一种容错永磁同步电机相电流采样方法技术

本发明专利技术提出一种容错永磁同步电机相电流采样方法，属于电机控制技术领域，硬件部分包括电流传感器采样和电阻采样，电流传感器采样采用两相采样的方式，采集永磁同步电机两相绕组电流，通过三相电流和值关系，得到第三相相电流采样值；电阻采样将采样电阻串联到直流母线回流端和功率地之间，通过采样电阻两端电压，得到母线电流值，再经过相电流重构，得到三相相电流采样值；软件部分以电流传感器采样结果进行电机闭环，同时对两种采样电路的采样结果进行实时监控，当任何一种结果出现异常时，通过相电流故障诊断算法定位故障电路，抛弃异常采样结果，采用正常电路的数据进行电机闭环控制，解决了现有技术不具备容错采样的能力，可靠性低的问题。可靠性低的问题。可靠性低的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种容错永磁同步电机相电流采样方法


[0001]本专利技术属于电机控制
，具体涉及一种容错永磁同步电机相电流采样方法。

技术介绍

[0002]在永磁同步电机闭环控制方案中，对电动机电流的采样是一个非常重要的环节，采样数据是否可靠、准确直接影响系统的功能和性能，对相电流采样方法的研究已成为永磁同步电机闭环控制的一个研究热点。
[0003]目前较为常用的相电流采样方式主要分为两类，一类是直接采用电流传感器对相电流进行采样，另一类是利用采样电阻进行采样。
[0004]电流传感器采样有三相采样和两相采样的方式，其中两相采样较为常用，第三相电流可以通过两相电流计算得出，一旦某相电流传感器出现故障，永磁同步电机便无法实现闭环，相比之下，三相采样可靠性更高，但成本也相对较高。
[0005]电阻采样同样分为两种方式，一种是在功率电路下半桥分别串联一个采样电阻，但这种采样方式在两个或三个上桥臂导通时无法测出电机三相电流；另一种是将采样电阻串联到直流母线上，测量母线电流，并通过相电流重构得到三相电流，这种采样方式成本较低，但存在一些特定区域无法实现电流重构。
[0006]现有相电流采样方式在电流采样电路发生一度或两度故障时，不能进行相电流采样，会导致失去永磁同步电机闭环控制的能力，不具备容错采样的能力，影响了伺服系统的可靠性，需要进行改进。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供一种容错永磁同步电机相电流采样方法，目的是解决现有相电流采样方式不具备容错采样的能力，可靠性低的问题。<br/>[0008]本专利技术的目的是通过如下技术方案实现的：
[0009]一种容错永磁同步电机相电流采样方法，硬件部分采样电路采用电流传感器采样和电阻采样异构冗余的设计，电流传感器采样部分采用两相采样的方式，采集永磁同步电机两相绕组电流，通过三相电流和值关系，得到第三相相电流采样值；电阻采样部分将采样电阻串联到直流母线回流端和功率地之间，通过采样电阻两端电压，得到母线电流值，再经过相电流重构，得到三相相电流采样值；软件部分采用主备的方式，以电流传感器采样结果进行电机闭环，同时对两种采样电路的采样结果进行实时监控，当任何一种电流采样结果出现异常时，通过相电流故障诊断算法定位故障电路，抛弃异常采样结果，采用正常电路的采样数据进行电机闭环控制。
[0010]进一步地，容错永磁同步电机相电流采样方法基于SVPWM控制的永磁同步电机三相全桥功率电路，硬件部分包括三相全桥功率电路、永磁同步电机、电流传感器采样电路、母线电流采样电路、调理电路、控制芯片和PWM隔离驱动电路；电流传感器采样电路和母线
电流采样电路将对两相电流值和母线电流值进行采样，采样电压经过调理电路输入到控制芯片；在控制芯片内对采样值进行解算，得到实际电流值，通过容错单元对传感器电流采样值和电阻采样电流值进行容错控制，将正确的采样值送给闭环控制单元；闭环控制单元通过SVPWM控制输出PWM控制信号，经隔离驱动电路放大后对功率管进行通断控制，实现永磁同步电机闭环控制。
[0011]进一步地，容错单元通过相电流监控模块，相电流故障诊断模块和SVPWM控制模块来实现相电流采样的容错控制。
[0012]进一步地，电阻采样电路的硬件设计中，电流采样电阻的采样范围根据线电流峰值I
lMAX
确定，I
lMAX
通过母线电压U
d
和驱动器功率P求得。
[0013]进一步地，电阻采样电路的硬件设计中，采样电阻选择阻值为100mΩ，精度为0.1％的高精度电阻，对母线电流进行采样，电压采样范围为
‑
0.5V≤U
S_AD
≤0.5V。
[0014]进一步地，电阻采样电路的硬件设计中，放大倍数A＝2.5，偏置电压为1.25V。
[0015]进一步地，采样信号经过调理电路后，输入到控制芯片，在电流解算单元对两相电流值进行解算，得到实际的三相电流值I
u1
、I
v1
和I
w1
，用相电流重构算法对母线电流值进行重构，得到三相电流重构值I
u2
、I
v2
和I
w2
；三电流监控模块对电流传感器采样得到的电流值I
