一种针对无刹车步进电机的控制方法、装置以及系统与流程

本发明实施例涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种针对无刹车步进电机的控制方法、装置以及系统。

背景技术：

在核电站中，棒控棒位系统是核电站最核心的系统之一。棒控棒位系统是调节反应堆功率的最重要、最灵活的手段，是反应堆正常运行的重要条件。在核电站启堆、功率转换和停堆过程中，通过联合控制棒驱动机构(crdm)来提升、插入和保持反应堆控制棒，从而控制反应堆的反应性，保证反应堆始终工作在受控状态。因此，维护控制棒在堆芯的位置，避免反应堆正常运行过程中出现掉棒或者非正常停堆非常重要。

在示范快堆中，用无刹车步进电机来联合crdm来提升、插入和保持反应堆控制棒，现有的步进电机为磁阻式四相步进电机，没有刹车装置，若其步进电机控制器出现故障时，必须停堆才能更换，而一般情况下核电厂停堆是重大事件，非必要条件不允许非正常停堆。

在现有的快堆棒控棒位系统中，由于步进电机控制装置故障而需要停堆才能更换的问题亟待解决。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种针对无刹车步进电机的控制方法、装置以及系统，以解决现有的快堆棒控棒位系统中，由于步进电机控制装置故障而需要停堆才能更换的问题。

为实现上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供了一种针对无刹车步进电机的控制方法，包括：

主控制器对步进电机的时序进行分配，并根据所述步进电机的需求棒速和正反转指令生成时序脉冲，并发送所述时序脉冲至各个相控制器；

所述相控制器根据所述时序脉冲驱动所述步进电机运行，并监测所述步进电机的相电流、所述主控制器以及所述相控制器的运行状态，生成并发送状态信号至所述主控制器；

所述主控制器根据所述状态信号，判断所述主控制器以及各个所述相控制器的运行状态；

所述主控制器和所述相控制器根据所述主控制器和所述相控制器的运行状态，共同控制所述步进电机的工作状态。

进一步地，所述主控制器和所述相控制器根据所述主控制器和所述相控制器的运行状态，共同控制所述电机的工作状态，包括：

当所述主控制器或所述相控制器的运行状态为故障时，所述主控制器发送保持命令至各个所述相控制器；

所述相控制器根据所述保持命令，向所述步进电机提供保持时序电流。

进一步地，所述主控制器或所述相控制器的运行状态为故障，包括：

所述主控制器检测到自身的运行状态为故障；

或者，任一个所述相控制器判断出所述主控制器的运行状态为故障时，所述相控制器将故障信号返回至所述主控制器；

或者，任一个所述相控制器的运行状态为故障。

进一步地，所述主控制器和所述相控制器根据所述主控制器和所述相控制器的运行状态，共同控制所述步进电机的工作状态，包括：

当所述主控制器和所述相控制器的运行状态为非故障时，所述相控制器根据所述主控制器的所述时序脉冲，控制所述步进电机正转或反转。

进一步地，所述主控制器和所述相控制器的运行状态为非故障，包括：

所述主控制器根据所述各相控制器的状态信号，判断自身和各相控制器无故障；

或者，各所述相控制器经逻辑判断所述主控制器无故障；

或者，各个所述相控制器接收所述主控制器发送的所述时序脉冲，并根据所述时序脉冲经逻辑判定所述主控制器无故障。

进一步地，所述相控制器根据所述主控制器的所述时序脉冲控制所述步进电机正转或反转，包括：

所述相控制器将所述主控制器的所述时序脉冲经整形放大，向所述步进电机的相绕组供电。

第二方面，本发明实施例提供一种针对无刹车步进电机的控制装置，包括：

主控制器，用于对步进电机的时序进行分配，并根据所述步进电机的需求棒速和正反转指令生成时序脉冲，并发送所述时序脉冲至各个相控制器；

至少四个相控制器，各个所述相控制器的一端分别与所述主控制器电连接，各个所述相控制器的另一端分别与所述步进电机电连接，所述相控制器用于根据所述时序脉冲驱动所述步进电机运行，并监测所述步进电机的相电流、所述主控制器以及所述相控制器的运行状态，生成并发送状态信号至所述主控制器；

