【技术实现步骤摘要】
一种基于磁编码器的永磁同步电机伺服系统
本专利技术属于永磁同步电机的伺服系统领域，主要应用于微小型电动舵机和框架力矩电机等微小型伺服驱动机构上。
技术介绍
随着当前永磁同步电机使用越来越普遍，具有低转速、大扭矩、强过载能力、快速响应、高精度、线性度良好的机械特性及调节特性的、力矩波动小等特点，同时结构紧凑、运行可靠、维护方便、无需减速装置，非常适合应用于微小型执行机构；而绝对位置传感器磁编码器具有精度高、体积小、结构简单、使用方便的特点；同时控制方式也从方波控制发展到SPWM正弦控制、SVPWM矢量控制、DTC直接转矩控制、以及其它现代控制方式。所以基于磁编码器的永磁同步电机伺服控制系统是现代伺服驱动控制技术发展的一个重要方向，非常适合在需要快速稳定和高跟踪精度的导引头框架控制系统与需要快速响应和变负载的舵机伺服系统中应用。当前永磁同步电机伺服系统一般体积较大，或者驱动能力不足；永磁同步电机伺服系统位置反馈多采用的旋转变压器或光电编码器，不仅体积较大，而且成本较高，同时会增加MCU的运算负担，本范明采用体积小、精度高、价格低的磁编码器，其位置信息通过数字接口或脉冲宽度输出，降低了MCU的运算负担；通常永磁同步电机伺服系统仅采用SVPWM空间矢量控制或DTC直接转矩控制中的一种，而本专利技术可以任意配置控制方式，适应不同的控制对象，或同一控制对象的不同控制阶段进行不同的控制方式。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于磁编码器的永磁同步电机的微小型化伺服系统，不仅满足高性能伺服控制系统对低转速...
【技术保护点】
1.一种基于磁编码器的永磁同步电机伺服系统，其特征在于：包括电源模块、MCU主控模块、三相驱动桥及过压保护模块、相电流采集及过流保护模块、磁编码器位置反馈模块、温湿度检测模块；串口RS232、RS422通讯电路和CAN通讯模块；/nMCU主控模块从串口RS232通讯电路或RS422通讯电路或CAN通讯模块接收上级系统的控制指令，并实时向上级系统发送本系统的运行状态信息；MCU主控模块利用PID控制算法进行电流、速度和位置闭环调节，并通过SVPWM空间矢量控制算法或DTC直接转矩控制算法向三相驱动桥及过压保护模块输出三相PWM控制信号，驱动永磁同步电机的运行；/nMCU主控模块通过相电流采集及过流保护模块实时采集相电流；MCU主控模块通过集成的定时器捕获功能或SPI接口实时读取磁编码器位置反馈模块的位置信息；/nMCU主控模块利用相电流采集及过流保护模块输出的高电平信号标识三相驱动桥及过压保护模块中三相桥驱动过流；/nMCU主控模块实时采集过压保护模块的母线电压信息；/nMCU主控模块实时监测温湿度检测模块的温度和湿度信息。/n
【技术特征摘要】
1.一种基于磁编码器的永磁同步电机伺服系统，其特征在于：包括电源模块、MCU主控模块、三相驱动桥及过压保护模块、相电流采集及过流保护模块、磁编码器位置反馈模块、温湿度检测模块；串口RS232、RS422通讯电路和CAN通讯模块；
MCU主控模块从串口RS232通讯电路或RS422通讯电路或CAN通讯模块接收上级系统的控制指令，并实时向上级系统发送本系统的运行状态信息；MCU主控模块利用PID控制算法进行电流、速度和位置闭环调节，并通过SVPWM空间矢量控制算法或DTC直接转矩控制算法向三相驱动桥及过压保护模块输出三相PWM控制信号，驱动永磁同步电机的运行；
MCU主控模块通过相电流采集及过流保护模块实时采集相电流；MCU主控模块通过集成的定时器捕获功能或SPI接口实时读取磁编码器位置反馈模块的位置信息；
MCU主控模块利用相电流采集及过流保护模块输出的高电平信号标识三相驱动桥及过压保护模块中三相桥驱动过流；
MCU主控模块实时采集过压保护模块的母线电压信息；
MCU主控模块实时监测温湿度检测模块的温度和湿度信息。
2.根据权利要求1所述的一种基于磁编码器的永磁同步电机伺服系统，其特征在于：所控三相驱动桥及过压保护模块采用全N-MOS的驱动模式，并利用自举电容实现单偏置电源供电。
3.根据权利要求1所述的一种基于磁编码器的永磁同步电机伺服系统，其特征在于：所述MCU主控模块采用集成有串口、CAN接口、SPI接口、三相互补PWM输出单元和多ADC采集单元的单片机。
4.根据权利要求1所述的一种基于磁编码器的永磁同步电机伺服系统，其特征在于：通过磁编码器位置反馈模块获取位置和速度反馈信息；在系统运行前，进行磁通相位和永磁同步电机转矩对齐，确定零点。
