一种永磁同步电机驱动控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种永磁同步电机驱动控制系统，所述系统包括：控制单元、检测单元、驱动单元，所述控制单元对整体系统进行控制，针对电平转换、通信电路、电源分配进行管理，所述检测单元对电压信号、电流信号、正余弦编码器信号以及温度信号进行处理，所述驱动单元对电路进行整流、滤波、逆变以及能耗制动，完成控制驱动，通过通信接口与上位机连接，上位机完成监控。本发明专利技术解决了现有永磁同步电机控制复杂、难以满足实际使用需求的问题。难以满足实际使用需求的问题。难以满足实际使用需求的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种永磁同步电机驱动控制系统


[0001]本专利技术涉及电机控制领域，具体涉及一种永磁同步电机驱动控制系统。

技术介绍

[0002]驱动器是一种用来精确控制电机运动的设备，被广泛应用于各种运动控制领域，尤其是工业设备领域。在工业生产设备中，往往存在多个运动机构，每个运动机构均使用一个或者多个电机，每个电机通常都配有一个驱动器，因此，驱动器应用广泛。而在高速高精度运动控制领域，例如精密数控机床、高速高精度贴片机、机器人等，通常使用永磁同步电机才能满足控制求，而国内永磁同步电机和驱动器市场往往被外国公司占领，国产驱动器和电机和国际水平还存在差异。
[0003]永磁同步电机与普通交流变频电机比它是高效率、高力矩惯量比、高能量密度，是个环保低碳电机。普通交流电机用变频器驱动，永磁同步电机不能直接在电网上运行，需要专用的驱动器驱动，并且在电机轴上必须安装转子位置反馈装置，如光学编码器和旋转变压器等。驱动器根据检测到的电机转子实时位置，控制电机的电流和转子位置同步，从而实现永磁同步电机的旋转。在一些工业应用领域，常常需要多个电机同步发力带动被驱动装置，多个电机同轴运行，需要多个驱动器和多个位置检测装置，成本高，并且容易发生两台电机出力不均匀的现象。另外三相永磁同步电机传统控制方法需对采集到的电流量进行A/D转换，然后由数字电路完成采集、坐标变换、电流环控制、输出坐标变换等工作，最终输出三相控制量。数字电路需要完成的算法较多，不利于复杂控制算法的实现。

