一种变电流力矩电机驱动的座舱空气调节模块的制作方法

本发明属于机电控制，具体涉及一种变电流力矩电机驱动的座舱空气调节模块。

背景技术：

1、力矩电机是一种具有宽调速范围的电机，具有低速大扭矩、响应速度快、过载能力强、转矩脉动小的特点，是实现电-机转换的重要部件，对于控制机械装置微调、提高其线性度和精度非常适用。

2、目前随着新型民用飞机的加速研制，飞机座舱内飞行员的舒适性环境受到关注，其中空气品质和温度调节仍有改进空间，主要表现为舱温调节精度不够高、响应不够快，空调系统活门故障关联引发控制模块失效，维修成本高。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供了一种变电流力矩电机驱动的座舱空气调节模块，采用力矩电机驱动，克服了传统活门易卡滞“烧毁”的缺陷，其输出软特性可以在一段时间内保持堵转，仍输出扭矩，驱动电路经过优化，提高了电流控制精度高和响应速度，具有使用寿命长、可靠性高的优点。

2、本发明的技术方案：

3、一种变电流力矩电机驱动的座舱空气调节模块，包括：中央处理器、电压基准源、数模转换模块、改进型howland电流源模块、力矩电机、电机电流检测模块和数模转换电压检测模块；

4、所述中央处理器接收并处理上位机信号后输出至数模转换模块；

5、所述数模转换模块接收电压基准源发出的基准电压，并基于所述基准电压将上位机信号转换为相应的模拟电压后输出至改进型howland电流源模块；

6、所述改进型howland电流源模块将模拟电压放大后驱动力矩电机运行；

7、所述电机电流检测模块实时采集电机电流信号并反馈至中央处理器；

8、所述数模转换电压检测模块实时采集数模转换模块输出的模拟电压并反馈至中央处理器。

9、进一步，所述中央处理器包括处理器芯片u0、看门狗芯片d1和时钟g1；

10、处理器芯片u0与看门狗芯片d1的输出端和复位端互连，处理器芯片u0接收来自看门狗芯片d1的喂狗信号并返回至看门狗芯片d1的复位端，处理器芯片u0与时钟g1的输出端相连，接收来自时钟g1的时钟信号；

11、电机电流检测模块和数模转换电压检测模块输出信号端连接处理器芯片模拟量采样端口adcina0、adcina1，实现数据采集处理；

12、数模转换模块与处理器芯片u0通过四线spi串行接口连接，实现数据交互；

13、上位机与处理器芯片u0之间通过arinc429标准接口连接进行通讯。

14、进一步，所述电压基准源包括：基准电压源芯片u1、第一去耦电容c1、第二去耦电容c2、第三去耦电容c3和第一一阶rc低通滤波器；

15、所述基准电压源芯片u1的输入端连接外部输入电源，所述基准电压源芯片u1的输入端还并联第一去耦电容c1和第二去耦电容c2；

16、基准电压源芯片的输出端并联第三去耦电容c3后再经第一一阶rc低通滤波器滤波，输出基准电压至数模转换模块。

17、进一步，所述数模转换模块包括：数模转换芯片u2、第一跟随器n1a、第二跟随器n1b、反相器电路、缓冲器n1d；

18、电压基准源产生的基准电压分别连接第一跟随器n1a的同相输入端和第二跟随器n1b的同相输入端；

19、第二跟随器n1b输出端连接反相器电路；

20、所述第一跟随器n1a输出端和反相器电路输出端分别连接至数模转换芯片u2用于为数模转换芯片u2提供正负基准电压；

21、数字电源并联第四去耦电容c11和第五去耦电容c14后接到数模转换芯片u2数字供电端；

22、数模转换芯片u2还通过四个上拉电阻上拉至数字电源；

23、正模拟电源并联第五去耦电容c9、第六去耦电容c10后接到数模转换芯片u2正基准源端；

24、负模拟电源并联第七去耦电容c16、第八去耦电容c17后接到数模转换芯片u2负基准源端；

25、数模转换芯片u2输出端经缓冲器n1d后连接到改进型howland电流源电路输入端。

26、进一步，所述改进型howland电流源电路包括：第二运算放大器n2a和第三跟随器n2b；

27、第二运算放大器n2a反相输入端通过第八电阻r8接地，第二电阻r2连接第二运算放大器n2a的输出端和反相输入端；

28、第二运算放大器n2a的同相输入端通过第三电阻r3连接数模转换模块输出端；

29、第九电阻r9连接在第二运算放大器n2a的输出端和第三跟随器n2b的同相输入端，

30、第三跟随器n2b的输出端连接第三跟随器n2b反相输入端，第三跟随器n2b的输出端还通过第十一电阻r11连接第二运算放大器n2a的同相输入端；

31、第三电阻r3阻值等于第八电阻r8；

32、第二电阻r2阻值等于第十一电阻r11。

33、进一步，所述电机电流检测模块包括：第三运算放大器n2c；

34、采样电阻r20两端分别通过第三下拉电阻r15和第四下拉电阻r24接地，第二十电阻r20一端连接力矩电机线圈低端信号，第二十电阻r20另一端接地；

35、第三运算放大器n2c同相输入端连接第二十电阻r20与力矩电机线圈连接的一端，第三运算放大器n2c反向输入端通过第二一电阻r21连接第二十电阻r20另一端，第三运算放大器n2c反相输入端还通过第二二电阻r22连接至第三运算放大器n2c的输出端；

36、第三运算放大器n2c输出端还经第二一阶rc低通滤波器后连接至中央处理器。

37、进一步，所述数模转换电压检测模块包括：第四运算放大器n2d；

38、第四运算放大器n2d同相输入端连接数模转换模块输出的模拟电压信号，反相输入端通过第十九电阻r19接地，反相输入端还通过第十六电阻r16连接第四运算放大器n2d输出端，第四运算放大器n2d输出端经第十八电阻r18限流后连接至中央处理器。

39、进一步，所述座舱空气调节模块还包括限流保护电路，所述限流包括电路用于保护改进型howland电流源过流。

40、进一步，所述限流保护电路连接关系如下：

41、第二五电阻r25两端分别连接负模拟电源和第二晶体管q2的基极，第二六电阻r26两端分别连接负模拟电源和第二晶体管q2的发射极，第一晶体管q1的发射极连接第二晶体管q2的基极，第一晶体管q1的基极连接第二晶体管q2的集电极，第二晶体管q2的集电极经第二七电阻r27下拉接地，第一晶体管q1的集电极连接第二运算放大器n2a的供电负端；

42、第二八电阻r28两端分别连接正模拟电源和第四晶体管q4的基极，第二九电阻两端分别连接正模拟电源和第四晶体管q4的发射极，第三晶体管q3的发射极连接第四晶体管q4的基极，第三晶体管q3的基极连接第四晶体管q4的集电极，第四晶体管q4的集电极经第三十电阻r30下拉接地，第三晶体管q3的集电极连接第二运算放大器n2a的供电正端。

43、同现有技术相比，本发明的有益效果是：

44、本发明提出的变电流力矩电机驱动的座舱空气调节模块控制信号精度高，座舱翻板开合关闭角度控制灵敏，输出力矩范围大，在极端天气环境下可靠性高，设置了过流保护功能，降低了系统故障率，模块使用寿命长；具有故障自检功能。