容错机电作动系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及飞行控制领域，具体而言，涉及一种容错机电作动系统。
【背景技术】
[0002]作动系统是飞行控制系统中的关键执行机构，为提高整个飞行控制系统的安全性和可靠性，降低系统重量和体积，目前飞行控制系统正朝着多电或者全电方向发展，是当今国内外研宄的热点和趋势，尤其机电作动器(EMA)是重要发展方向。
[0003]现有技术中，为了提高机电作动系统的可靠性，通常采用双绕组电机或者双电机结构。采用双绕组电机时虽然能够提高了电机系统的可靠性，但是当驱动器或者单个绕组发生故障时，并将故障绕组的输出关闭后，会使得电机转子所受径向力不平衡，为了弥补功率损失，通常将非故障相绕组的输出功率加倍，导致电机转子所受径向力不平衡现象更加严重，长时间工作会造成转子轴承磨损，进而影响后续减速机构和执行机构的寿命和可靠性。采用双电机结构时，相对双绕组结构，使得机电作动系统的体积和重量增大，而且需要增加力合成或者速度合成机构将两个电机的输出进行综合，使得机电作动系统的体积和重量进一步增加，使得机电作动系统的功率密度降低，当发生故障后，机电作动系统的功率密度进一步降低；单个电机系统发生故障后，故障通道可能不仅不会起到好的作用，甚至会影响整个机电作动系统的正常运行和可靠性。不仅结构复杂，双电机结构还存在着控制复杂、电流不均衡、效率低等问题。
【发明内容】
[0004]本发明旨在提供一种提高可靠性和功率密度的容错机电作动系统。
[0005]本发明提供了一种容错机电作动系统，包括容错式控制器、容错式驱动器和容错式机电作动器，其中，容错式机电作动器包括容错电机，容错式控制器接收控制指令和容错机电作动系统的反馈信息，并生成功率驱动指令，容错式驱动器根据功率驱动指令驱动容错电机。
[0006]进一步地，容错电机为永磁容错电机，包括N相绕组，相邻两相绕组通过容错齿相互隔离，其中，N彡3。
[0007]进一步地，容错式驱动器包括逻辑控制单元和H桥驱动拓扑，逻辑控制单元具有与容错式控制器连接的输入端，以及控制H桥驱动拓扑的输出端出桥驱动拓扑与永磁容错电机的绕组的相数相等，并对应连接。
[0008]进一步地，容错式驱动器还包括驱动控制隔离芯片组，驱动控制隔离芯片组的输出端与H桥驱动拓扑的控制端连接。
[0009]进一步地，容错式驱动器还包括过流与过热保护电路，过流与过热保护电路的输出端与逻辑控制单元的过流与过热保护信号输入端对应连接。
[0010]进一步地，容错式机电作动器包括减速机构和执行机构，执行机构与容错电机通过减速机构驱动连接，执行机构用于舵面或者发动机喷管摆动。
[0011]进一步地，容错机电作动系统还包括测量舵面或者发动机喷管位置的第一位置传感器。
[0012]进一步地，容错机电作动系统还包括测量容错电机的电机转子的位置的第二位置传感器。
[0013]进一步地，容错机电作动系统还包括锁定容错电机的电机转子的制动器。
[0014]进一步地，容错式控制器包括第一控制单元和第二控制单元，第一控制单元和第二控制单元互为备份，并且相互核对接收的控制指令和发出的电机驱动控制指令。
[0015]根据本发明的容错机电作动系统，通过采用容错电机，容错电机的各相绕组独立工作并相互构成备份，相比相应双绕组电机能够有效地弥补转子受力不平衡问题，相对双电机结构，能够有效地降低重量和体积，从而有效地提高功率密度和可靠性。
【附图说明】
[0016]构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0017]图1是根据本发明的容错机电作动系统的架构图；
[0018]图2是根据本发明的容错式驱动器的架构图；
[0019]图3是根据本发明的四相模块化永磁容错电机结构图。
【具体实施方式】
[0020]下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0021]如图1所示，以运载火箭的舵面控制来说明本发明提出的容错机电作动系统。在本发明中，容错机电作动系统包括容错式控制器10、容错式驱动器20和容错式机电作动器，其中，容错式机电作动器包括容错电机30，容错式控制器10接收控制指令和容错机电作动系统的反馈信息，并生成功率驱动指令，容错式驱动器20根据功率驱动指令驱动容错电机30。本发明通过采用容错电机30，容错电机30的各相绕组31独立工作并相互构成备份，相比相应双绕组31电机能够有效地弥补转子受力不平衡问题，相对双电机结构，能够有效地降低重量和体积，从而有效地提高功率密度和可靠性。
[0022]具体地，容错电机30为永磁容错电机，包括N相绕组31，N相模块化永磁容错电机的绕组31采用集中式模块化结构，一般N多3，以如图3所示的四相模块化永磁容错电机为例，包括转子和定子，转子包括设置在电机轴35上的永磁体34和套筒33，定子包括4相绕组31，每相绕组31设有两个输入端，并且各个绕组31之间由容错齿32 (无绕组齿)隔离开，起到了物理、电气、磁路、热量上的几乎完全隔离，通过磁路设计，使得发生绕组31短路故障时，能够将短路电流抑制在额定电流范围附近，由于相邻的两相之间由容错齿32相互隔开，使得短路相的热量和磁链不会影响到其他相的正常工作#相模块化永磁容错电机正常工作时，各相同时工作，相当于N个单相电机同时工作，构成N模冗余结构，各相之间互为备份关系，当发生绕组31开路和短路故障时，各相绕组31电流可以采用矢量控制和容错控制策略，使得容错后的电机输出转矩与正常值相差无几，从而实现故障容错功能；
[0023]更进一步地，容错式控制器10主要功能包括:接收上级控制系统(例如运载火箭中央控制系统)发送的控制指令、解调电机转子位置与舵面传感器位置、采集各相电流与温度、闭环控制、故障诊断、故障识别、故障隔离以及故障容错等；容错式控制器10根据控制指令和当前舵面位置进行闭环控制，实时调整输出给后续容错式驱动器20的PWM ;容错式控制器10根据采集的电流与温度、电机转子和舵面位置等信息，诊断和识别出故障，对后续容错式驱动器20进行故障隔离和故障容错，使得电机输出性能保持不变。
[0024]优选地，容错式控制器10包括第一控制单元和第二控制单元，第一控制单元和第二控制单元对接收的控制指令进行核对，能够消除干扰引起的错误指令，同时第一控制单元和第二控制单元对输出的电机驱动控制指令相互验证，防止输出错误的电机控制指令。即第一控制单元和第二控制单元相互监控，当一个控制单元发生故障后，正常的另一个控制单元能够将故障控制单元的输出进行封锁，实现双核之间相互监控相互备份的功能。两个控制单元可以为两个独立的控制器，也可以是一个控制器中相互独立的两个控制核心，例如双核控制器。
[0025]结合图2所示，容错式驱动器20见主要包括逻辑控制单元21、驱动控制隔离芯片组23、N个H桥驱动拓扑22、过流与过热