技术实现思路

[0004]为此，本专利技术提供一种永磁同步电机驱动控制系统，以解决现有永磁同步电机控制复杂、难以满足实际使用需求的问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]本专利技术公开了一种永磁同步电机驱动控制系统，所述系统包括：控制单元、检测单元、驱动单元，所述控制单元对整体系统进行控制，针对电平转换、通信电路、电源分配进行管理，所述检测单元对电压信号、电流信号、正余弦编码器信号以及温度信号进行处理，所述驱动单元对电路进行整流、滤波、逆变以及能耗制动，完成控制驱动，通过通信接口与上位机连接，上位机完成监控。
[0007]进一步地，所述控制单元包括：DSP主控模块、FPGA协处理模块、电平转换模块、通信接口模块和电源管理模块；
[0008]所述DSP主控模块包括第一晶振电路、DSP供电与复位电路、JTAG 调试接口电路、启动模式选择电路、ADC参考电压电路、基板接口电路；
[0009]所述第一晶振电路采用外部无源晶振作为整个系统的时钟输入，根据用户手册选择范围为25pF的电容对频率进行微调，并配置DSP芯片的时钟控制寄存器，使系统时钟频率配置在100MHz；
[0010]所述DSP供电与复位电路对片上晶振、SRAM、模拟电源进行3.3V 供电，对数字电源进行3.3V和1.2V供电，电源管理芯片输入为5V，通过控制相应引脚的高低电平，发出复位信号，实现DSP芯片的复位；
[0011]所述JTAG调试接口电路通过使用仿真器实现DSP程序的在线调试及下载；
[0012]所述ADC参考电压电路为ADC提供所需电压，在输入端并联电容改善瞬态响应，在输出端并联不同容量的电容改善负载瞬态响应。
[0013]进一步地，所述FPGA协处理模块对DSP输出的6路上下桥臂PWM 信号的互锁逻辑判断，与DSP主控芯片进行数据通信以及对故障信号进行快速响应，FPGA协处理模块包括第二晶振电路、FPGA供电电路、 FPGA调试接口电路；
[0014]所述第二晶振电路采用有源晶振产生时钟信号，在时钟信号输出端设置匹配电阻；所述FPGA供电电路提供1.2V，2.5V，3.3V三种电压；所述FPGA调试接口电路用于进行程序的调试下载，提供了JTAG和ASP两种下载方式。
[0015]进一步地，所述电平转换模块采用集成电压转换芯片实现电平转换功能，集成电压转换芯片为带3态输出的低电压8位双通道电源转换收发器；所述通信接口模块进行主控系统、驱动系统与外设之间的信息交互，通过上位机，用户可以发送调速指令实现超高速电机的调速工作；上位机通过接收驱动系统发出的运行数据，可以实时监测电机的运行状态；所述电源管理模块对电源进行稳压处理，为不同的芯片提供不同的电压输出。
[0016]进一步地，所述检测单元包括母线电压信号调理电路、电流信号调理电路、正余弦编码器信号调理电路和温度信号调理电路；
[0017]所述母线电压信号调理电路设置有低通滤波器减少母线电压信号受到的高频干扰，还设置有稳压管，防止电压信号调理电路出现异常情况造成AD输入端口损坏。
[0018]进一步地，所述电流信号调理电路采用霍尔电流传感器进行母线电流检测和三相定子电流检测，将霍尔电流传感器输出的原始电流信号调理成为DSP可以采样的电压信号，霍尔电流传感器原始输出信号首先经过采样电阻将电流信号转换成
‑
1.5V～+1.5V的电压信号，经过反向比例放大电路和反相加法电路之后得到电压范围为0V～+3V输出信号，最后经过稳压滤波后输出到DSP的AD端口。
[0019]进一步地，所述正余弦编码器信号调理电路中采用滞回比较器将正弦信号转换为方波信号；所述温度信号调理电路采用多谐振荡电路测量热敏电阻阻值，得到相应的温度信息。
[0020]进一步地，所述驱动单元包括：三相进线滤波电路、整流与滤波电路、三相全桥逆变电路及其门极驱动电路、能耗制动电路；
[0021]所述三相进线滤波电路用于输入三相电压的滤波处理，将压敏电阻分别串联在输入三相电任意两相之间，当两端电压过高时，阻值迅速下降，导通大电流，从而将两端电压钳位在一定相对固定的电压。
[0022]进一步地，所述整流与滤波电路用于实现三相380V交流电到直流电的转化，采用大容量的电解电容串并联构成母线电容，采用多个均压电阻实现母线高位电容和低位电容的均压，在母线两端并联了无感电容抑制浪涌电压以及聚酯薄膜电容和陶瓷圆片电容；所述三相全桥逆变电路及其门极驱动电路采用3相全桥逆变电路，选用6管封装的IGBT模块。
[0023]进一步地，所述能耗制动电路在电机制动时，实时监测母线电压，如果超过安全阈
值，则按照期望的制动功率来计算泄放IGBT的开关占空比，然后生成PWM波发送到驱动电路进而控制能耗制动电路中的泄放 IGBT，当泄放IGBT导通时候，制动电阻被接到母线上，从而利用制动电阻分流将母线上多余的能量进行耗散，最终抑制母线电压的泵升。
[0024]本专利技术具有如下优点：
[0025]本专利技术公开了一种永磁同步电机驱动控制系统，通过控制单元针对整体的电路进行系统控制，满足电平转换、通信连接、电源分配需求，减小电源噪声，改善瞬态响应；通过检测单元对电压信号、电流信号、正余弦编码器信号以及温度信号进行调理，实现对电路的整体检测调整，通过驱动单元对电路进行整流、滤波、逆变以及能耗制动，消除干扰，完成控制驱动，通过通信接口与上位机连接，上位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机驱动控制系统，其特征在于，所述系统包括：控制单元、检测单元、驱动单元，所述控制单元对整体系统进行控制，针对电平转换、通信电路、电源分配进行管理，所述检测单元对电压信号、电流信号、正余弦编码器信号以及温度信号进行处理，所述驱动单元对电路进行整流、滤波、逆变以及能耗制动，完成控制驱动，通过通信接口与上位机连接，上位机完成监控。2.如权利要求1所述的一种永磁同步电机驱动控制系统，其特征在于，所述控制单元包括：DSP主控模块、FPGA协处理模块、电平转换模块、通信接口模块和电源管理模块；所述DSP主控模块包括第一晶振电路、DSP供电与复位电路、JTAG调试接口电路、启动模式选择电路、ADC参考电压电路、基板接口电路；所述第一晶振电路采用外部无源晶振作为整个系统的时钟输入，根据用户手册选择范围为25pF的电容对频率进行微调，并配置DSP芯片的时钟控制寄存器，使系统时钟频率配置在100MHz；所述DSP供电与复位电路对片上晶振、SRAM、模拟电源进行3.3V供电，对数字电源进行3.3V和1.2V供电，电源管理芯片输入为5V，通过控制相应引脚的高低电平，发出复位信号，实现DSP芯片的复位；所述JTAG调试接口电路通过使用仿真器实现DSP程序的在线调试及下载；所述ADC参考电压电路为ADC提供所需电压，在输入端并联电容改善瞬态响应，在输出端并联不同容量的电容改善负载瞬态响应。3.如权利要求2所述的一种永磁同步电机驱动控制系统，其特征在于，所述FPGA协处理模块对DSP输出的6路上下桥臂PWM信号的互锁逻辑判断，与DSP主控芯片进行数据通信以及对故障信号进行快速响应，FPGA协处理模块包括第二晶振电路、FPGA供电电路、FPGA调试接口电路；所述第二晶振电路采用有源晶振产生时钟信号，在时钟信号输出端设置匹配电阻；所述FPGA供电电路提供1.2V，2.5V，3.3V三种电压；所述FPGA调试接口电路用于进行程序的调试下载，提供了JTAG和ASP两种下载方式。4.如权利要求2所述的一种永磁同步电机驱动控制系统，其特征在于，所述电平转换模块采用集成电压转换芯片实现电平转换功能，集成电压转换芯片为带3态输出的低电压8位双通道电源转换收发器；所述通信接口模块进行主控系统、驱动系统与外设之间的信息交互，通过上位机，用户可以发送调速指令实现超高速电机的调速工作；上位机通过接收驱动系统发出的运行数据，可以实时监测电机的运行状态；所述电源管理模块对电源进行稳压处理，为不...

【专利技术属性】
技术研发人员：李娜，
申请(专利权)人：南京凌华微电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：