一種面向雙余度電機(jī)的分布式冗余通用控制器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種面向雙余度電機(jī)的分布式冗余通用控制器，包括：定時(shí)模塊（1）、故障診斷監(jiān)視模塊（2）、CAN總線通信模塊A（3）、1553B總線通信模塊A（4）、CAN總線通信模塊B（5）、1553B總線通信模塊B（6）、DSP控制模塊（7）、Cortex控制模塊（8）、電流傳感器A（9）、驅(qū)動(dòng)電路A（10）、電流傳感器B（11）和驅(qū)動(dòng)電路B（12）。該控制器通過外部心跳信息監(jiān)控和檢測信息故障診斷兩方面，確保及時(shí)發(fā)現(xiàn)控制器的故障情況，及時(shí)切換到備份通路實(shí)行系統(tǒng)的及時(shí)切換；對控制指令和檢測信息通過不同的總線方式進(jìn)行分布式操作，獲得檢測信息的快速化和控制信息的實(shí)時(shí)化效果。該控制器實(shí)現(xiàn)了分布式環(huán)境下的熱備份冗余控制和可靠通信功能，適合高可靠性分布式控制的應(yīng)用場合。
【專利說明】一種面向雙余度電機(jī)的分布式冗余通用控制器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種分布式冗余通用控制器，特別是一種面向雙余度電機(jī)的分布式冗余通用控制器。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前通用化分布式控制器較為廣泛，相關(guān)冗余性能常見為熱備份、三取二、二乘二取二等相關(guān)方式。常見組成為單獨(dú)CPU或CPU帶協(xié)處理器形式，并設(shè)置通信芯片、擴(kuò)展RAM芯片等、驅(qū)動(dòng)電路、傳感器信號(hào)采集芯片等?；旧蟽H可以做到基本的冗余控制以及軟件切換功能，一旦通信芯片、CPU出現(xiàn)故障時(shí)，整個(gè)控制單元將處于失控狀態(tài)。為此，配合可靠性較高的雙余度電機(jī)，需要設(shè)計(jì)高可靠性的分布式冗余通用控制器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的在于提供一種面向雙余度電機(jī)的分布式冗余通用控制器，解決單一控制驅(qū)動(dòng)、冗余程度不足和故障狀態(tài)無法控制的問題。
[0004]一種面向雙余度電機(jī)的分布式冗余通用控制器，包括:控制部分A路、控制部分B路、定時(shí)模塊和故障診斷監(jiān)視模塊?？刂撇糠諥路包括:CAN總線通信模塊A、1553B總線通信模塊A、DSP控制模塊、驅(qū)動(dòng)電路A和電流傳感器A ;控制部分B路包括:CAN總線通信模塊B、1553B總線通信模塊B、Cortex控制模塊、驅(qū)動(dòng)電路B和電流傳感器B。
[0005]控制部分A路的結(jié)構(gòu)中，DSP控制模塊的輸出端與驅(qū)動(dòng)電路A的輸入端相連接，電流傳感器A的輸入端口與驅(qū)動(dòng)電路A的電流輸出端口連接，電流傳感器A的輸出端口與DSP控制模塊的輸入端口連接，CAN總線通信模塊A內(nèi)部通信端口與DSP控制模塊的內(nèi)部通信端口連接，1553B總線通信模塊A的內(nèi)部通信端口與DSP控制模塊的內(nèi)部通信端口連接；控制部分B路的結(jié)構(gòu)中，Cortex控制模塊的輸出端與驅(qū)動(dòng)電路B的輸入端相連接，電流傳感器B的輸入端口與驅(qū)動(dòng)電路B的電流輸出端口連接，電流傳感器B的輸出端口與Cortex控制模塊的輸入端口連接，CAN總線通信模塊B內(nèi)部通信端口與Cortex控制模塊的內(nèi)部通信端口連接，1553B總線通信模塊B內(nèi)部通信端口與Cortex控制模塊的內(nèi)部通信端口連接。定時(shí)模塊的輸入端口與DSP控制模塊和Cortex控制模塊輸出模塊連接，定時(shí)模塊的輸出端口與驅(qū)動(dòng)電路A和驅(qū)動(dòng)電路B的輸入端口連接。故障診斷監(jiān)視模塊、DSP控制模塊和Cortex控制模塊之間的雙向通信端口兩兩連接，故障診斷監(jiān)視模塊與定時(shí)模塊的雙向通信端口相互連接。
