用於永磁同步電機閉環控制的裝置的製作方法
2023-04-26 14:09:31 2
專利名稱：用於永磁同步電機閉環控制的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及永磁同步電機控制領域，特別涉及一種用於永磁同步電機閉環控制的裝置。
背景技術：
空間矢量脈寬調製(SVPWM)的思想首次提出是在上世紀70年代，後來SVPWM理論 和算法得到了很大的發展。目前SVPWM算法是最流行的永磁同步電機高性能交流伺服驅動 系統實現技術之一。由於應用於永磁同步電機控制領域的基於空間矢量脈寬調製的閉環控制算法較 為複雜，目前的硬體電路實現主要是在高性能數位訊號處理器(DSP)上實現的。TI (德州儀 器)公司推出了用於控制電機的2000系列DSP晶片，ADI公司推出了控制電機的系列專用 晶片。專用晶片由於其功能針對性，可以根據空間矢量脈寬調製(SVPWM)算法的特定要求 進行實現，但是DSP和專用晶片設計周期長，不便於再配置。本發明提出的方案不僅解決了 空間矢量脈寬調製(SVPWM)算法在硬體電路難以實現以及佔用硬體資源大這一問題，同時 還可針對特定電機進行配置和重構，實現控制方案的靈活高效應用。
發明內容
本發明的目的之一是提供一種應用於永磁同步電機閉環控制的裝置。根據本發明的一個方面，提供一種永磁同步電機閉環控制的裝置包括電流採樣恢復模塊、閉環反饋控制模塊、電壓坐標逆轉換模塊及空間矢量脈寬調 制模塊；其中，所述電流採樣恢復模塊，將兩相電流模擬信號恢復為三相電流數位訊號iu、
i i ·
丄V、丄W ，所述閉環反饋控制模塊，對所述三相電流數位訊號iu、iv、iw進行處理，從而得到兩 相轉子電壓VtnVtl;所述電壓坐標逆轉換模塊，將所述兩相轉子電壓vd、、轉換為正弦波形反饋控制 電壓；所述空間矢量脈寬調製模塊所述正弦波形反饋控制電壓進行處理，生成控制永磁 同步電機運轉的六路開關信號。根據本發明提供的應永磁同步電機的閉環控制的裝置在保證電機控制精度的前 提下，對整個控制算法進行優化設計實現，並且硬體電路還可根據特定電機調整電機參數 和死區時間，這樣可以縮短設計周期，使其靈活應用於不同型號的永磁同步電機。
圖1是本發明實施例提供的應用於永磁同步電機閉環控制的裝置的結構框圖；圖2是圖1所示裝置中閉環反饋控制模塊的結構框圖3是圖1所示裝置中空間矢量脈寬調製模塊的結構框圖。本發明目的、功能及優點將結合實施例，參照附圖做進一步說明。
具體實施例方式參見圖1，本發明實施例提供的應用於永磁同步電機的閉環控制的裝置包括電 流採樣恢復模塊110、閉環反饋控制模塊220、電壓坐標逆轉換模塊330源PFC控制模塊 440、有過溫過壓過流保護模塊550及空間矢量脈寬調製模塊660。其中，電流採樣恢復模塊 110將兩相電流模擬信號恢復為三相電流數位訊號iu、iv、iw。電流採樣恢復模塊110包括 第一相電流採樣控制單元及第二相電流採樣控制單元。第一相電流採樣控制單元，將永磁 同步電機定子電流iu模擬信號轉成數位訊號。第二相電流採樣控制單元，將永磁同步電機 定子電流iw模擬信號轉成數位訊號。閉環反饋控制模塊220對三相電流數位訊號iu、iv、iw進行處理，從而得到兩相轉 子電壓Vd、V(1。參見圖2，閉環反饋控制模塊220包括電流坐標轉換單元2201、力矩計算單元 2202、速度估計單元2203、第一加法器2204、第二加法器2206、第三加法器2207、算術邏輯 運算單元2210及比例積分調節器。其中，電流坐標轉換單元2201將永磁同步電機三相定 子電流iu、iv、iw進行坐標轉換得到id、、。電流坐標轉換單元2201包括第一電流坐標變換 子單元及第二電流坐標變換子單元。第一電流坐標變換子單元將永磁同步電機三相定子電 流iu、iv、iw轉換到兩相靜止坐標系電流ia、ie。第二電流坐標變換子單元將兩相靜止坐標 系電流ia、ie轉換到兩相轉子坐標系電流id、、。例如，通過數學變換將電機三相電流iu、
轉換成為定子兩相坐標系下的ia、i」數學變換的公式為
權利要求