所述主控制器，还用于根据所述状态信号，判断所述主控制器以及各个所述相控制器的运行状态，并根据所述主控制器和所述相控制器的运行状态，与所述相控制器共同控制所述步进电机的工作状态。

进一步地，所述主控制器，具体用于当所述主控制器或所述相控制器的运行状态为故障时，所述主控制器发送保持命令至各个所述相控制器；

所述相控制器，用于根据所述保持命令，向所述步进电机提供保持时序电流。

进一步地，所述相控制器包括a相控制器、b相控制器、c相控制器以及d相控制器；

所述a相控制器的第一端与所述主控制器电连接，所述a相控制器的第二端与所述步进电机电连接；所述b相控制器的第一端与所述主控制器电连接，所述b相控制器的第二端与所述主控制器电连接；所述c相控制器的第一端与所述主控制器电连接，所述c相控制器的第二端与所述主控制器电连接；所述d相控制器的第一端与所述主控制器电连接，所述d相控制器的第二端与所述主控制器电连接；

所述相控制器用于在所述步进电机的主控制器或a相控制器、b相控制器、c相控制器以及d相控制器中的任一发生故障时，至少有两个相控制器向所述步进电机输出保持电流。

第三方面，本发明实施例提供一种针对无刹车步进电机的控制系统，包括：第二方面任意所述针对无刹车步进电机的控制装置，以及步进电机；

所述步进电机根据保持时序电流保持在当前工作状态；

或者，所述相控制器根据所述主控制器的所述时序脉冲，控制所述步进电机正转或反转。

本发明实施例提供的针对无刹车步进电机的控制方法包括主控制器对步进电机的时序进行分配，并根据步进电机的需求棒速和正反转指令生成时序脉冲，并发送时序脉冲至各个相控制器；相控制器根据时序脉冲驱动步进电机运行，并监测步进电机的相电流、主控制器以及相控制器的运行状态，生成并发送状态信号至主控制器；主控制器根据状态信号，判断主控制器以及各个相控制器的运行状态；主控制器和相控制器根据主控制器和相控制器的运行状态，共同控制步进电机的工作状态。使得步进电机在主控制器或者各个相控制器中有一个发生故障时，相控制器根据步进电机的当前各相电流的情况，向步进电机输出保持电流，使得步进电机可以保持在当前工作状态，可以在线更换故障的主控制器或者相控制器，不会导致掉棒且无需停堆，解决了现有的快堆棒控棒位系统中，由于步进电机控制装置故障而需要停堆才能更换的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种针对无刹车步进电机的控制方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的另一种针对无刹车步进电机的控制方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的又一种针对无刹车步进电机的控制方法的流程图；

图4是本发明实施例提供的又一种针对无刹车步进电机的控制方法的流程图；

图5是本发明实施例提供的一种针对无刹车步进电机的控制装置的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的另一种针对无刹车步进电机的控制装置的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的一种针对无刹车步进电机的控制系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

正如背景技术中提到的一般情况下，核电厂停堆是重大事件，非必要条件，不允许非正常停堆，在现有的快堆棒控棒位系统中，步进电机由控制装置控制，当步进电机的控制装置发生故障时，需要停堆才能更换步进电机的控制装置，存在由于步进电机控制装置故障而需要停堆才能更换的问题。

基于上述技术问题，本实施例提出了以下解决方案：

图1是本发明实施例提供的一种针对无刹车步进电机的控制方法的流程图。参见图1，本发明实施例提供的针对无刹车步进电机的控制方法，包括：

s101、主控制器对步进电机的时序进行分配，并根据所述步进电机的需求棒速和正反转指令生成时序脉冲，并发送所述时序脉冲至各个相控制器。

具体地，步进电机工作的棒速主控制器可以对步进电机的时序进行分配，并生成时序脉冲，时序脉冲可以输出至各相控制器，各相控制器根据接收到的时序脉冲控制步进电机的正转或反转。

s102、所述相控制器根据所述时序脉冲驱动所述步进电机运行，并监测所述步进电机的相电流、所述主控制器以及所述相控制器的运行状态，生成并发送状态信号至所述主控制器。

