[發明專利]低壓大電流永磁同步電機控制系統及其控制方法

無效

• 申請號: 201110459649.6
• 申請日: 2011-12-31
• 公開（公告）號: CN102570959A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 吳盤龍;杜國平;薄煜明;楊寶建;張捷;鄒衛軍;朱建良;王向民;陳帥;王筱莉
• 申請（專利權）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

技術領域

本發明屬于電機控制領域，特別是一種低壓大電流永磁同步電機控制系統及其控制方法。

背景技術

現代工業生產及社會的發展需要極大的推動了交流調速技術的發展，現代控制理論的發展和應用、電力電子技術的發展和應用、微機控制技術及大規模集成電路的發展和應用，為交流調速的飛速發展創造了技術和物質條件。

永磁同步電動機的轉子采用稀土永磁材料勵磁，如銣鐵硼合金，使得電動機的體積和重量大為減小，結構簡單，維護方便，且效率比同容量的異步電動機提高4%-13%，功率因素提高5%-20%。近年來，加上矢量控制水平的不斷提高，永磁同步電動機越來越顯出它效率高、功率密度大，調速范圍寬，轉矩脈動小等高性能的優勢，在千瓦級伺服系統中，有取代直流電動機的趨勢。

從20世紀30年代，人們就開始研究同步電機的速度控制器問題，目前德國KEB、日本安川、富士等公司已成功研制出多種通用型的高性能永磁同步電機控制器。這些控制器功率范圍從幾百瓦到數百千瓦之間，可以滿足工業控制等常見控制系統的需要。但在一些低壓應用場合中（如電動汽車、電動叉車等），車載直流供電電源為低電壓直流電源，通常只有幾十伏，這樣電流就要求達到幾百安培才能滿足系統的功率需求。

發明內容

本發明的目的是針對國內現有的技術存在的不足，設計了一種低壓大電流永磁同步電機控制系統及其控制方法。

本發明為實現上述目的，采用如下技術方案：

控制系統包括蓄電池、DSP控制芯片、通信接口電路、外擴RAM、負載、驅動電路、功率逆變器、永磁同步電機PMSM、電流傳感器、增量式編碼器、可編程邏輯控制器CPLD、控制指令輸入、過流檢測、控制指令輸出、溫度檢測和速度電位器；其中DSP控制芯片包括脈寬調制發生器PWM、輸入輸出接口I/O、通信接口SCI/SPI/CAN、模數轉換模塊ADC、正交編碼脈沖電路QEP；電源的輸出端接DSP控制系統的輸入、蓄電池的輸出接功率逆變器的輸入，DSP控制芯片的PWM輸出接驅動電路，驅動電路與功率逆變器相連，功率逆變器的輸出接永磁同步電機PMSM，電流傳感器采集永磁同步電機的IA、IB相電流傳輸給DSP控制芯片的模數轉換模塊ADC，增量式編碼器采集永磁同步電機輸出的脈沖信號傳輸給DSP控制芯片的正交編碼脈沖電路QEP，控制指令輸出、控制指令輸出和過流檢測均經由CPLD與DSP控制芯片相連，速度電位器的輸入與DSP控制芯片的ADC相連，DSP控制芯片還擴展了外部RAM；永磁同步電機控制系統運行時，首先由DSP控制芯片發出控制PWM波形給驅動電路，驅動電路將PWM控制信號接入功率逆變器，功率逆變器驅動永磁同步電機的運行；控制系統執行過程中的控制指令信號，通過CPLD與DSP控制芯片實現互聯，控制永磁同步電機的運行，采用霍爾傳感器的電流傳感器用于檢測電機IA、IB兩相的電流并接到DSP控制芯片的ADC輸入端，將增量式編碼器檢測到的脈沖信號接到DSP控制芯片的QEP電路中，得出電機的轉速與旋轉方向。DSP控制芯片的控制指令輸入、控制指令輸出和功率逆變器的過流檢測通過CPLD接入到DSP控制芯片的I/O口；通過速度電位器將速度給定輸入到DSP控制芯片的ADC；界面的監控和控制程序的改變等皆通過SCI/SPI/CAN接口與DSP控制芯片連接。電源的輸出端接DSP控制系統的輸入和功率逆變器的輸入。

DSP?軟件模塊包括速度運算模塊、速度調節器、磁通電流調節器、力矩電流調節器、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節器的輸入，速度調節器的輸出與力矩電流反饋接力矩電流調節器的輸入，磁通調節器的給定與磁通電流反饋接磁通電流調節器的輸入，磁通電流調節器的輸出于力矩電流調節器的輸出接PWM生成器的輸入，PWM?生成器的輸出端串接驅動電路后接功率逆變器的輸入端。?