基本性能的基础上实现功率输出动态调节，以提高电机驱动器工作可靠性。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种智能化大功率航天伺服电机驱动器健康管理方法，提高了大功率航天伺服电机驱动器的工作可靠性，通过限制其发热功率的形式避免驱动器因过热损坏。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种智能化大功率航天伺服电机驱动器健康管理方法，包括如下步骤：

步骤一、根据健康管理算法，计算当前周期结温tj(k)；

步骤二、计算结温变化率δtj；

步骤三、预测下一周期结温tj(k+1)，并根据下一周期结温tj(k+1)判断是否启动动态调整策略；

步骤四、按照动态调整策略得到电机工作电流ip需要降低的幅度；通过降低电机工作电流ip，实现降低驱动器的温度；

步骤五、判断是否退出动态调整策略；

步骤六、重复步骤一至步骤五，持续监测并保持驱动器温度在稳定工作温度。

在上述的一种智能化大功率航天伺服电机驱动器健康管理方法，所述步骤一中，当前周期结温tj(k)的计算方法为：

tj(k)＝(2*usat*ip+0.5*udc*ip*α)*rthjc+tc+β(tj(k-1)-tj(k-2))(1)

式中，usat为igbt模块导通压降，查igbt手册得到；

ip为电机工作电流；

udc为驱动器直流输入电压；

α为电流加权系数，试验获得；

β为温度加权系数，试验获得；

rthjc为igbt结-壳热阻，查igbt手册得到；

tc为igbt壳体温度，测量得到；

tj(k-1)为前一周期结温，初始运算时tj(k-1)＝tc；

tj(k-2)为前两周期结温，初始运算时tj(k-2)＝tc。

在上述的一种智能化大功率航天伺服电机驱动器健康管理方法，每周期时间为100ms。

在上述的一种智能化大功率航天伺服电机驱动器健康管理方法，所述步骤二中，结温变化率δtj的计算方法为：

δtj＝tj(k)-tj(k-1)(2)

式中，tj(k-1)为前一周期结温，由公式(1)解算。

在上述的一种智能化大功率航天伺服电机驱动器健康管理方法，所述步骤三中，下一周期结温tj(k+1)根据公式(1)预测获得。

在上述的一种智能化大功率航天伺服电机驱动器健康管理方法，所述步骤三中，判断是否启动动态调整策略的方法为：当下一周期结温tj(k+1)大于第一预设阈值温度，且结温变化率δtj大于0，启动动态调整策略；否则不启动。

在上述的一种智能化大功率航天伺服电机驱动器健康管理方法，第一预设阈值温度为120℃。

在上述的一种智能化大功率航天伺服电机驱动器健康管理方法，所述步骤四中，动态调整策略为：

当tj(k+1)为120℃，且δtj≥0.5时，ip降低2％；

当tj(k+1)为120℃，且0.2≤δtj＜0.5时，ip降低1.6％；

当tj(k+1)为120℃，且0.1≤δtj＜0.2时，ip降低1.3％；

当tj(k+1)为120℃，且0＜δtj＜0.1时，ip降低1.1％；

当tj(k+1)为115℃，且δtj≥0.5时，ip降低1.7％；

当tj(k+1)为115℃，且0.2≤δtj＜0.5时，ip降低1.3％；

当tj(k+1)为115℃，且0.1≤δtj＜0.2时，ip降低1.0％；

当tj(k+1)为115℃，且0＜δtj＜0.1时，ip降低0.8％；

当tj(k+1)为110℃，且δtj≥0.5时，ip降低1.4％；

当tj(k+1)为110℃，且0.2≤δtj＜0.5时，ip降低1.0％；

当tj(k+1)为110℃，且0.1≤δtj＜0.2时，ip降低0.8％；

当tj(k+1)为110℃，且0＜δtj＜0.1时，ip降低0.6％；

当tj(k+1)为105℃，且δtj≥0.5时，ip降低1.2％；

当tj(k+1)为105℃，且0.2≤δtj＜0.5时，ip降低0.8％；

当tj(k+1)为105℃，且0.1≤δtj＜0.2时，ip降低0.6％；

当tj(k+1)为105℃，且0＜δtj＜0.1时，ip降低0.4％；

当tj(k+1)为100℃，且δtj≥0.5时，ip降低1.0％；

当tj(k+1)为100℃，且0.2≤δtj＜0.5时，ip降低0.6％；

当tj(k+1)为100℃，且0.1≤δtj＜0.2时，ip降低0.4％；

当tj(k+1)为100℃，且0＜δtj＜0.1时，ip降低0.3％；

当tj(k+1)为95℃，且δtj≥0.5时，ip降低0.8％；

当tj(k+1)为95℃，且0.2≤δtj＜0.5时，ip降低0.5％；

当tj(k+1)为95℃，且0.1≤δtj＜0.2时，ip降低0.3％；

当tj(k+1)为95℃，且0＜δtj＜0.1时，ip降低0.2％；

当tj(k+1)为90℃，且δtj≥0.5时，ip降低0.6％；

当tj(k+1)为90℃，且0.2≤δtj＜0.5时，ip降低0.4％；

当tj(k+1)为90℃，且0.1≤δtj＜0.2时，ip降低0.2％；

当tj(k+1)为90℃，且0＜δtj＜0.1时，ip降低0.1％。

在上述的一种智能化大功率航天伺服电机驱动器健康管理方法，所述步骤五中，判断是否退出动态调整策略的方法为：

当下一周期结温tj(k+1)小于第二预设阈值温度，或结温变化率δtj小于0时，退出动态调整策略；否则不退出。

在上述的一种智能化大功率航天伺服电机驱动器健康管理方法，所述第二预设阈值温度为90℃。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明提高了大功率航天伺服电机驱动器的工作可靠性，通过限制其发热功率的形式避免驱动器因过热损坏，是提高航天伺服电机驱动器智能化程度和可靠性的重要措施之一；

(2)本发明根据工况实时预测功率元件的温度，在元件进入危险区之前启动保护动作，避免功率元件因过热损坏；

(3)本发明针对航天产品工作特点，设计了功率输出动态调节机制，保证伺服系统基本性能的前提下实现保护。

附图说明

图1为本发明健康管理流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

本发明提供了一种智能化大功率航天伺服电机驱动器健康管理方法，提高了大功率航天伺服电机驱动器的工作可靠性，通过限制其发热功率的形式避免驱动器因过热损坏，是提高航天伺服电机驱动器智能化程度和可靠性的重要措施。

如图1所示为健康管理流程示意图，由图可知，一种智能化大功率航天伺服电机驱动器健康管理方法，包括如下步骤：