[0006]配置控制部分A路為主路、B路配置為從路作熱備份，在DSP控制模塊和Cortex控制模塊上運(yùn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)不同的運(yùn)算程序。CAN總線通信模塊A和CAN總線通信模塊B將檢測信號(hào)上傳總線，1553B總線通信模塊A和1553B總線通信模塊B接收總線傳下的控制指令。外部系統(tǒng)的CAN總線或1553B總線出現(xiàn)故障時(shí)，DSP控制模塊和Cortex控制模塊將檢測信號(hào)和控制指令切換至無故障的總線上混合傳輸。DSP控制模塊和Cortex控制模塊檢測驅(qū)動(dòng)電路A和驅(qū)動(dòng)電路B的電流消耗及外部傳感器信號(hào)，通過卡爾曼濾波算法獲得準(zhǔn)確的電機(jī)性能信號(hào)，并執(zhí)行控制算法輸出控制量。驅(qū)動(dòng)電路A和驅(qū)動(dòng)電路B的電流信號(hào)上傳分布式冗余通用控制器的故障診斷監(jiān)視模塊。DSP控制模塊定時(shí)向Cortex控制模塊和定時(shí)模塊發(fā)送心跳信號(hào)。定時(shí)模塊接收不到DSP控制模塊心跳信號(hào)時(shí)，立即切斷A路驅(qū)動(dòng)電路，同時(shí)啟動(dòng)B路的驅(qū)動(dòng)電路。故障診斷監(jiān)視模塊，在定時(shí)模塊失效情況下，將驅(qū)動(dòng)電路A和DSP控制模塊切換移出運(yùn)行狀態(tài)，啟動(dòng)行驅(qū)動(dòng)電路B和Cortex控制模塊，同時(shí)計(jì)算各種傳感器輸入信號(hào)。不同路的通訊功能和驅(qū)動(dòng)電路損壞時(shí)，故障診斷監(jiān)視模塊執(zhí)行傳感信息中轉(zhuǎn)功能，同時(shí)切除失效通路的驅(qū)動(dòng)電路。
[0007]本發(fā)明可以通過設(shè)置，多個(gè)通信模塊，異構(gòu)備份的控制模塊，驅(qū)動(dòng)電流和電機(jī)性能雙重信號(hào)判斷方式，雙冗余電機(jī)進(jìn)行多重保證的驅(qū)動(dòng)控制設(shè)計(jì)。本發(fā)明具有較強(qiáng)的通用性和可擴(kuò)展性，原理清晰，使用方便，可靠性較高，對于航空航天類設(shè)備、車載艦載類系統(tǒng)，具有較強(qiáng)的實(shí)用意義，其中對于驅(qū)動(dòng)設(shè)備的電流檢測功能可以支撐精確能耗管理思路的實(shí)現(xiàn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1 一種面向雙余度電機(jī)的分布式冗余通用控制器的組成示意圖。
[0009]1.定時(shí)模塊2.故障診斷監(jiān)視模塊3.CAN總線通信模塊A 4.1553B總線通信模塊A 5.CAN總線通信模塊B 6.1553B總線通信模塊B 7.DSP控制模塊8.Cortex控制模塊9.電流傳感器A 10.驅(qū)動(dòng)電路A 11.驅(qū)動(dòng)電路B 12.電流傳感器B。
【具體實(shí)施方式】
[0010]一種面向雙余度電機(jī)的分布式冗余通用控制器，包括:控制部分A路、控制部分B路、定時(shí)模塊I和故障診斷監(jiān)視模塊2?？刂撇糠諥路包括:CAN總線通信模塊A3U553B總線通信模塊A4、DSP控制模塊7、驅(qū)動(dòng)電路AlO和電流傳感器A9 ;控制部分B路包括:CAN總線通信模塊B5U553B總線通信模塊B6、Cortex控制模塊8、驅(qū)動(dòng)電路Bll和電流傳感器B12。
[0011]控制部分A路的結(jié)構(gòu)中，外部系統(tǒng)的角度/速度傳感器A組和其他傳感器A組的輸入端口與DSP控制模塊7輸入端連接，DSP控制模塊7的輸出端與驅(qū)動(dòng)電路AlO的輸入端相連接，電流傳感器A9的輸入端口與驅(qū)動(dòng)電路AlO的電流輸出端口連接，電流傳感器A9的輸出端口與DSP控制模塊7的輸入端口連接，驅(qū)動(dòng)電路AlO的輸出端口與外部系統(tǒng)的雙余度電機(jī)A端口連接，CAN總線通信模塊A3外部通信端口與外部系統(tǒng)的CAN總線連接，CAN總線通信模塊A3內(nèi)部通信端口與DSP控制模塊7的內(nèi)部通信端口連接，1553B總線通信模塊A4外部通信端口與外部系統(tǒng)的1553B總線連接，1553B總線通信模塊A4內(nèi)部通信端口與DSP控制模塊7的內(nèi)部通信端口連接；控制部分B路的結(jié)構(gòu)中，外部系統(tǒng)的角度/速度傳感器B組和其他傳感器B組的輸入端口與Cortex控制模塊8輸入端連接,Cortex控制模塊8的輸出端