一种小功率永磁同步电机控制系统及控制方法技术方案

一种小功率永磁同步电机控制系统及控制方法，涉及交流电机控制领域，实现了有位置传感器和无位置传感器的磁场定位控制。该控制系统包括控制单元和驱动单元，控制单元中GPIO模块检测驱动单元故障信号，PWM产生模块输出6路PWM波形，ADC模块采集电机相电流、相电压，通过SPI通信模块和位置传感器完成对电机位置和速度的检测；驱动单元中通过6路PWM波形控制6个MOSFET关断，相电流调理电路实现电机相电流的检测与信号放大，相电压采集电路实现电机相电压的检测与转换。本发明专利技术实现了有位置传感器和无位置传感器两种形式的磁场定位控制，适用于中、低成本应用场合。

【技术实现步骤摘要】
一种小功率永磁同步电机控制系统及控制方法
本专利技术涉及交流电机控制
，具体涉及一种小功率永磁同步电机控制系统及控制方法。
技术介绍
近年来，随着电力电子、微电子技术以及新型电机控制理论和的快速发展，永磁同步电动机得以迅速推广应用。永磁同步电机具有高功率密度、快速动态响应、效率高、损耗低、体积小等优点，在节能空调、洗衣机和其他家电产品制造领域中，已经成为实现大规模产品制造的理想选择，在能源节约和环境保护日益受到重视的今天，对永磁同步电机的研究就显得尤为必要。永磁同步电机的磁场定位控制以其高效率、低噪声、低纹波转矩等特点，在永磁同步电机的控制算法中得到广泛应用。在中、低成本应用场合中，永磁同步电机磁场定位控制的实现可以利用位置传感器，诸如编码器、旋转变压器或者霍尔传感器，然而，并不是所有的永磁同步电机磁场定位控制都需要位置传感器提供精细的换向角度，而且，在大多数情况下是不需要位置传感器来实现零速控制的。因此，需要设计一种小功率永磁同步电机控制器，可以满足中、低成本应用场合兼顾有位置传感器和无位置传感器两种形式的磁场定位控制。
技术实现思路
为了实现对小功率永磁同步电机有位置传感器和无位置传感器两种形式的磁场定位控制，本专利技术提供一种小功率永磁同步电机控制系统及控制方法。本专利技术为解决技术问题所采用的技术方案如下：本专利技术的一种小功率永磁同步电机控制系统，包括控制单元和驱动单元，所述控制单元包括：用于检测驱动单元故障信号的GPIO模块；由6个PWM调制器组成的PWM产生模块，输出6路PWM信号；由6个AD转换器组成的ADC模块，用于采集永磁同步电机的相电流和相电压；通过SPIMOSI信号、SPIMISO信号、SPISET信号与外部位置传感器相连的SPI通信模块，通过SPI通信模块和位置传感器完成对永磁同步电机位置和速度的检测；所述驱动单元包括：与6个PWM调制器一一对应相连的6个MOSFET，通过所述PWM产生模块3输出的6路PWM信号来控制6个MOSFET的关断，实现永磁同步电机的磁场定位控制；其输入端与6个MOSFET中的3个一一对应相连且其输出端与6个AD转换器中的3个一一对应相连的3个相电流调理电路，用于实现永磁同步电机相电流的检测与信号放大，以供ADC模块采集；其输入端与永磁同步电机的三端一一对应相连且其输出端与6个AD转换器中的其余3个一一对应相连的3个相电压采集电路，用于实现永磁同步电机相电压的检测与转换，以供ADC模块采集。进一步的，所述GPIO模块包括：通过fault引脚与驱动单元相连的第一GPIO接口、通过otw引脚与驱动单元相连的第二GPIO接口；通过对驱动单元的fault信号和otw信号进行扫描检测来判断驱动单元的运行情况，当驱动单元出现故障时，所述控制单元锁定PWM信号输出，保护电机控制系统。进一步的，6个PWM调制器分别为第一PWM调制器至第六PWM调制器，所述第一PWM调制器至第六PWM调制器分别产生PWM_AH信号、PWM_BH信号、PWM_CH信号、PWM_AL信号、PWM_BL信号、PWM_CL信号，所述PWM_AH信号与PWM_AL信号经逻辑或处理后得到驱动单元的reset_a使能信号，所述PWM_BH信号与PWM_BL信号经逻辑或处理后得到驱动单元的reset_b使能信号，所述PWM_CH信号与PWM_CL信号经逻辑或处理后得到驱动单元的reset_c使能信号。