起发一体航空发动机转速测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种起发一体航空发动机转速测量方法，所述起发一体航空发动机包括与航空发动机同轴固连的无刷直流电机以及基于六步换向法对无刷直流电机进行控制的电机控制电路，电机控制电路包括由6个功率开关管所组成的三相逆变桥及其驱动电路；对电机控制电路中的直流母线电流进行采样并同时测量所述无刷直流电机的第一电机转速和第二电机转速；将直流母线电流采样值与预设阈值进行比较，当小于所述阈值时，将第一电机转速作为航空发动机转速输出，否则，将第二电机转速作为航空发动机转速输出。本发明专利技术还公开了一种起发一体航空发动机转速测量装置。相比现有技术本发明专利技术无需传感器，且可同时满足电动机状态和发电机状态的测速准确性。的测速准确性。的测速准确性。

【技术实现步骤摘要】
起发一体航空发动机转速测量方法及装置


[0001]本专利技术涉及航空发动机控制
，尤其涉及一种起发一体航空发动机转速测量方法及装置。

技术介绍

[0002]在航空发动机控制中，发动机转速是一个非常重要的被控量，对发动机的控制本质上是对其转速的控制，同时转速也是评价发动机性能的一个重要参数。因此，转速测量的准确性及稳定性，直接影响到发动机的控制效果。
[0003]在起发一体航空发动机设计中，常常采用无刷直流电机(BLDC)作为起动发电机，航空发动机与无刷直流电机转轴固连，无刷直流电机在起动时拖动航空发动机叶片转动加速气流进入气路以向燃烧室供氧，航空发动机运行时拖转无刷直流电机向外输出电能。由于起发一体航空发动机的起动发电机与发动机固连，所以可以考虑通过测量无刷直流电机的转速来间接得到航空发动机转速。
[0004]目前针对无刷直流电机两种运行状态下的测速方法有以下几类：1)光电机械传感器：如专利CN205539027U、CN214703899U、CN108683368A等，其转速测量依靠传感器，结构复杂，且增大了电机体积。2)反电动势测试法：如专利CN105634341A、CN101877566A等，其依靠采集三相电压换算为PWM信号，这种方法在发电机状态下相对稳定，但是在电动机状态下高频噪声、反激电压、强电流导线周围电磁干扰等问题严重，在实际测试中非常不稳定尤其是在低转速下更是难以捕获PWM信号，输出信号畸变严重。3)测速芯片换算法：如CN102916630A等，该方法主要是依据三相电压换算为转子位置信号，进而求出电机转速，该方法更适用于测量无刷直流电机转子位置，且需要依靠电机位置传感器。4)霍尔传感器逻辑运算法：如CN110417310B、CN111654210A等，该方法在电动机、发电机两种状态下利用霍尔传感器和MOSFET驱动逻辑计算转速，这种方法逻辑运算复杂且抗干扰能力较弱，当传感器失效或收到严重干扰时，复杂的逻辑运算会输出错误的信号从而严重影响控制效果，而且有感电机体积大，不适合作为起发一体航空发动机的起动机使用。
[0005]对于起发一体航空发动机而言，总是希望起动电机的体积越小越好，体积过大会严重加大发动机装配难度以及降低进气道空气流通速率；其次，一般的测速方法都会选择霍尔传感器、编码器、位置传感器等，但航空发动机空中飞行时其工况不确定性较大，时常处于振动、高温等条件下，传感器可能会有失灵现象，在军事应用中更是要考虑电磁干扰问题，这对传感器的稳定性及装配时的固定性提出了较高的要求；因此，最好采用无传感器的测速方案。而现有无刷直流电机测速方案或者需要使用传感器，或者无法兼顾电动机状态和发电机状态的测速准确性，均无法满足起发一体航空发动机的测速要求。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种起发一体航空发动机转速测量方法，通过测量无刷直流电机的转速来间接得到航空发动机转速，无需传感器，
且可同时满足电动机状态和发电机状态的测速准确性。
[0007]本专利技术具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
[0008]一种起发一体航空发动机转速测量方法，所述起发一体航空发动机包括与航空发动机同轴固连的无刷直流电机以及基于六步换向法对所述无刷直流电机进行控制的电机控制电路，所述电机控制电路包括由6个功率开关管所组成的三相逆变桥及其驱动电路；对电机控制电路中的直流母线电流进行采样并同时测量所述无刷直流电机的第一电机转速和第二电机转速；将直流母线电流采样值与预设阈值进行比较，当小于所述阈值时，将第一电机转速作为航空发动机转速输出，否则，将第二电机转速作为航空发动机转速输出；其中，第二电机转速是根据无刷直流电机反电动势测得；第一电机转速采用以下方法得到：对三相逆变桥的6个功率开关管的驱动信号：A_H、A_L、B_H、B_L、C_H、C_L进行以下逻辑运算：T＝(A_H∩B_L)∪(B_H∩C_L)∪(C_H∩A_L)，然后对所生成的输出信号T进行三分频处理并使得所生成三分频信号的高电平上升沿与驱动信号A_L的上升沿同相，最后以所述三分频信号的周期作为无刷直流电机的电周期计算出无刷直流电机的第一电机转速。