u1
、I
v1
和I
w1
和电阻采样得到的三相电流重构值I
u2
、I
v2
和I
w2
进行实时监控，根据上一周期PWM输出得到三相全桥电路六个功率管在一个控制周期内的状态，通过开关状态预测相电流阈值，对I
u1
、I
v1
、I
w1
和I
u2
、I
v2
、I
w2
状态是否正常进行判断；相电流故障诊断模块根据相电流监控的结果进行分析，并将相电流采样故障状态Fault_phacur进行设置，最终根据相电流采样故障状态决定执行SVPWM控制或关闭PWM输出。
[0016]进一步地，相电流故障诊断模块根据相电流监控的结果进行分析，并将相电流采样故障状态Fault_phacur进行设置包括如下步骤：若I
u1
、I
v1
和I
w1
正常则将其作为三相电流反馈值I
u
、I
v
和I
w
，否则如果I
u2
、I
v2
、I
w2
正常则将I
u2
、I
v2
、I
w2
作为三相电流反馈值I
u
、I
v
和I
w
并且将相电流采样故障状态Fault_phacur置0；若两种采样结果均不正常，将相电流采样故障状态Fault_phacur置1；将相电流采样故障状态Fault_phacur进行设置后，根据相电流采样故障状态决定执行SVPWM控制或关闭PWM输出。
[0017]本专利技术所提出的技术方案通过采样电路硬件冗余和软件算法设计，在电流采样电路发生一度或两度故障时，仍能够进行相电流采样，完成永磁同步电机闭环控制，使永磁同步电机相电流采样具备了容错能力，提高了伺服系统的可靠性，解决了现有技术存在的问题。
附图说明
[0018]图1是本专利技术其中一种具体实施例的相电流采样原理框图；
[0019]图2是本专利技术其中一种具体实施例的电阻采样电路硬件结构图；
[0020]图3是本专利技术其中一种具体实施例中容错单元的结构框图；
[0021]图4是本专利技术其中一种具体实施例的软件容错算法流程框图。
具体实施方式
[0022]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术的技术方案做进一步详细说明。显然，所
描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种容错永磁同步电机相电流采样方法，其特征在于，硬件部分采样电路采用电流传感器采样和电阻采样异构冗余的设计，电流传感器采样部分采用两相采样的方式，采集永磁同步电机两相绕组电流，通过三相电流和值关系，得到第三相相电流采样值；电阻采样部分将采样电阻串联到直流母线回流端和功率地之间，通过采样电阻两端电压，得到母线电流值，再经过相电流重构，得到三相相电流采样值；软件部分采用主备的方式，以电流传感器采样结果进行电机闭环，同时对两种采样电路的采样结果进行实时监控，当任何一种电流采样结果出现异常时，通过相电流故障诊断算法定位故障电路，抛弃异常采样结果，采用正常电路的采样数据进行电机闭环控制。2.根据权利要求1所述的一种容错永磁同步电机相电流采样方法，其特征在于：所述容错永磁同步电机相电流采样方法基于SVPWM控制的永磁同步电机三相全桥功率电路，硬件部分包括三相全桥功率电路、永磁同步电机、电流传感器采样电路、母线电流采样电路、调理电路、控制芯片和PWM隔离驱动电路；所述电流传感器采样电路和母线电流采样电路将对两相电流值和母线电流值进行采样，采样电压经过调理电路输入到控制芯片；在控制芯片内对采样值进行解算，得到实际电流值，通过容错单元对传感器电流采样值和电阻采样电流值进行容错控制，将正确的采样值送给闭环控制单元；闭环控制单元通过SVPWM控制输出PWM控制信号，经隔离驱动电路放大后对功率管进行通断控制，实现永磁同步电机闭环控制。3.根据权利要求2所述的一种容错永磁同步电机相电流采样方法，其特征在于：所述容错单元通过相电流监控模块，相电流故障诊断模块和SVPWM控制模块来实现相电流采样的容错控制。4.根据权利要求3所述的一种容错永磁同步电机相电流采样方法，其特征在于：所述电阻采样电路的硬件设计中，电流采样电阻的采样范围根据线电流峰值I
lMAX
确定，I
lMAX
通过母线电压U
d
和驱动器功率P求得。5.根据权利要求4所述的一种容错永磁同步电机相电流采样方法，其特征在于：所述电阻采样电路的硬件设计中，采样电阻选择阻值为100mΩ，精度为0.1％的高精度电阻，对母线电流进行采样，电压采样范围为
‑
0.5V≤U
S
_
AD
≤0.5V。6.根据权利要求5所述的一种容错永磁同步电机相电流采样方法，其特征在于：所述电阻采样电路的硬件设计中，放大倍数A＝2.5，偏置电压为1.25V。7.根据权利要求6所述的一种容错永磁同步电机相电流采样方法，其特征在于：所述采...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙思娴，郑起佳，任丽平，李燕，何雨枫，
申请(专利权)人：北京精密机电控制设备研究所，
类型：发明
国别省市：