1.一種用於永磁同步電機的閉環控制的裝置，其特徵在於，包括電流採樣恢復模塊、閉環反饋控制模塊、電壓坐標逆轉換模塊及空間矢量脈寬調製模塊；其中，所述電流採樣恢復模塊，將兩相電流模擬信號恢復為三相電流數位訊號iu、iv、i .丄W，所述閉環反饋控制模塊，對所述三相電流數位訊號iu、iv、iw進行處理，從而得到兩相轉 子電壓vd、V(1 ；所述電壓坐標逆轉換模塊，將所述兩相轉子電壓Vd、Vq轉換為正弦波形反饋控制電壓； 所述空間矢量脈寬調製模塊，對所述正弦波形反饋控制電壓進行處理，生成控制永磁 同步電機運轉的六路開關信號。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述電流採樣恢復模塊包括 第一相電流採樣控制單元及第二相電流採樣控制單元；所述第一相電流採樣控制單元，將永磁同步電機定子電流『模擬信號轉成數位訊號； 所述第二相電流採樣控制單元，將永磁同步電機定子電流iw模擬信號轉成數位訊號。
3.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述閉環反饋控制模塊包括電流坐標轉換單元、力矩計算單元、速度估計單元、算術邏輯運算單元及比例積分調節器；電流坐標轉換單元，將永磁同步電機三相定子電流iu、iv、iw進行坐標轉換得到id、iq ； 力矩計算單元，在所述算術邏輯運算單元配合下，通過所述id、iq計算電磁力矩Te ； 速度估計單元，在所述算術邏輯運算單元配合下，通過所述T6進行速度和位置估計得 到速度當前速度ω和當前轉子位置θ ；比例積分調節器，在所述算術邏輯運算單元配合下，對所述速度ω與給定的速度Coref 形成的速度反饋環進行調節，得到；對與坐標變換得到的、形成的電流反饋環進 行調節，得到轉子電壓Vq ；對採用idref = O的控制方式，與反饋得到的id形成的電流反饋環 進行調節，得到轉子電壓Vd;所述是電流在轉子兩相坐標系上的交軸分量；所述id是電流在轉子兩相坐標系上的 直軸分量；所述Vd、Vq是空間矢量脈寬調製的輸入值。
4.根據權利要求3所述的裝置，其特徵在於，所述電流坐標轉換單元包括 第一電流坐標變換子單元及第二電流坐標變換子單元；所述第一電流坐標變換子單元，將永磁同步電機三相定子電流iu、iv、iw轉換到兩相靜 止坐標系電流ia、ie。所述第二電流坐標變換子單元，將兩相靜止坐標系電流ia、ie轉換到兩相轉子坐標系 電流id、if
5.根據權利要求3所述的裝置，其特徵在於，所述比例積分調節器包括第一比例積分調節子單元，對所述估算的速度ω與給定的速度形成的速度反饋 環進行調節，得到；第二比例積分調節子單元，對與反饋得到的、形成的電流反饋環進行調節，得到 轉子電壓第三比例積分調節子單元，對採用idref = O的控制方式，與反饋得到的id形成的電流反饋環進行調節，得到電壓Vd。
6.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述空間矢量脈寬調製模塊包括 判斷單元，根據轉子角度輸出判斷出的扇區信息；電壓坐標轉換單元，利用Vd、Vq坐標變換得到三相控制電壓Vu、Vv, Vw ； 兩兩相減單元，根據三相電壓值vu，Vv, Vw求得開關導通時間的輔助變量X、Y、Z ；所述
7.根據權利要求1-6任一項所述的裝置，其特徵在於，還包括 有源PFC控制模塊，所述有源PFC控制模塊對電源進行功率補償。
8.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，還包括過溫過壓過流保護模塊，所述過溫 過壓過流保護模塊包括過溫過壓過流採樣控制接口、多路選擇控制單元及故障檢測單元； 所述過溫過壓過流採樣控制接口，採樣電機工作時的溫度、直流母線電壓和直流母線 電流，將採集到的模擬信號轉化成數位訊號；多路選擇控制單元，控制所述過溫過壓過流採樣控制接口在不同的時刻對電機工作時 的溫度、直流母線電壓和直流母線電流分別進行採集，實現時分復用採樣； 故障檢測單元，在出現過溫、過流、過壓故障時，進行報錯。
全文摘要
公開了一種用於永磁同步電機閉環控制的裝置包括電流採樣恢復模塊、閉環反饋控制模塊、電壓坐標逆轉換模塊及空間矢量脈寬調製模塊；根據本發明提供的應永磁同步電機的閉環控制的裝置在保證電機控制精度的前提下，對整個控制算法進行優化設計實現，並且硬體電路還可根據特定電機調整電機參數和死區時間，這樣可以縮短設計周期，使其靈活應用於不同型號的永磁同步電機。
文檔編號H02P21/14GK102122915SQ201110087809
公開日2011年7月13日 申請日期2011年4月8日 優先權日2011年4月8日
發明者任雁鵬, 梁利平, 畢卉 申請人:中國科學院微電子研究所