一种分布式模块化多相电机驱动系统及控制方法技术方案

本发明专利技术提供一种分布式模块化多相电机驱动系统，其包含：控制主站，其用于生成PWM占空比信息；驱动从站，其用于实时采集多相电机的电流并生成PWM波，在接收到PWM占空比信息后生成用于驱动多相电机的功率信号，其中，驱动从站的数量与多相电机匹配；SPI总线，其用于控制主站与驱动从站之间通信，基于SPI总线建立反馈同步机制，解决DSP和FPGA异步通信网络下PWM周期同步响应问题。本发明专利技术对于多相电机相数不明情况，便于相数扩展且解决了级联伺服从站同步时钟问题的控制方法，使多相电机控制系统更具灵活性、实时性和可靠性。实时性和可靠性。实时性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种分布式模块化多相电机驱动系统及控制方法


[0001]本专利技术涉及多相电机驱动系统控制
，具体地说，涉及一种分布式模块化多相电机驱动系统及控制方法。

技术介绍

[0002]由于长期以来传统三相供电制的确立和发展，在交流电气传动领域，三相电机及其调速驱动系统被广泛应用。在冶金轧钢、矿井提升、机车牵引、船舶推进等应用场合，对于调速传动功率的需求不断增大，增加电机的相数，降低对逆变器每相容量的要求，逐渐称为一种主流的解决方案。由于电力电子变频器的广泛应用，电机驱动完全可以不受三相供电系统限制，采用多相(相数多于三相)逆变器供电同样可以实现大功率交流传动。由于能够实现低压大功率、高可靠性、高控制灵活度等优点，多相电机在交流传动领域得到了越来越多的应用。
[0003]目前，传统的多相电机驱动系统的拓扑比较单一，均是对传统三相交流电机驱动电路功率相数的一个简单的扩充，特别是，多相电机由于其相数较多，且某些工作情况下的相数不定，固定状态下的硬件系统往往无法满足需求。并且当需要对驱动系统进行相数扩展时，传统的硬件系统可能就无法适用了。或者当传统的硬件系统中硬件出现故障时，往往需要整块的更换驱动功率板，增加了硬件的维修成本。
[0004]针对现有技术的问题，本专利技术提供了一种分布式模块化多相电机驱动系统及控制方法。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术中的问题，本专利技术提供了一种分布式模块化多相电机驱动系统，所述系统包含：
[0006]控制主站，其用于生成PWM占空比信息；r/>[0007]驱动从站，其用于实时采集多相电机的电流并生成PWM波，在接收到所述PWM占空比信息后生成用于驱动多相电机的功率信号，其中，所述驱动从站的数量与多相电机匹配。
[0008]根据本专利技术的一个实施例，所述系统采用分布式主从结构，包含一个所述控制主站以及多个所述驱动从站，所述控制主站与多个所述驱动从站之间呈星型连接。
[0009]根据本专利技术的一个实施例，所述驱动从站的数量与等效电机的数量相等，所述等效电机的数量基于多相电机的总相数确定，通过以下公式计算得到所述驱动从站的数量：
[0010][0011]式中，y为驱动从站的数量；m为多相电机的总相数。
[0012]根据本专利技术的一个实施例，所述控制主站包含：转矩分配模块，其基于所述等效电机的数量，按照均分原则，确定输出至每个等效电机的目标转矩。
[0013]根据本专利技术的一个实施例，所述驱动从站包含：
[0014]传感器，其用于实时采集得到多相电机的三相电流、母线电流以及母线直流电压数据；
[0015]模数转换器，其用于对所述传感器传输来的数据进行模数转换处理，以得到相应的数字信号；
[0016]FPGA，其用于生成所述PWM波，并在所述PWM波中插入死区时间；
[0017]智能功率模块，其与所述FPGA相连，基于插入死区时间的所述PWM波以及所述PWM占空比信息，生成所述功率信号；
[0018]保护电路，其采集过流检测信号以及温度比较信号，具备过流锁闭保护以及过温锁闭保护。
[0019]根据本专利技术的一个实施例，所述驱动从站包含：反馈同步模块，其用于依据补偿时间对所述驱动从站的PWM周期进行缩短或延时，使得所有所述驱动从站的PWM周期开始时间一致且所述驱动从站对所述控制主站的PWM周期进行同步响应。
[0020]根据本专利技术的一个实施例，当所述控制主站与所述驱动从站之间采用异步通信，且所述驱动从站在PWM周期的中间时刻开始进行电流采样，且所述控制主站依据预设频率进行中断，以向所述驱动从站发出数据读取指令，所述反馈同步模块执行以下步骤：
[0021]标记当前PWM周期的开始时刻为第一时刻；
[0022]标记所述控制主站的控制中断周期开始的时刻为第二时刻；
[0023]标记电流采样结束时刻为第三时刻；
[0024]标记所述驱动从站接收到所述数据读取指令的时刻为第四时刻；
[0025]计算所述第四时刻与所述第二时刻的时间差，标记为第一时间间隔；
[0026]计算所述第四时刻与所述第一时刻的时间差，标记为第二时间间隔；
[0027]计算所述第三时刻与所述第一时刻的时间差，标记为第三时间间隔；