具体地，相控制器接收主控制器发送的时序脉冲后，各相控制器分别向主控制器发送自身的状态信号，示例性地，状态信号可以为接收成功信号或接收失败信号，可以设置各相控制器接收到主控制器的时序脉冲后，若接收成功则返回一个对应的接收成功信号至主控制器，若无法接收或接收失败，则返回一个对应的接收失败信号至主控制器。

s103、所述主控制器根据所述状态信号，判断所述主控制器以及各个所述相控制器的运行状态。

具体地，主控制器以及各个所述相控制器的运行状态可以包括正常运行状态或故障状态。可以设置若主控制器接收到的各相控制器的状态信号均为接收成功信号，则可以判断主控制器以及各个所述相控制器的运行状态为正常运行状态；若主控制器接收到的各相控制器的状态信号均为接收失败信号，则可以判断主控制器运行状态为故障运行状态；若主控制器接收到的各相控制器的状态信号有一相为接收失败信号，则可以判断该相控制器的运行状态为故障运行状态。

s104、所述主控制器和所述相控制器根据所述主控制器和所述相控制器的运行状态，共同控制所述步进电机的工作状态。

具体地，电机的工作状态包括正转或反转的正常工作状态、以及保持当前扭矩的保持状态。若主控制器和各相控制器的运行状态均为正常运行状态，主控制器控制电机处在正转或反转的正常工作状态，若主控制器和各相控制器的某一个的运行状态为故障运行状态，则主控制器控制电机处在保持状态，此时，可在线更换有故障的主控制器或者更换有故障的相控制器，保障了核电站的稳定运行，提高了核电站的经济效益和可靠性。

本实施例提供的针对无刹车步进电机的控制方法通过主控制器对步进电机的时序进行分配，并根据步进电机的需求棒速和正反转指令生成时序脉冲，并发送时序脉冲至各个相控制器，相控制器根据时序脉冲驱动步进电机运行，并监测步进电机的相电流、主控制器以及相控制器的运行状态，生成并发送状态信号至主控制器；主控制器根据状态信号，判断主控制器以及各个相控制器的运行状态；主控制器和相控制器根据主控制器和相控制器的运行状态，共同控制步进电机的工作状态。使得步进电机在主控制器或者各个相控制器中有一个发生故障时，相控制器根据步进电机的当前各相电流的情况，向步进电机输出保持电流，使得步进电机可以保持在当前工作状态，可以在线更换故障的主控制器或者相控制器，不会导致掉棒且无需停堆，解决了现有的快堆棒控棒位系统中，由于步进电机控制装置故障而需要停堆才能更换的问题。

可选的，图2是本发明实施例提供的另一种针对无刹车步进电机的控制方法的流程图。在上述实施例的基础上，参见图2，本发明实施例提供的针对无刹车步进电机的控制方法，包括：

s201、主控制器对步进电机的时序进行分配，并根据所述步进电机的需求棒速和正反转指令生成时序脉冲，并发送所述时序脉冲至各个相控制器。

s202、所述相控制器根据所述时序脉冲驱动所述步进电机运行，并监测所述步进电机的相电流、所述主控制器以及所述相控制器的运行状态，生成并发送状态信号至所述主控制器。

s203、所述主控制器根据所述状态信号，判断所述主控制器以及各个所述相控制器的运行状态。

s204、当所述主控制器或所述相控制器的运行状态为故障时，所述主控制器发送保持命令至各个所述相控制器。

可选地，主控制器或相控制器的运行状态为故障，包括主控制器检测到自身的运行状态为故障；或者，任一个相控制器判断出主控制器的运行状态为故障时，相控制器将故障信号返回至主控制器；或者，任一个相控制器的运行状态为故障。