與驅(qū)動(dòng)電路Bll的輸入端相連接，電流傳感器B12的輸入端口與驅(qū)動(dòng)電路Bll的電流輸出端口連接，電流傳感器B12的輸出端口與Cortex控制模塊8的輸入端口連接，驅(qū)動(dòng)電路Bll的輸出端口與外部系統(tǒng)的雙余度電機(jī)B端口連接，CAN總線通信模塊B5外部通信端口與外部系統(tǒng)的CAN總線連接，CAN總線通信模塊B5內(nèi)部通信端口與Cortex控制模塊8的內(nèi)部通信端口連接，1553B總線通信模塊B6外部通信端口與外部系統(tǒng)的1553B總線連接，1553B總線通信模塊B6內(nèi)部通信端口與Cortex控制模塊8的內(nèi)部通信端口連接。定時(shí)模塊I的輸入端口與DSP控制模塊7和Cortex控制模塊8輸出模塊連接，定時(shí)模塊I的輸出端口與驅(qū)動(dòng)電路A10、驅(qū)動(dòng)電路Bll的輸入端口連接。故障診斷監(jiān)視模塊2、DSP控制模塊7和Cortex控制模塊8之間的雙向通信端口兩兩連接，故障診斷監(jiān)視模塊2與定時(shí)模塊I的雙向通信端口相互連接，故障診斷監(jiān)視模塊2的輸入端口與電流傳感器A9、電流傳感器B12、外部系統(tǒng)的角度/轉(zhuǎn)速傳感器的A組、外部系統(tǒng)的角度/轉(zhuǎn)速傳感器B組、外部系統(tǒng)的其他傳感器A組和外部系統(tǒng)的其他傳感器B組的輸入端口連接。
[0012]配置控制部分A路為主路、B路配置為從路作熱備份，在DSP控制模塊7和Cortex控制模塊8上運(yùn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)不同的運(yùn)算程序。CAN總線通信模塊A3和CAN總線通信模塊B5將檢測信號(hào)上傳總線，1553B總線通信模塊A4和1553B總線通信模塊B6接收總線傳下的控制指令。外部系統(tǒng)的CAN總線或1553B總線出現(xiàn)故障時(shí)，DSP控制模塊7和Cortex控制模塊8將檢測信號(hào)和控制指令切換至無故障的總線上混合傳輸。DSP控制模塊7和Cortex控制模塊8檢測驅(qū)動(dòng)電路AlO和驅(qū)動(dòng)電路Bll的電流消耗及外部系統(tǒng)的角度/轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)，通過卡爾曼濾波算法獲得準(zhǔn)確的電機(jī)性能信號(hào)，并執(zhí)行控制算法輸出控制量。驅(qū)動(dòng)電路AlO和驅(qū)動(dòng)電路Bll的電流信號(hào)、外部系統(tǒng)的兩組角度/轉(zhuǎn)速傳感器和兩組其他傳感器信號(hào)，均上傳分布式冗余通用控制器的故障診斷監(jiān)視模塊2。DSP控制模塊7定時(shí)向Cortex控制模塊8和定時(shí)模塊I發(fā)送心跳信號(hào)。定時(shí)模塊I接收不到DSP控制模塊7心跳信號(hào)時(shí)，立即切斷A路驅(qū)動(dòng)電路A10，同時(shí)啟動(dòng)B路的驅(qū)動(dòng)電路BI I。故障診斷監(jiān)視模塊2，在定時(shí)模塊I失效情況下，將驅(qū)動(dòng)電路AlO和DSP控制模塊切換移出運(yùn)行狀態(tài)，啟動(dòng)行驅(qū)動(dòng)電路Bll和Cortex控制模塊，同時(shí)計(jì)算各種傳感器輸入信號(hào)。不同路的通訊功能和驅(qū)動(dòng)電路損壞時(shí)，故障診斷監(jiān)視模塊執(zhí)行傳感信息中轉(zhuǎn)功能，同時(shí)切除失效通路的驅(qū)動(dòng)電路。
[0013]本發(fā)明可以通過設(shè)置，多個(gè)通信模塊，異構(gòu)備份的控制模塊，驅(qū)動(dòng)電流和電機(jī)性能雙重信號(hào)判斷方式，雙冗余電機(jī)進(jìn)行多重保證的驅(qū)動(dòng)控制設(shè)計(jì)。本發(fā)明具有較強(qiáng)的通用性和可擴(kuò)展性，原理清晰，使用方便，可靠性較高，對于航空航天類設(shè)備、車載艦載類系統(tǒng)，具有較強(qiáng)的實(shí)用意義，其中對于驅(qū)動(dòng)設(shè)備的電流檢測功能可以支撐精確能耗管理思路的實(shí)現(xiàn)。
【權(quán)利要求】
