- · 《电力系统保护与控制》[05/29]
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高可靠航天机电伺服系统的过流保护与故障恢复(2)
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摘要:2.2 过流保护与恢复技术研究 图1:推力矢量控制机电伺服系统定时中断流程 在机电伺服系统由于需要瞬间输出较大的功率或受到某种环境干扰出现较大电
2.2 过流保护与恢复技术研究
图1:推力矢量控制机电伺服系统定时中断流程
在机电伺服系统由于需要瞬间输出较大的功率或受到某种环境干扰出现较大电流时,该电流峰值可能会超出允许的安全上限,烧毁驱动器功率管,此时将PWM信号封锁,从而电流会快速下降,避免烧坏功率器件本身,而当检测到电流下降到安全范围后,迅速恢复系统的闭环控制工作机制,确保运载火箭不因电流保护而失去控制。即一方面在电流过大的情况下保护了系统硬件,不会造成系统损坏,同时又能在极短的时间内恢复工作状态,不因对电流的保护而影响整个运载火箭的推力矢量控制,这与一般的工业控制有明显的区别。如图2所示。
工程中的具体实现方法为,通过控制软件算法,当检测到伺服电机的U、V、W三相交流相电流大于过流阈值时,进入过流故障保护状态,关闭PWM输出,进而使相电流快速恢复到较低值。同时进入过流故障保护状态后,软件中实时监测相电流值,一旦相电流减小到过流恢复电流阈值以下,延迟3ms后退出过流故障保护状态,并打开PWM输出,重新进入系统的闭环控制工作状态。
2.3 偶发性失效保护与恢复技术研究
机电伺服系统的伺服控制驱动器在较为恶劣的环境条件或电磁干扰条件下,存在偶发性失效的故障模式。此时功率驱动主芯片输出故障信号,并锁存PWM信号,系统功率部分处于休眠状态。对于工业控制中的一般地面设备,可以通过人为干预的方式重启伺服控制驱动器的正常工作;而对于航天伺服系统,必须快速恢复驱动电路的工作状态,对驱动芯片进行复位,从而使伺服控制驱动器迅速恢复到正常状态,不会因驱动电路出现临时性故障保护而影响整个运载火箭的飞行安全。如图3所示。
图2:系统的过流保护与恢复技术流程图
图3:系统功率电路故障保护与恢复技术流程图
工程中的具体实现方法为,当检测到母线电流大于短路电流阈值,或母线电压低于欠压电压阈值,或其他干扰触发驱动主芯片进入保护模式时,进入驱动故障保护状态,锁止驱动电路输出并关闭PWM输出,保护功率器件不因短路故障、欠压故障或其他干扰因素而损坏。进入驱动故障保护状态后,软件中实时监测母线电流、母线电压值以及驱动主芯片的状态反馈,一旦其值减小到恢复阈值以下,延迟3ms后退出驱动故障保护状态,复位驱动电路并打开PWM输出,重新进入系统的闭环控制工作状态。
在极端情况下,即便电流过大与功率驱动电路出现故障保护同时发生,利用该控制策略也可以同时对电流过流进行保护与恢复,并对功率驱动电路出现的故障保护进行快速恢复,两种保护模式相互独立,并不冲突。
3 总结
本文研究分析的航天机电伺服系统的过流保护与故障恢复技术,可以在不额外增加特殊硬件设备的条件下,通过软件控制机制完成保护与恢复操作,实现对伺服控制驱动器硬件电路的可靠保护。该控制方法可以可靠的确保对电流过流的保护,保证电流不会超过驱动器允许的门限,不会因过流损坏驱动器。同时在驱动器功率驱动电路出现故障保护时,会及时停止驱动器的工作,不会因为在故障情况下继续工作而损坏驱动器。
同时,对故障的恢复迅速,可以保证运载火箭的飞行使用要求。无论是电流过流情况下的恢复时间还是功率驱动电路的恢复时间都为毫秒级,对推力矢量控制的性能无实质性影响。即便是在电流出现连续过流或驱动电路出现连续保护的情况下,甚至是在电流过流与功率驱动电路同时连续出现保护的情况下仍能保证系统快速的正常恢复工作状态,保证运载火箭的飞行安全。
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本文对基于机电伺服技术作为控制执行机构的航天伺服系统的过流保护与故障恢复技术进行了研究,研究分析了机电伺服在飞行使用过程中的常见故障模式及保护方法,并研究了通过故障恢复控制技术对故障进行快速恢复,确保飞行安全。
文章来源:《电力系统保护与控制》 网址: http://www.dlxtbhykzzz.cn/qikandaodu/2020/0804/423.html
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