进一步的，6个AD转换器分别为第一AD转换器至第六AD转换器，每个采样周期内依次完成对永磁同步电机相电压和相电流的采集。进一步的，3个相电压采集电路分别为第一相电压采集电路、第二相电压采集电路、第三相电压采集电路；所述第一相电压采集电路主要由第四电阻、第五电阻、第四电容组成，第四电阻与第四电容并联后与第五电阻串联，所述第一相电压采集电路的输入端和输出端分别与永磁同步电机的A端和第四AD转换器一一对应相连；所述第二相电压采集电路主要由第六电阻、第七电阻、第五电容组成，第六电阻与第五电容并联后与第七电阻串联，所述第二相电压采集电路的输入端和输出端分别与永磁同步电机的B端和第五AD转换器一一对应相连；所述第三相电压采集电路主要由第八电阻、第九电阻、第六电容组成，第八电阻与第六电容并联后与第九电阻串联，所述第三相电压采集电路的输入端和输出端分别与永磁同步电机的C端和第六AD转换器一一对应相连。进一步的，3个相电流调理电路分别为第一相电流调理电路、第二相电流调理电路、第三相电流调理电路，相电流调理电路主要由放大器、第十电阻～第十五电阻、第七电容、第八电容组成，第十电阻、第十一电阻、第七电容与第十二电阻并联后连接在放大器输入端，第十电阻另一端接地，第十一电阻另一端接2.5V电源，第十三电阻与第八电容并联后连接在放大器输入端，放大器三个输出端中的一个输出端串联一个第十五电阻，一个输出端输出电压V-并接地，最后一个输出端输出电压V+并与ADC模块相连，为ADC模块供电，第十四电阻并联在放大器两端，并且第十四电阻一端接在第十三电阻与第八电容并联电路输出端。进一步的，6个MOSFET分别为第一MOSFET至第六MOSFET；所述第一MOSFET和第四MOSFET的栅极均与第一PWM调制器相连，第一PWM调制器产生的PWM_AH信号输出给第一MOSFET和第四MOSFET，控制第一MOSFET和第四MOSFET的关断；所述第二MOSFET和第五MOSFET的栅极均与第二PWM调制器相连，第二PWM调制器产生的PWM_BH信号输出给第二MOSFET和第五MOSFET，控制第二MOSFET和第五MOSFET的关断；所述第三MOSFET和第六MOSFET的栅极均与第三PWM调制器相连，第三PWM调制器产生的PWM_CH信号输出给第三MOSFET和第六MOSFET，控制第三MOSFET和第六MOSFET的关断；所述第一MOSFET的漏极分别与第四MOSFET的源极以及第一相电压采集电路的输入端相连，第四MOSFET的漏极与第一相电流调理电路的输入端相连，第一相电流调理电路两端并联有第一电容和第一电阻，第一相电流调理电路的输出端与第一AD转换器相连；所述第二MOSFET的漏极分别与第五MOSFET的源极以及第二相电压采集电路的的输入端相连，第五MOSFET的漏极与第二相电流调理电路的输入端相连，第二相电流调理电路两端并联有第二电容和第二电阻，第二相电流调理电路的输出端与第二AD转换器相连；所述第三MOSFET的漏极分别与第六MOSFET的源极以及第三相电压采集电路的的输入端相连，第六MOSFET的漏极与第三相电流调理电路的输入端相连，第三相电流调理电路两端并联有第三电容和第三电阻，第三相电流调理电路的输出端与第三AD转换器相连。