[發(fā)明專利]低壓大電流永磁同步電機控制系統(tǒng)及其控制方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110459649.6
• 申請日: 2011-12-31
• 公開（公告）號: CN102570959A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳盤龍;杜國平;薄煜明;楊寶建;張捷;鄒衛(wèi)軍;朱建良;王向民;陳帥;王筱莉
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

1.一種低壓大電流永磁同步電機控制系統(tǒng)，其特征在于：包括蓄電池[1]、DSP控制芯片[2]、通信接口電路[3]、外擴RAM[4]、負載[5]、驅(qū)動電路[6]、功率逆變器[7]、永磁同步電機PMSM[8]、電流傳感器[9]、增量式編碼器[10]、可編程邏輯控制器CPLD[11]、控制指令輸入[12]、過流檢測[13]、控制指令輸出[14]、溫度檢測[15]和速度電位器[16]；其中DSP控制芯片[2]包括脈寬調(diào)制發(fā)生器PWM[21]、輸入輸出接口I/O[19]、通信接口SCI/SPI/CAN[18]、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊ADC[17]和正交編碼脈沖電路QEP[20]；電源的輸出端接DSP控制系統(tǒng)的輸入、蓄電池[1]的輸出接功率逆變器的輸入，DSP控制芯片[2]的PWM輸出接驅(qū)動電路[6]，驅(qū)動電路[6]與功率逆變器[7]相連，功率逆變器[7]的輸出接永磁同步電機PMSM[8]，電流傳感器采集永磁同步電機[8]的IA、IB相電流傳輸給DSP控制芯片[2]的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊ADC[17]，增量式編碼器[10]采集永磁同步電機[8]輸出的脈沖信號傳輸給DSP控制芯片[2]的正交編碼脈沖電路QEP[20]，控制指令輸出[14]、控制指令輸入[12]和過流檢測均經(jīng)由CPLD[11]與DSP控制芯片[2]互連，速度電位器[16]的輸入與DSP控制芯片[2]的ADC[17]相連，DSP控制芯片[2]還擴展了外部RAM[4]；永磁同步電機控制系統(tǒng)運行時，首先由DSP控制芯片[2]發(fā)出控制PWM波形給驅(qū)動電路[6]，驅(qū)動電路[6]將PWM控制信號接入功率逆變器[7]，功率逆變器[7]驅(qū)動永磁同步電機[8]的運行；控制系統(tǒng)執(zhí)行過程中的控制指令信號，通過CPLD[11]與DSP控制芯片[2]實現(xiàn)互連，控制永磁同步電機[8]的運行，電流傳感器[9]用于檢測永磁同步電機[8]IA、IB兩相的電流并接到DSP控制芯片[2]的ADC17輸入端，將增量式編碼器[10]檢測到的脈沖信號接到DSP控制芯片[2]的QEP[20]電路中，得出永磁同步電機[8]的轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)方向；

DSP控制芯片[2]的控制指令輸入[12]、控制指令輸出[14]和功率逆變器[7]的過流檢測通過CPLD[11]接入到DSP控制芯片[2]的I/O口；通過速度電位器[16]將速度給定輸入到DSP控制芯片的ADC[17]；DSP控制芯片[2]通過SCI/SPI/CAN接口[18]與外部實現(xiàn)通信。

2.根據(jù)權(quán)利要求?1所述的低壓大電流永磁同步電機控制系統(tǒng)，其特征在于：

?DSP?軟件模塊包括速度運算模塊、速度調(diào)節(jié)器、磁通電流調(diào)節(jié)器、力矩電流調(diào)節(jié)器、電流矢量變換模塊和PWM?生成器；其中電流矢量變換模塊包括克拉克Clark變換與帕克Park變換；速度運算模塊的輸入端接增量式編碼器的輸出端；電流矢量變換模塊得到力矩電流反饋量與磁通電流反饋量，速度電位器的輸出與速度編碼器所得速度反饋接速度調(diào)節(jié)器的輸入，速度調(diào)節(jié)器的輸出與力矩電流反饋接力矩電流調(diào)節(jié)器的輸入，磁通調(diào)節(jié)器的給定與磁通電流反饋接磁通電流調(diào)節(jié)器的輸入，磁通電流調(diào)節(jié)器的輸出于力矩電流調(diào)節(jié)器的輸出接PWM生成器的輸入，PWM?生成器的輸出端串接驅(qū)動電路后接功率逆變器的輸入端。

3.一種低壓大電流永磁同步電機控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于所述方法如下：

采用電流傳感器測量出永磁同步電機的兩相電流IA和IB、由正交編碼脈沖電路QEP讀取增量編碼器的脈沖信號得到永磁同步電機轉(zhuǎn)子的角位移θ與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；采用Clark變換模塊將相電流矢量IA、IB從三相定子a-b-c坐標系變換到兩相靜止α-β坐標系中；計算sin(θ)和?cos(θ)，進行Park變換，把Clark變換后的相電流矢量從兩相靜止α-β坐標系變換到兩相旋轉(zhuǎn)?d-q?坐標系；然后分別根據(jù)?d?坐標軸和?q?坐標軸上的分量與參考輸入電流的偏差，進行磁通電流調(diào)節(jié)器與力矩電流調(diào)節(jié)器的PI運算，把上述力矩與磁通電流調(diào)節(jié)器的輸出通過Park逆變換，將輸出變換回兩相靜止α-β坐標系中，從而得到?PWM生成器的輸入信號；調(diào)用?PWM?生成器，輸出得到逆變器器控制信號的占空比，將產(chǎn)生的PWM信號經(jīng)過驅(qū)動電路輸入到功率逆變器，驅(qū)動三相永磁同步電動機，實現(xiàn)完整的控制。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低壓大電流永磁同步電機控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于：所述永磁同步電機啟動校正方法具體如下：

首先根據(jù)永磁同步電機負載的大小，在電機兩相定子繞組上施加空間矢量電壓，作用時間為200~500ms；在給定力矩可以讓電機正轉(zhuǎn)的情況下，如果所得的脈沖數(shù)為零，則說明電機未啟動，校正時需將啟動電角度增加180°；然后繼續(xù)在電機定子上施加空間矢量電壓，作用時間為200~500ms；如果所得脈沖數(shù)大于零，則電機可以正常啟動，不需要繼續(xù)進行校正，直接切換到閉環(huán)進行控制；如果所得電機脈沖數(shù)小于零，則說明電機反轉(zhuǎn)，校正時需將啟動電角度增加90°，然后繼續(xù)在電機定子上施加空間矢量電壓，作用時間為200~500ms，以等待下一次判斷，直至電機可以切換到閉環(huán)運行。