[發明專利]直流無刷電機控制裝置及控制方法

有效

• 申請號: 201810316211.4
• 申請日: 2018-04-10
• 公開（公告）號: CN108512467B
• 公開（公告）日: 2019-10-08
• 發明（設計）人: 王亞飛;涂遠江;張書文;湯雪嬌;劉建波;姜清秀;朱祥
• 申請（專利權）人: 湖北三江航天萬峰科技發展有限公司
• 主分類號: H02P6/28
• 分類號: H02P6/28;H02P6/16;H02P6/06
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 劉志菊;李滿

本發明公開了一種直流無刷電機控制裝置及控制方法，它的DSP數字處理器的電機驅動器控制指令輸出端連接FPGA信號處理器，FPGA信號處理器的電機驅動器控制電壓信號輸出端通過數字模擬轉換器連接差分放大器的信號輸入端，差分放大器的信號輸出端連接電機驅動器的控制電壓輸入端；圓光柵位置傳感器的信號輸出端連接FPGA信號處理器，DSP數字處理器的地址和數據總線通信端連接FPGA信號處理器；FPGA信號處理器的換向時序控制信號輸出端連接電機驅動器的換向時序控制端，電機驅動器的電機驅動電壓反饋信號輸出端連接DSP數字處理器的電壓反饋信號輸入端。本發明實現對無刷電機實時、可靠、高精度的閉環控制。

技術領域

本發明涉及自動控制和電力拖動技術領域，具體地指一種直流無刷電機控制裝置及控制方法。

背景技術

電力拖動是以電動機的轉矩和轉速為控制對象，按生產機械工藝要求進行電動機轉速或位置控制的自動化系統。無刷直流電機控制系統具有良好的運行、控制及經濟性能，而且無刷直流電機是利用電子換相替代機械換相和電刷，既具有直流電動機良好的調速性能，又具有交流電機結構簡單、運行可靠、維護方便等優點，在眾多領域中得到了廣泛的應用。一個直流無刷電機閉環控制系統通常包括處理器、驅動器、位置傳感器和電機等幾部分組成，在進行無刷電機驅動時首先要解決換向問題，目前常用的方法是采用三個霍爾傳感器檢測電機轉子位置進行換向，在一些要求不高的場合能夠滿足要求，但在一些特殊領域如航空航天，采用霍爾換向可能會導致無刷電機運行效率降低，影響整個系統的控制精度，并且采用霍爾換向要面臨接線數量多、傳感器易損壞、不能適應高溫和潮濕環境等問題，使整個系統的可靠性大大降低。此外，大部分無刷電機控制系統多采用單DSP(DigitalSignal Processing，數字信號處理)或單片機架構，存在對數據處理及控制算法執行實時性不高的缺點。

發明內容

本發明的目的就是要提供一種直流無刷電機控制裝置及控制方法，實現對無刷電機實時、可靠、高精度的閉環控制。

為實現此目的，本發明所設計的一種直流無刷電機控制裝置及控制方法，其特征在于：它包括DSP數字處理器、FPGA(Field－Programmable Gate Array，現場可編程門陣列)信號處理器、電機驅動器、數字模擬轉換器、差分放大器和圓光柵位置傳感器，其中，DSP數字處理器的電機驅動器控制指令輸出端連接FPGA信號處理器的電機驅動器控制指令輸入端，FPGA信號處理器的電機驅動器控制電壓信號輸出端連接數字模擬轉換器的信號輸入端，數字模擬轉換器的信號輸出端連接差分放大器的信號輸入端，差分放大器的信號輸出端連接電機驅動器的控制電壓輸入端；

圓光柵位置傳感器的信號輸出端連接FPGA信號處理器的位置傳感器角度信息輸入端，DSP數字處理器的地址和數據總線通信端連接FPGA信號處理器的位置傳感器角度信息輸出端；

FPGA信號處理器的換向時序控制信號輸出端連接電機驅動器的換向時序控制端，電機驅動器的電機驅動電壓反饋信號輸出端連接DSP數字處理器的電壓反饋信號輸入端。

一種基于上述裝置的直流無刷電機控制方法，它包括如下步驟：

步驟1：所述DSP數字處理器接收上位機給出的電機控制命令；

步驟2：FPGA信號處理器中的軌跡規劃模塊讀取圓光柵位置傳感器的當前的位置傳感器角度信息反饋值，并根據上位機給出的電機控制命令，計算出無刷電機的運行位移路徑軌跡，FPGA信號處理器中的位置PID模塊以計算出的無刷電機運行位移軌跡得到的角度為當前無刷電機運行的目標角度值，讀取圓光柵位置傳感器的實時的位置傳感器角度信息反饋值，計算得到輸出量速度值；

步驟3：FPGA信號處理器中的速度PID模塊以位置PID模塊計算得出的速度值為輸入量，以利用圓光柵角度值計算出直流無刷電機的運行速度為反饋量，計算出電機驅動器控制電壓信號，同時FPGA信號處理器根據當前采集的圓光柵角度值，給出換向時序控制信號給電機驅動器，控制直流無刷電機運轉，實現直流無刷電機閉環控制；