[0028]基于所述第一时间间隔、所述第二时间间隔以及所述第三时间间隔，计算得到所述补偿时间。
[0029]根据本专利技术的一个实施例，所述反馈同步模块通过以下公式计算得到所述补偿时间：
[0030]compen＝T2
‑
T1
‑
T3
[0031]式中，compen为所述补偿时间；T2为所述第二时间间隔；T1为所述第一时间间隔；T3为所述第三时间间隔。
[0032]根据本专利技术的一个实施例，所述控制主站与所述驱动从站通过SPI总线通信。
[0033]根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种分布式模块化多相电机驱动系统控制方法，通过如上所述的系统执行，所述方法包含以下步骤：
[0034]通过所述控制主站生成PWM占空比信息；
[0035]通过SPI总线，将PWM占空比信息发送给所述驱动从站；
[0036]通过所述驱动从站采集多相电机的电流并生成所述PWM波，在接收到所述PWM占空比信息后生成用于驱动多相电机的所述功率信号，其中，所述驱动从站的数量与多相电机匹配。
[0037]根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种存储介质，其包含用于执行如上所述的方法步骤的一系列指令。
[0038]本专利技术提供了一种分布式模块化多相电机驱动系统及控制方法，与现有技术相比，具有如下优点或有益效果：
[0039](1)分布式主从控制：整个分布式模块化多相电机驱动系统控制方式的结构具有灵活性和易维护更换。当需要的多相电机相数改变时，主要增加或者减少驱动从站；
[0040](2)反馈补偿机制：在同步性方面，控制主站和驱动从站之间通过时间戳反馈机制建立了高精度的同步时间误差补偿机制，可以实现不同驱动从站的PWM的更新周期均在同一时刻，同步时间误差在50ns以内；
[0041](3)实现实时性、可靠性与灵活性，提高控制性能：系统各个节点之间的信息传输采用结构简单的串行通信方式，实现各给驱动从站和控制主站的星型连接，构成完善的多相电机驱动控制系统，实时控制的工作由控制主站执行，运算相应的多相电机控制算法，驱动从站进行功率信号输出和电流实时采集，可以在规定时间内完成数据计算、发送控制信息、接收反馈信息，从站的控制器、执行器和传感器要快速响应。
[0042]本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分内容从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0043]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例共本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分布式模块化多相电机驱动系统，其特征在于，所述系统包含：控制主站，其用于生成PWM占空比信息；驱动从站，其用于实时采集多相电机的电流并生成PWM波，在接收到所述PWM占空比信息后生成用于驱动多相电机的功率信号，其中，所述驱动从站的数量与多相电机匹配。2.如权利要求1所述的一种分布式模块化多相电机驱动系统，其特征在于，所述系统采用分布式主从结构，包含一个所述控制主站以及多个所述驱动从站，所述控制主站与多个所述驱动从站之间呈星型连接。3.如权利要求1
‑
2中任一项所述的一种分布式模块化多相电机驱动系统，其特征在于，所述驱动从站的数量与等效电机的数量相等，所述等效电机的数量基于多相电机的总相数确定，通过以下公式计算得到所述驱动从站的数量：式中，y为驱动从站的数量；m为多相电机的总相数。4.如权利要求3所述的一种分布式模块化多相电机驱动系统，其特征在于，所述控制主站包含：转矩分配模块，其基于所述等效电机的数量，按照均分原则，确定输出至每个等效电机的目标转矩。5.如权利要求1
‑
4中任一项所述的一种分布式模块化多相电机驱动系统，其特征在于，所述驱动从站包含：传感器，其用于实时采集得到多相电机的三相电流、母线电流以及母线直流电压数据；模数转换器，其用于对所述传感器传输来的数据进行模数转换处理，以得到相应的数字信号；FPGA，其用于生成所述PWM波，并在所述PWM波中插入死区时间；智能功率模块，其与所述FPGA相连，基于插入死区时间的所述PWM波以及所述PWM占空比信息，生成所述功率信号；保护电路，其采集过流检测信号以及温度比较信号，具备过流锁闭保护以及过温锁闭保护。6.如权利要求1
‑
5中任一项所述的一种分布式模块化多相电机驱动系统，其特征在于，所述驱动从站包含：反馈同步模块，其用于依据补偿时间对所述驱动从站的PWM周期进行缩短或延时，使得所有所述驱动从站的PWM周期开始时间一致且所述驱动从站对所述控制主站的PW...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建，黄玉英，周敬阳，庞华通，董密，宋冬然，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：