具体地，当主控制器检测到自身的运行状态为故障时，主控制器发送保持命令至各个相控制器。或者，当任一个相控制器判断出主控制器的运行状态为故障，相控制器将主控制器故障信号返回至主控制器，主控制器根据接收到的主控制器故障信号发送保持命令至各个相控制器。或者，当任一个相控制器自身的运行状态为故障时，发生故障的相控制器将相控制器故障信号返回至主控制器，主控制器根据相控制器故障信号发送保持命令至各个相控制器。

s205、所述相控制器根据所述保持命令，向所述步进电机提供保持时序电流。

具体地，当主控制器的运行状态为故障时，主控制器发送保持命令至各个相控制器，任意两个相控制器根据保持命令，向步进电机提供保持时序电流。或者，当任一个相控制器的运行状态为故障时，未发生故障的任意两个相控制器根据保持命令，向步进电机提供保持时序电流，为步进电机提供一定的扭矩，使得步进电机可以保持在当前工作状态，可以在线更换故障的主控制器或者相控制器，不会导致掉棒且无需停堆。

可选的，图3是本发明实施例提供的又一种针对无刹车步进电机的控制方法的流程图。在上述实施例的基础上，参见图3，本发明实施例提供的针对无刹车步进电机的控制方法，包括：

s301、主控制器对步进电机的时序进行分配，并根据所述步进电机的需求棒速和正反转指令生成时序脉冲，并发送所述时序脉冲至各个相控制器。

s302、所述相控制器根据所述时序脉冲驱动所述步进电机运行，并监测所述步进电机的相电流、所述主控制器以及所述相控制器的运行状态，生成并发送状态信号至所述主控制器。

s303、所述主控制器根据所述状态信号，判断所述主控制器以及各个所述相控制器的运行状态。

s304、当所述主控制器和所述相控制器的运行状态为非故障时，所述相控制器根据所述主控制器的所述时序脉冲，控制所述步进电机正转或反转。

可选地，主控制器和相控制器的运行状态为非故障，包括主控制器根据各相控制器的状态信号，判断自身和各相控制器均无故障，或者，各个相控制器经逻辑判断主控制器无故障；或者，各个相控制器接收主控制器发送的时序脉冲，并根据时序脉冲经逻辑判定主控制器无故障。

具体地，当主控制器和相控制器的运行状态均为非故障时，主控制器向各个相控制器发送无故障信号，使得相控制器正常工作。相控制器根据主控制器发送的时序脉冲，控制步进电机正转或反转，使得步进电机正常工作。

可选的，图4是本发明实施例提供的又一种针对无刹车步进电机的控制方法的流程图。在上述实施例的基础上，参见图4，本发明实施例提供的针对无刹车步进电机的控制方法，包括：

s401、主控制器对步进电机的时序进行分配，并根据所述步进电机的需求棒速和正反转指令生成时序脉冲，并发送所述时序脉冲至各个相控制器。

s402、所述相控制器根据所述时序脉冲驱动所述步进电机运行，并监测所述步进电机的相电流、所述主控制器以及所述相控制器的运行状态，生成并发送状态信号至所述主控制器。

s403、所述主控制器根据所述状态信号，判断所述主控制器以及各个所述相控制器的运行状态。

s404、当所述主控制器和所述相控制器的运行状态为非故障时，所述相控制器将所述主控制器的所述时序脉冲经整形放大，向所述步进电机的相绕组供电。

具体地，步进电机可以采用双四拍工作时序，主控制器将要求棒速和步进电机的正反转指令综合成时序脉冲，接收来自各相控制器的状态信号，判断自身和各相控制器无故障后，向相控制器输出时序脉冲，例如相控制器可以包括a相控制器、b相控制器、c相控制器和d相控制器，各相控制器与主控制器单线关联，各相控制器接收到来自主控制器的时序脉冲，经逻辑判断主控制器无故障后，根据主控制器的时序脉冲，经对时序脉冲进行整形并放大之后，向步进电机的各相绕组供电，步进电机根据不同的时序进行正转或反转。