5.根据权利要求1所述的一种基于磁编码器的永磁同步电机伺服系统，其特征在于：根据电流和位置反馈利用PID控制算法进行位置环、速度环和电流环的闭环调节，通过电压矢量进行SVPWM空间矢量控制，或根据磁链和转矩进行DTC直接转矩控制。
6.根据权利要求1所述的一种基于磁编码器的永磁同步电机伺服系统，其特征在于：所述MCU主控模块包括主控MCUU3、晶振Y1、稳压滤波陶瓷电容C13、稳压滤波陶瓷电容C20、滤波陶瓷电筒C14、滤波陶瓷电筒C21、稳压滤波电容C15-C19、稳压陶瓷电容C18、启动电阻R12、复位电阻R11、复位陶瓷电容C12、串联电阻R10、发光二极管D5；共同构成主控MCU应用电路；
晶振Y1的3管脚与电源模块相连；稳压滤波陶瓷电C13、滤波陶瓷电筒C14并联跨接于晶振Y1的2管脚VDD_+3.3V和4管脚GND之间；
稳压滤波电容C15-C17并联分别跨接于主控MCUU3的1管脚、24管脚、36管脚VDD_+3.3V和GND之间，稳压滤波电容C18和C19并联跨接于主控MCUU3的48管脚VDD_+3.3V和GND之间；稳压滤波电容C18和C19靠近主控MCUU3的48管脚；C20、C21并联跨接于U3的9管脚VAA_+3.3V和GND之间，稳压滤波陶瓷电容C20、滤波陶瓷电筒C21并靠近主控MCUU3的9管脚；主控MCUU3的23、35、47管脚接地GND；
启动电阻R12一端与主控MCUU3的44管脚MCU_BOOT0相连，一端接GND，选择FLASH启动模式；
复位电阻R11与复位陶瓷电容C12串联，并跨接于VDD_+3.3V和GND之间，串联点与主控MCUU3的7管脚相连，起复位的作用；
串联电阻R10和发光二极管D5串联，并跨接于VDD_+3.3V和主控MCUU3的25管脚LED_FLASH之间，指示MCU的运行状态。
7.根据权利要求6所述的一种基于磁编码器的永磁同步电机伺服系统，其特征在于：所述三相驱动桥及过压保护模块包括：三相NMOS驱动桥U9、稳压电解电容C35、滤波陶瓷电容C36、滤波陶瓷电容C37、自举二极管D6、自举陶瓷电容C38、充电陶瓷电容C40、使能电阻R43、使能陶瓷电容C41、比较器滤波电容C45、比较输出上拉电阻R53、比较输出滤波陶瓷电容C44、母线电源分压电阻R71、母线电源分压电阻R72、滤波陶瓷电容C52、永磁同步电机接口M1、相电流采集电阻R50、R51、R52；共同构成永磁同步电机伺服系统的三相驱动器电路简图及母线电压采集的应用电路；
稳压电解电容C35、滤波陶瓷电容C36、滤波陶瓷电容C37并联于输入电源PWR_IN和电源地GND之间；自举陶瓷电容C38一端连接输入电源PWR_IN，另一端与三相NMOS驱动桥U9的17管脚连接；自举二极管D6的1管脚连接输入电源PWR_IN，2管脚连接三相NMOS驱动桥U9的17管脚，3管脚连接充电陶瓷电容C40的一端，充电陶瓷电容C40的另一端与三相NMOS驱动桥U9的24管脚相连；三相NMOS驱动桥U9的22、23管脚与输入电源PWR_IN相连；使能电阻R43与使能陶瓷电容C41串联于工作电源VDD_+3.3V和地GND之间，串联点与三相NMOS驱动桥U9的9管脚连接；三相NMOS驱动桥U9的26、13、28管脚，分别与主控MCUU3的29、30、31管脚相连；三相NMOS驱动桥U9的27、14、16管脚，分别与主控MCUU3的2、3、4管脚相连；C45跨接于三相NMOS驱动桥U9的15管脚和GND之间；三相NMOS驱动桥U9的31管脚、23管脚、19管脚分别与永磁同步电机的接口相连；相电流采集电阻R50、R51、R52的一端分别与三相NMOS驱动桥U9的29管脚、25管脚、12管脚相连；相电流采集电阻R50、R51、R52的另一端与GND相连；比较输出上拉电阻R53与比较输出滤波陶瓷电容C44串联于VDD_+3.3V和GND之间，串联点与三相NMOS驱动桥U9的11管脚和主控MCUU3的41管脚相连；母线电源分压电阻R71与母线电源分压电阻R72串联于PWR_IN和GND之...
【专利技术属性】
技术研发人员：王令，葛志雄，徐燕，毕林林，沈祥立，马瑞，刘侃，宋国鹏，席京尧，
申请(专利权)人：北京航天飞腾装备技术有限责任公司，中国航天时代电子有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
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