进一步的，所述第一相电流调理电路中，第十电阻、第十一电阻、第七电容和第十二电阻并联电路的一端连接第四MOSFET的漏极，第十三电阻和第八电容并联电路的一端接地，放大器串联一个第十五电阻的输出端与第一AD转换器相连，放大器输出的3.3V电压为第一AD转换器供电；所述第二相电流调理电路中，第十电阻、第十一电阻、第七电容和第十二电阻并联电路的一端连接第五MOSFET的漏极，第十三电阻和第八电容并联电路的一端接地，放大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种小功率永磁同步电机控制系统，包括控制单元(1)和驱动单元(6)，其特征在于，所述控制单元(1)包括：用于检测驱动单元(6)故障信号的GPIO模块(2)；由6个PWM调制器组成的PWM产生模块(3)，输出6路PWM信号；由6个AD转换器组成的ADC模块(4)，用于采集永磁同步电机(19)的相电流和相电压；通过SPIMOSI信号、SPIMISO信号、SPISET信号与外部位置传感器相连的SPI通信模块(5)，通过SPI通信模块(5)和位置传感器完成对永磁同步电机(19)位置和速度的检测；所述驱动单元(6)包括：与6个PWM调制器一一对应相连的6个MOSFET，通过所述PWM产生模块(3)输出的6路PWM信号来控制6个MOSFET的关断，实现永磁同步电机(19)的磁场定位控制；其输入端与6个MOSFET中的3个一一对应相连且其输出端与6个AD转换器中的3个一一对应相连的3个相电流调理电路，用于实现永磁同步电机(19)相电流的检测与信号放大，以供ADC模块(4)采集；其输入端与永磁同步电机(19)的三端一一对应相连且其输出端与6个AD转换器中的其余3个一一对应相连的3个相电压采集电路，用于实现永磁同步电机(19)相电压的检测与转换，以供ADC模块(4)采集。...

【技术特征摘要】
1.一种小功率永磁同步电机控制系统，包括控制单元(1)和驱动单元(6)，其特征在于，所述控制单元(1)包括：用于检测驱动单元(6)故障信号的GPIO模块(2)；由6个PWM调制器组成的PWM产生模块(3)，输出6路PWM信号；由6个AD转换器组成的ADC模块(4)，用于采集永磁同步电机(19)的相电流和相电压；通过SPIMOSI信号、SPIMISO信号、SPISET信号与外部位置传感器相连的SPI通信模块(5)，通过SPI通信模块(5)和位置传感器完成对永磁同步电机(19)位置和速度的检测；所述驱动单元(6)包括：与6个PWM调制器一一对应相连的6个MOSFET，通过所述PWM产生模块(3)输出的6路PWM信号来控制6个MOSFET的关断，实现永磁同步电机(19)的磁场定位控制；其输入端与6个MOSFET中的3个一一对应相连且其输出端与6个AD转换器中的3个一一对应相连的3个相电流调理电路，用于实现永磁同步电机(19)相电流的检测与信号放大，以供ADC模块(4)采集；其输入端与永磁同步电机(19)的三端一一对应相连且其输出端与6个AD转换器中的其余3个一一对应相连的3个相电压采集电路，用于实现永磁同步电机(19)相电压的检测与转换，以供ADC模块(4)采集。2.根据权利要求1所述的一种小功率永磁同步电机控制系统，其特征在于，所述GPIO模块(2)包括：通过fault引脚与驱动单元(6)相连的第一GPIO接口(2-1)、通过otw引脚与驱动单元(6)相连的第二GPIO接口(2-2)；通过对驱动单元(6)的fault信号和otw信号进行扫描检测来判断驱动单元(6)的运行情况，当驱动单元(6)出现故障时，所述控制单元(1)锁定PWM信号输出，保护电机控制系统。3.根据权利要求1所述的一种小功率永磁同步电机控制系统，其特征在于，6个PWM调制器分别为第一PWM调制器(3-1)至第六PWM调制器(3-6)，所述第一PWM调制器(3-1)至第六PWM调制器(3-6)分别产生PWM_AH信号、PWM_BH信号、PWM_CH信号、PWM_AL信号、PWM_BL信号、PWM_CL信号，所述PWM_AH信号与PWM_AL信号经逻辑或处理后得到驱动单元(6)的reset_a使能信号，所述PWM_BH信号与PWM_BL信号经逻辑或处理后得到驱动单元(6)的reset_b使能信号，所述PWM_CH信号与PWM_CL信号经逻辑或处理后得到驱动单元(6)的reset_c使能信号。4.根据权利要求3所述的一种小功率永磁同步电机控制系统，其特征在于，6个AD转换器分别为第一AD转换器(4-1)至第六AD转换器(4-6)，每个采样周期内依次完成对永磁同步电机(19)相电压和相电流的采集。