[發明專利]一種智能三相電機BLDC/PMSM伺服控制器

在審

• 申請號: 202010643784.5
• 申請日: 2020-07-07
• 公開（公告）號: CN111817614A
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 蔡家杰;吳博錦;高陽;楊曉玲
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H02P6/00
• 分類號: H02P6/00;H02P6/06;H02P6/28
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

該發明是一種智能三相電機BLDC/PMSM伺服控制器。該控制器采用了多片板堆疊的方法縮小體積、提高集成度，最大輸出功率可達1000W。該驅動器擁有豐富的接口，使用CAN通信協議進行通信，可同時外接霍爾編碼器和光電編碼器。該驅動器內部集成自適應PID算法等控制算法，能夠自動調整電機參數，無需對電機進行單獨調試，極大地縮短了開發時間，提高了工作效率。

技術領域

本發明涉及一種電機控制方式，具體涉及一種智能三相電機控制器。

背景技術

現如今工業4.0(第四次工業革命)已經悄悄來臨，而隨之帶來的挑戰也逐漸顯露，三相無刷電機無論是在生活應用上還是工業用途中，都會顯現愈來愈重要的地位。因此三相無刷電機控制器作為未來的一個高頻率使用器件，如何進行智能控制三相電機、以及保證安全性和提升可靠性是未來工業發展面臨的最大問題。目前市面上已經成功研制的三相電機控制器大致分為兩種：純驅動控制器、集成MCU帶速度反饋的驅動控制器。純驅動控制器是內置了六個開關管實現基本的驅動功能，其缺陷是引出外接的接口數目較多、操作員易于混淆，以及其效率低而導致的發熱大。集成MCU帶速度反饋的驅動控制器是一種較為理想的控制器，也是目前普遍使用的控制器，該控制器集成了MCU，能夠讀取霍爾傳感器反饋回來的速度值并加以處理，達到閉環控制三相電機的效果，其缺陷是控制效果并不夠理想，對于不同的三相電機仍需要進行單獨的調試，因此存在交互能力弱、可靠性不能得以保證的缺點。此外，市面上也存在有一些集成算法、自整定參數的智能電機控制器，比如Elmo控制器，但由于其價格過于昂貴、使用不方便等原因，使用率也比較低。

目前已有的技術方案，使用采樣電阻和較低的采樣率采集三相電機的電流數值，并不能有效保證高可靠性和高穩定性。比如在不同溫度的條件下使用或長時間連續使用，采樣電阻將會有較大的溫漂；在負載條件惡劣多變的情況下，控制器也可能會因為電流采樣率不足而導致的反饋信號不及時，驅動效果變差。在人機交互接口方面，目前支持RS232、485接口協議，其缺陷是通訊速度較慢，使用不靈活，并不適用于多組控制器的并聯控制。在精確檢測電機轉速方面，目前使用的是霍爾編碼器或光電編碼器，其不足是檢速分辨率較低，導致電機控制效果較差。在自動調節電機控制參數方面，目前還沒有解決方案。

發明內容

本發明-智能三相電機BLDC/PMSM伺服控制器將裝載MOS開關管、SOC片上集成系統、STM32F4單片機、電流采樣芯片、濾波大電容。在人機交互接口方面，本發明采用CAN(Con-Troller Area Network)接口協議，來代替傳統RS232、485，提高傳輸效率和總線利用率，使得多組控制器的并聯控制更為靈活。在精確檢測電機轉速方面，本發明采用霍爾編碼器加光電編碼器，實現對電機的精準定位和測速，保證了三相電機的精準控制。在控制器工作穩定性方面，本發明提出同時考慮環境溫度以及工作時長導致溫升的解決方案，即使用更低阻值、低溫漂的檢流電阻外加溫度傳感器，以實現溫度補償，同時使用更高采樣率的電流檢測芯片，保證控制器能在負載條件惡劣多變的情況下穩定運行。在自動調節電機控制參數方面，采用極點配置自適應PID算法，并集成于STM32F4單片機上，通過控制SOC片上集成系統來達到控制電機的目的效果。

本發明技術方案為一種智能電機控制器，該控制器包括：數據采集系統，數據處理系統，人機交互接口系統，驅動控制系統。所述數據處理系統負責數據采集系統和人機交互系統的數據處理和傳遞。

所述數據采集系統包括：外置霍爾編碼器、外置光電編碼器、板載溫度傳感器。所述外置霍爾編碼器放置與三相電機的內部，所述外置光電編碼器放置三相電機外部并與之同軸，所述板載溫度傳感器放置底層電路板中間。

所述數據處理系統包括：SOC片上系統——TMCC160、STM32F4。TMCC160內部分為MCU微處理器部分和柵極驅動部分。MCU部分對反饋數據進行處理運算，再將信號傳輸至柵極驅動部分。STM32F4則用于與TMCC160進行通訊，使用集成于F4的算法代碼從而控制TMCC160。