[0009]基于同一专利技术构思还可以得到以下技术方案：
[0010]一种起发一体航空发动机转速测量装置，所述起发一体航空发动机包括与航空发动机同轴固连的无刷直流电机以及基于六步换向法对所述无刷直流电机进行控制的电机控制电路，所述电机控制电路包括由6个功率开关管所组成的三相逆变桥及其驱动电路；所述转速测量装置包括：
[0011]第一电机转速测量单元，用于采用以下方法测量所述无刷直流电机的第一电机转速：对三相逆变桥的6个功率开关管的驱动信号：A_H、A_L、B_H、B_L、C_H、C_L进行以下逻辑运算：T＝(A_H∩B_L)∪(B_H∩C_L)∪(C_H∩A_L)，然后对所生成的输出信号T进行三分频处理并使得所生成三分频信号的高电平上升沿与驱动信号A_L的上升沿同相，最后以所述三分频信号的周期作为无刷直流电机的电周期计算出无刷直流电机的第一电机转速；
[0012]第二电机转速测量单元，用于根据无刷直流电机反电动势测量所述无刷直流电机的第二电机转速；
[0013]电机状态判断及自动切换模块，用于对电机控制电路中的直流母线电流进行采样并将直流母线电流采样值与预设阈值进行比较，当小于所述阈值时，将第一电机转速作为航空发动机转速输出，否则，将第二电机转速作为航空发动机转速输出。
[0014]优选地，所述第一电机转速测量单元包括逻辑电路、三进制计数器、电压比较器；所述逻辑电路用于进行所述逻辑运算，其输出端同时与所述三进制计数器的时钟信号输入端以及所述电压比较器的正输入端连接，所述三进制计数器的输出端连接所述电压比较器的负输入端，所述电压比较器的输出端作为第一电机转速测量单元的输出端。
[0015]进一步优选地，所述逻辑电路包括第一～第九二极管以及第一～第四电阻；第一～第六二极管的负极与A_H、B_L、B_H、C_L、C_H、A_L一一对应连接，第一二极管的正极和第二二极管的正极同时连接第一电阻的一端、第七二极管的正极，第三二极管的正极和第四二极管的正极同时连接第二电阻的一端、第八二极管的正极，第五二极管的正极和第六二极管的正极同时连接第三电阻的一端、第九二极管的正极，第一电阻的另一端、第二电阻的另一端、第三电阻的另一端分别连接工作电源，第四电阻的一端同时连接第七二极管的负极、第八二极管的负极、第九二极管的负极并作为该逻辑电路的输出端，第四电阻的另一端
接地。
[0016]优选地，所述第二电机转速测量单元包括：一个N型MOSFET、一个P型MOSFET、一个运算放大器，两个缩小比例相同的电压缩小电路，以及一个电位约等于母线电压1/2倍的虚拟零点；其中一个电压缩小电路的输入端连接虚拟零点，其输出端连接运算放大器的反相输入端；另一个电压缩小电路的输入端连接所述无刷直流电机的其中一相，其输出端同时与N型MOS本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种起发一体航空发动机转速测量方法，所述起发一体航空发动机包括与航空发动机同轴固连的无刷直流电机以及基于六步换向法对所述无刷直流电机进行控制的电机控制电路，所述电机控制电路包括由6个功率开关管所组成的三相逆变桥及其驱动电路；其特征在于，对电机控制电路中的直流母线电流进行采样并同时测量所述无刷直流电机的第一电机转速和第二电机转速；将直流母线电流采样值与预设阈值进行比较，当小于所述阈值时，将第一电机转速作为航空发动机转速输出，否则，将第二电机转速作为航空发动机转速输出；其中，第二电机转速是根据无刷直流电机反电动势测得；第一电机转速采用以下方法得到：对三相逆变桥的6个功率开关管的驱动信号：A_H、A_L、B_H、B_L、C_H、C_L进行以下逻辑运算：T＝(A_H∩B_L)∪(B_H∩C_L)∪(C_H∩A_L)，然后对所生成的输出信号T进行三分频处理并使得所生成三分频信号的高电平上升沿与驱动信号A_L的上升沿同相，最后以所述三分频信号的周期作为无刷直流电机的电周期计算出无刷直流电机的第一电机转速。2.一种起发一体航空发动机转速测量装置，所述起发一体航空发动机包括与航空发动机同轴固连的无刷直流电机以及基于六步换向法对所述无刷直流电机进行控制的电机控制电路，所述电机控制电路包括由6个功率开关管所组成的三相逆变桥及其驱动电路；其特征在于，所述转速测量装置包括：第一电机转速测量单元，用于采用以下方法测量所述无刷直流电机的第一电机转速：对三相逆变桥的6个功率开关管的驱动信号：A_H、A_L、B_H、B_L、C_H、C_L进行以下逻辑运算：T＝(A_H∩B_L)∪(B_H∩C_L)∪(C_H∩A_L)，然后对所生成的输出信号T进行三分频处理并使得所生成三分频信号的高电平上升沿与驱动信号A_L的上升沿同相，最后以所述三分频信号的周期作为无刷直流电机的电周期计算出无刷直流电机的第一电机转速；第二电机转速测量单元，用于根据无刷直流电机反电动势测量所述无刷直流电机的第二电机转速；电机状态判断及自动切换模块，用于对电机控制电路中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛汉霖，顾至诚，黄锐，刘晟奕，刘祁，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：