5.根据权利要求4所述的一种小功率永磁同步电机控制系统，其特征在于，3个相电压采集电路分别为第一相电压采集电路(16)、第二相电压采集电路(17)、第三相电压采集电路(18)；所述第一相电压采集电路(16)主要由第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第四电容(C4)组成，第四电阻(R4)与第四电容(C4)并联后与第五电阻(R5)串联，所述第一相电压采集电路(16)的输入端和输出端分别与永磁同步电机(19)的A端和第四AD转换器(4-4)一一对应相连；所述第二相电压采集电路(17)主要由第六电阻(R6)、第七电阻(R7)、第五电容(C5)组成，第六电阻(R6)与第五电容(C5)并联后与第七电阻(R7)串联，所述第二相电压采集电路(17)的输入端和输出端分别与永磁同步电机(19)的B端和第五AD转换器(4-5)一一对应相连；所述第三相电压采集电路(18)主要由第八电阻(R8)、第九电阻(R9)、第六电容(C6)组成，第八电阻(R8)与第六电容(C6)并联后与第九电阻(R9)串联，所述第三相电压采集电路(18)的输入端和输出端分别与永磁同步电机(19)的C端和第六AD转换器(4-6)一一对应相连。6.根据权利要求4所述的一种小功率永磁同步电机控制系统，其特征在于，3个相电流调理电路分别为第一相电流调理电路(13)、第二相电流调理电路(14)、第三相电流调理电路(15)，相电流调理电路主要由放大器(20)、第十电阻(R10～R15)、第七电容(C7)、第八电容(C8)组成，第十电阻(R10)、第十一电阻(R11)、第七电容(C7)与第十二电阻(R12)并联后连接在放大器(20)输入端，第十电阻(R10)另一端接地，第十一电阻(R11)另一端接2.5V电源，第十三电阻(R13)与第八电容(C8)并联后连接在放大器(20)输入端，放大器(20)三个输出端中的一个输出端串联一个第十五电阻(R15)，一个输出端输出电压V-并接地，最后一个输出端输出电压V+并与ADC模块(4)相连，为ADC模块(4)供电，第十四电阻(R14)并联在放大器(20)两端，并且第十四电阻(R14)一端接在第十三电阻(R13)与第八电容(C8)并联电路输出端。7.根据权利要求6所述的一种小功率永磁同步电机控制系统，其特征在于，6个MOSFET分别为第一MOSFET(7)至第六MOSFET(12)；所述第一MOSFET(7)和第四MOSFET(10)的栅极均与第一PWM调制器(3-1)相连，第一PWM调制器(3-1)产生的PWM_AH信号输出给第一MOSFET(7)和第四MOSFET(10)，控制第一MOSFET(7)和第四MOSFET(10)的关断；所述第二MOSFET(8)和第五MOSFET(11)的栅极均与第二PWM调制器(3-2)相连，第二PWM调制器(3-2)产生的PWM_BH信号输出给第二MOSFET(8)和第五MOSFET(11)，控制第二MOSFET(8)和第五MOSFET(11)的关断；所述第三MOSFET(9)和第六MOSFET(12)的栅极均与第三PWM调制器(3-3)相连，第三PWM调制器(3-3)产生的PWM_CH信号输出给第三MOSFET(9)和第六MOSFET(12)，控制第三MOSFET(9)和第六MOSFET(12)的关断；所述第一MOSFET(7)的漏极分别与第四MOSFET(10)的源极以及第一相电压采集电路(16)的输入端相连，第四MOSFET(10)的漏极与第一相电流调理电路(13)...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓永停，李洪文，王帅，刘京，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22