可选的，图5是本发明实施例提供的一种针对无刹车步进电机的控制装置的结构示意图。在上述实施例的基础上，参见图5，本发明实施例提供的针对无刹车步进电机的控制装置10，包括：

主控制器51，用于对步进电机的时序进行分配，并根据所述步进电机的需求棒速和正反转指令生成时序脉冲，并发送所述时序脉冲至各个相控制器52；

至少四个相控制器52，各个所述相控制器52的一端分别与所述主控制器51电连接，各个所述相控制器52的另一端分别与所述步进电机电连接，所述相控制器52用于根据所述时序脉冲驱动所述步进电机运行，并监测所述步进电机的相电流、所述主控制器51以及所述相控制器52的运行状态，生成并发送状态信号至所述主控制器51；

所述主控制器51，还用于根据所述状态信号，判断所述主控制器51以及各个所述相控制器52的运行状态，并根据所述主控制器51和所述相控制器52的运行状态，与所述相控制器52共同控制所述步进电机的工作状态。

可选地，主控制器51，具体用于当所述主控制器51或所述相控制器52的运行状态为故障时，所述主控制器51发送保持命令至各个所述相控制器52；

相控制器52，用于根据所述保持命令，向所述步进电机提供保持时序电流。

可选地，图6是本发明实施例提供的另一种针对无刹车步进电机的控制装置的结构示意图。在上述实施例的基础上，参见图6，本发明实施例提供的针对无刹车步进电机的控制装置10的相控制器52包括a相控制器53、b相控制器54、c相控制器55以及d相控制器56，a相控制器53的第一端531与主控制器51电连接，a相控制器53的第二端532与步进电机电连接；b相控制器54的第一端541与主控制器51电连接，b相控制器54的第二端542与主控制器51电连接；c相控制器55的第一端551与主控制器51电连接，c相控制器55的第二端552与主控制器51电连接；d相控制器56的第一端561与主控制器51电连接，d相控制器56的第二端562与主控制器51电连接；相控制器用于在步进电机的主控制器51或a相控制器53、b相控制器54、c相控制器55以及d相控制器56中的任一发生故障时，至少有两个非故障的相控制器向步进电机输出保持电流。

本实施例提供的针对无刹车步进电机的控制装置通过主控制器对步进电机的时序进行分配，并根据步进电机的需求棒速和正反转指令生成时序脉冲，并发送时序脉冲至各个相控制器，通过相控制器根据时序脉冲驱动步进电机运行，并监测步进电机的相电流、主控制器以及相控制器的运行状态，生成并发送状态信号至主控制器，然后主控制器根据状态信号，判断主控制器以及各个相控制器的运行状态，并通过主控制器根据主控制器和相控制器的运行状态，与相控制器共同控制步进电机的工作状态，使得步进电机在主控制器或者各个相控制器中有一个发生故障时，至少有两个相控制器向步进电机输出保持电流，使得步进电机可以保持在当前工作状态，可以在线更换故障的主控制器或者相控制器，不会导致掉棒且无需停堆，解决了现有的快堆棒控棒位系统中，由于步进电机控制装置故障而需要停堆才能更换的问题。

可选地，图7是本发明实施例提供的一种针对无刹车步进电机的控制系统的结构示意图。在上述实施例的基础上，参见图7，本发明实施例提供的针对无刹车步进电机的控制系统100包括上述任意提出的针对无刹车步进电机的控制装置10，以及步进电机20，步进电机20根据保持时序电流保持在当前工作状态；或者，相控制器根据主控制器的时序脉冲，控制步进电机正转或反转。

本发明实施例提供的针对无刹车步进电机的控制系统包括上述任意提出的针对无刹车步进电机的控制装置，具有上述任意实施例提出的针对无刹车步进电机的控制装置的有益效果，在此不再赘述。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。