1.一種面向雙余度電機(jī)的分布式冗余通用控制器，其特征在于包括:控制部分A路、控制部分B路、定時(shí)模塊(I)和故障診斷監(jiān)視模塊(2);控制部分A路包括:CAN總線通信模塊A (3)、1553B總線通信模塊A (4)、DSP控制模塊(7)、驅(qū)動(dòng)電路A (10)和電流傳感器A(9);控制部分B路包括:CAN總線通信模塊B (5)、1553B總線通信模塊B (6),Cortex控制模塊(8)、驅(qū)動(dòng)電路B (11)和電流傳感器B (12)； 控制部分A路的結(jié)構(gòu)中，DSP控制模塊(7)的輸出端與驅(qū)動(dòng)電路A (10)的輸入端相連接，電流傳感器A (9)的輸入端口與驅(qū)動(dòng)電路A (10)的電流輸出端口連接，電流傳感器A(9)的輸出端口與DSP控制模塊(7)的輸入端口連接，CAN總線通信模塊A (3)內(nèi)部通信端口與DSP控制模塊(7)的內(nèi)部通信端口連接，1553B總線通信模塊A (4)的內(nèi)部通信端口與DSP控制模塊(7)的內(nèi)部通信端口連接；控制部分B路的結(jié)構(gòu)中，Cortex控制模塊(8)的輸出端與驅(qū)動(dòng)電路B (11)的輸入端相連接，電流傳感器B (12)的輸入端口與驅(qū)動(dòng)電路B(11)的電流輸出端口連接，電流傳感器B (12)的輸出端口與Cortex控制模塊(8)的輸入端口連接，CAN總線通信模塊B (5)內(nèi)部通信端口與Cortex控制模塊(8)的內(nèi)部通信端口連接，1553B總線通信模塊B (6)內(nèi)部通信端口與Cortex控制模塊(8)的內(nèi)部通信端口連接；定時(shí)模塊(I)的輸入端口分別與DSP控制模塊(7 )和Cortex控制模塊(8 )輸出模塊連接，定時(shí)模塊(I)的輸出端口分別與驅(qū)動(dòng)電路A (10)和驅(qū)動(dòng)電路B (11)的輸入端口連接；故障診斷監(jiān)視模塊(2)、DSP控制模塊(7)和Cortex控制模塊(8)之間的雙向通信端口兩兩連接，故障診斷監(jiān)視模塊(2)與定時(shí)模塊(I)的雙向通信端口相互連接； 配置控制部分A路為主路、配置控制部分B路為從路作熱備份，在DSP控制模塊(7)和Cortex控制模塊(8)上運(yùn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)不同的運(yùn)算程序；CAN總線通信模塊A (3)和CAN總線通信模塊B (5)將檢測信號(hào)上傳總線，1553B總線通信模塊A (4)和1553B總線通信模塊B (6)接收總線傳下的控制指令；外部系統(tǒng)的CAN總線或1553B總線出現(xiàn)故障時(shí)，DSP控制模塊(7)和Cortex控制模塊(8)將檢測信號(hào)和控制指令切換至無故障的總線上混合傳輸；DSP控制模塊(7)和Cortex控制模塊(8)檢測驅(qū)動(dòng)電路A (10)和驅(qū)動(dòng)電路B (11)的電流消耗及外部傳感器信號(hào)，通過卡爾曼濾波算法獲得準(zhǔn)確的電機(jī)性能信號(hào)，并執(zhí)行控制算法輸出控制量；驅(qū)動(dòng)電路A (10)和驅(qū)動(dòng)電路B (11)的電流信號(hào)上傳分布式冗余通用控制器的故障診斷監(jiān)視模塊(2);DSP控制模塊(7)定時(shí)向Cortex控制模塊(8)和定時(shí)模塊(I)發(fā)送心跳信號(hào)；定時(shí)模塊(I)接收不到DSP控制模塊(7)心跳信號(hào)時(shí)，立即切斷A路驅(qū)動(dòng)電路，同時(shí)啟動(dòng)B路的驅(qū)動(dòng)電路；故障診斷監(jiān)視模塊(2)，在定時(shí)模塊(I)失效情況下，將驅(qū)動(dòng)電路A (10)和DSP控制模塊(7)切換移出運(yùn)行狀態(tài)，啟動(dòng)行驅(qū)動(dòng)電路B (11)和Cortex控制模塊(8)，同時(shí)計(jì)算各種傳感器輸入信號(hào)；不同路的通訊功能和驅(qū)動(dòng)電路損壞時(shí)，故障診斷監(jiān)視模塊(2)執(zhí)行傳感信息中轉(zhuǎn)功能，同時(shí)切除失效通路的驅(qū)動(dòng)電路。
【文檔編號(hào)】G05B9/03GK103699003SQ201310609797
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月27日
【發(fā)明者】李曉光, 聶光瑋 申請人:北京機(jī)械設(shè)備研究所