[發(fā)明專利]極低轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的全數(shù)字永磁同步電機(jī)控制裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010492704.0
• 申請(qǐng)日: 2020-06-03
• 公開（公告）號(hào): CN111817628A
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張靈妍;劉娜;吳國(guó)強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七0七研究所
• 主分類號(hào): H02P21/00
• 分類號(hào): H02P21/00;H02P21/14;H02P21/22;H02P25/022
• 代理公司: 天津盛理知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12209
• 代理人: 王利文

本發(fā)明涉及一種極低轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的全數(shù)字永磁同步電機(jī)控制裝置及方法，該裝置包括ARM+FPGA架構(gòu)的雙控制核心線路、三相相電流反饋采樣的線路、功率驅(qū)動(dòng)線路線路、強(qiáng)弱電隔離線路、測(cè)角功能線路、故障檢測(cè)保護(hù)功能線路、數(shù)字和模擬部分電源、通信接口線路。本發(fā)明通過(guò)ARM完成FOC控制算法和速度濾波，F(xiàn)PGA完成低通SINC3濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)delta?sigma型ADC數(shù)字濾波器的結(jié)果進(jìn)行濾波得到真實(shí)的電流值，光柵角度的讀取以及對(duì)電流信號(hào)的過(guò)流檢測(cè)、保護(hù)信號(hào)的處理、對(duì)外通訊接口等功能。此結(jié)構(gòu)能更好實(shí)現(xiàn)FOC+SVPWM電機(jī)算法，并結(jié)合伺服控制算法實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化、小型化的設(shè)計(jì)理念，讀取定子的電流、轉(zhuǎn)子的位置及速度，電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)三環(huán)控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于永磁同步電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種極低轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的全數(shù)字永磁同步電機(jī)控制裝置及方法。

背景技術(shù)

永磁同步電機(jī)是一種無(wú)刷電機(jī)，使用永磁同步電機(jī)替代直流有刷電機(jī)可提升旋轉(zhuǎn)式慣導(dǎo)設(shè)備中電機(jī)在長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)旋轉(zhuǎn)工作條件下的可靠性。捷聯(lián)式慣導(dǎo)和高精度轉(zhuǎn)臺(tái)需要工作在低速甚至超低速的狀態(tài)下，單、雙軸捷聯(lián)系統(tǒng)基本運(yùn)行的速度范圍為0.5～1rpm，但目前針對(duì)低速運(yùn)行系統(tǒng)的平穩(wěn)控制的關(guān)鍵技術(shù)未有效突破，這造成了捷聯(lián)式慣導(dǎo)設(shè)備應(yīng)用永磁同步電機(jī)的技術(shù)瓶頸，是永磁同步電機(jī)在捷聯(lián)式慣導(dǎo)上未實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用的主要原因。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種設(shè)計(jì)合理、精度高且性能穩(wěn)定的極低轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的全數(shù)字永磁同步電機(jī)控制裝置及方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種極低轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的全數(shù)字永磁同步電機(jī)控制裝置，包括FPGA、ARM、RS422通信模塊、信號(hào)隔離電路、圓光柵接口模塊、故障指示模塊、三路隔離模塊、三相電流采樣調(diào)理電路、電機(jī)模塊、功率驅(qū)動(dòng)模塊、PWM控制信號(hào)隔離模塊、保護(hù)電路、保護(hù)信號(hào)隔離模塊、電平轉(zhuǎn)換模塊、信號(hào)隔離模塊、溫度檢測(cè)電路和母線采樣電路；所述ARM包括A/D轉(zhuǎn)換模塊、SPWM發(fā)生器、角度處理模塊，所述FPGA包括通訊模塊、Sinc3濾波器模塊、Biss協(xié)議處理模塊；所述RS422通信模塊輸出端連接信號(hào)隔離電路輸入端，信號(hào)隔離電路輸出端連接通訊模塊輸入端，圓光柵接口模塊輸出端連接Biss協(xié)議處理模塊輸入端，Biss協(xié)議處理模塊輸出端連接故障指示模塊輸入端，電機(jī)模塊輸出端連接三相電流采樣調(diào)理電路輸入端，三相電流采樣調(diào)理電路輸出端連接三路隔離模塊輸入端，三路隔離模塊輸出端分別連接Sinc3濾波器模塊輸入端、電機(jī)模塊輸出端連接保護(hù)電路輸入端，保護(hù)電路輸出端連接保護(hù)信號(hào)隔離模塊輸入端，保護(hù)信號(hào)隔離模塊輸出端連接電平轉(zhuǎn)換模塊輸入端，電平轉(zhuǎn)換模塊輸出端連接PWM控制信號(hào)隔離模塊輸入端，PWM控制信號(hào)隔離模塊輸出端連接功率驅(qū)動(dòng)模塊輸入端，功率驅(qū)動(dòng)模塊輸出端連接電機(jī)模塊的輸入端，電機(jī)模塊輸出端分別連接溫度檢測(cè)電路輸入端和母線采樣電路輸入端，溫度檢測(cè)電路輸出端和母線采樣電路輸出端分別連接信號(hào)隔離模塊輸入端，信號(hào)隔離模塊輸出端連接A/D轉(zhuǎn)換模塊。

所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊采用BSC046N10NS3G系列MOS管和集成MOS柵極驅(qū)動(dòng)模塊IR2110組合的驅(qū)動(dòng)電路；所述電流采樣電阻采用溫度性能良好的高精度合金電阻；所述采樣電路采用隔離式ADC采樣電路；所述ARM采用STM32F407模塊；所述FPGA采用XC6SLX25-2-FTG256I模塊；所述三路隔離模塊采用電阻分流器結(jié)合隔離Σ-ΔADC方案，所述隔離式Σ-Δ數(shù)字ADC為AMC1306模塊。

所述故障指示模塊為欠壓、過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)熱超溫故障指示模塊。

一種極低轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的全數(shù)字永磁同步電機(jī)控制裝置的控制方法，包括以下步驟：

步驟1、讀取并處理轉(zhuǎn)子的實(shí)時(shí)位置信息，位置指令信號(hào)與實(shí)時(shí)位置信號(hào)相減得到位置控制誤差量，輸入位置環(huán)控制器；

步驟2、位置環(huán)控制器的輸出信號(hào)分別減經(jīng)處理的轉(zhuǎn)子速度信號(hào)，輸入速度環(huán)控制器；