專利名稱：用于永磁同步電機閉環(huán)控制的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及永磁同步電機控制領(lǐng)域，特別涉及一種用于永磁同步電機閉環(huán)控制的裝置。
背景技術(shù)：
空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)的思想首次提出是在上世紀70年代，后來SVPWM理論 和算法得到了很大的發(fā)展。目前SVPWM算法是最流行的永磁同步電機高性能交流伺服驅(qū)動 系統(tǒng)實現(xiàn)技術(shù)之一。由于應(yīng)用于永磁同步電機控制領(lǐng)域的基于空間矢量脈寬調(diào)制的閉環(huán)控制算法較 為復(fù)雜，目前的硬件電路實現(xiàn)主要是在高性能數(shù)字信號處理器(DSP)上實現(xiàn)的。TI (德州儀 器)公司推出了用于控制電機的2000系列DSP芯片，ADI公司推出了控制電機的系列專用 芯片。專用芯片由于其功能針對性，可以根據(jù)空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)算法的特定要求 進行實現(xiàn)，但是DSP和專用芯片設(shè)計周期長，不便于再配置。本發(fā)明提出的方案不僅解決了 空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)算法在硬件電路難以實現(xiàn)以及占用硬件資源大這一問題，同時 還可針對特定電機進行配置和重構(gòu)，實現(xiàn)控制方案的靈活高效應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種應(yīng)用于永磁同步電機閉環(huán)控制的裝置。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種永磁同步電機閉環(huán)控制的裝置包括電流采樣恢復(fù)模塊、閉環(huán)反饋控制模塊、電壓坐標逆轉(zhuǎn)換模塊及空間矢量脈寬調(diào) 制模塊；其中，所述電流采樣恢復(fù)模塊，將兩相電流模擬信號恢復(fù)為三相電流數(shù)字信號iu、
i i ·
丄V、丄W ，所述閉環(huán)反饋控制模塊，對所述三相電流數(shù)字信號iu、iv、iw進行處理，從而得到兩 相轉(zhuǎn)子電壓VtnVtl;所述電壓坐標逆轉(zhuǎn)換模塊，將所述兩相轉(zhuǎn)子電壓vd、、轉(zhuǎn)換為正弦波形反饋控制 電壓；所述空間矢量脈寬調(diào)制模塊所述正弦波形反饋控制電壓進行處理，生成控制永磁 同步電機運轉(zhuǎn)的六路開關(guān)信號。根據(jù)本發(fā)明提供的應(yīng)永磁同步電機的閉環(huán)控制的裝置在保證電機控制精度的前 提下，對整個控制算法進行優(yōu)化設(shè)計實現(xiàn)，并且硬件電路還可根據(jù)特定電機調(diào)整電機參數(shù) 和死區(qū)時間，這樣可以縮短設(shè)計周期，使其靈活應(yīng)用于不同型號的永磁同步電機。
圖1是本發(fā)明實施例提供的應(yīng)用于永磁同步電機閉環(huán)控制的裝置的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是圖1所示裝置中閉環(huán)反饋控制模塊的結(jié)構(gòu)框圖3是圖1所示裝置中空間矢量脈寬調(diào)制模塊的結(jié)構(gòu)框圖。本發(fā)明目的、功能及優(yōu)點將結(jié)合實施例，參照附圖做進一步說明。
具體實施例方式參見圖1，本發(fā)明實施例提供的應(yīng)用于永磁同步電機的閉環(huán)控制的裝置包括電 流采樣恢復(fù)模塊110、閉環(huán)反饋控制模塊220、電壓坐標逆轉(zhuǎn)換模塊330源PFC控制模塊 440、有過溫過壓過流保護模塊550及空間矢量脈寬調(diào)制模塊660。其中，電流采樣恢復(fù)模塊 110將兩相電流模擬信號恢復(fù)為三相電流數(shù)字信號iu、iv、iw。電流采樣恢復(fù)模塊110包括 第一相電流采樣控制單元及第二相電流采樣控制單元。第一相電流采樣控制單元，將永磁 同步電機定子電流iu模擬信號轉(zhuǎn)成數(shù)字信號。第二相電流采樣控制單元，將永磁同步電機 定子電流iw模擬信號轉(zhuǎn)成數(shù)字信號。閉環(huán)反饋控制模塊220對三相電流數(shù)字信號iu、iv、iw進行處理，從而得到兩相轉(zhuǎn) 子電壓Vd、V(1。參見圖2，閉環(huán)反饋控制模塊220包括電流坐標轉(zhuǎn)換單元2201、力矩計算單元 2202、速度估計單元2203、第一加法器2204、第二加法器2206、第三加法器2207、算術(shù)邏輯 運算單元2210及比例積分調(diào)節(jié)器。其中，電流坐標轉(zhuǎn)換單元2201將永磁同步電機三相定 子電流iu、iv、iw進行坐標轉(zhuǎn)換得到id、、。電流坐標轉(zhuǎn)換單元2201包括第一電流坐標變換 子單元及第二電流坐標變換子單元。第一電流坐標變換子單元將永磁同步電機三相定子電 流iu、iv、iw轉(zhuǎn)換到兩相靜止坐標系電流ia、ie。第二電流坐標變換子單元將兩相靜止坐標 系電流ia、ie轉(zhuǎn)換到兩相轉(zhuǎn)子坐標系電流id、、。例如，通過數(shù)學(xué)變換將電機三相電流iu、
轉(zhuǎn)換成為定子兩相坐標系下的ia、i”數(shù)學(xué)變換的公式為
權(quán)利要求
1.一種用于永磁同步電機的閉環(huán)控制的裝置，其特征在于，包括電流采樣恢復(fù)模塊、閉環(huán)反饋控制模塊、電壓坐標逆轉(zhuǎn)換模塊及空間矢量脈寬調(diào)制模塊；其中，所述電流采樣恢復(fù)模塊，將兩相電流模擬信號恢復(fù)為三相電流數(shù)字信號iu、iv、i .丄W，所述閉環(huán)反饋控制模塊，對所述三相電流數(shù)字信號iu、iv、iw進行處理，從而得到兩相轉(zhuǎn) 子電壓vd、V(1 ；所述電壓坐標逆轉(zhuǎn)換模塊，將所述兩相轉(zhuǎn)子電壓Vd、Vq轉(zhuǎn)換為正弦波形反饋控制電壓； 所述空間矢量脈寬調(diào)制模塊，對所述正弦波形反饋控制電壓進行處理，生成控制永磁 同步電機運轉(zhuǎn)的六路開關(guān)信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電流采樣恢復(fù)模塊包括 第一相電流采樣控制單元及第二相電流采樣控制單元；所述第一相電流采樣控制單元，將永磁同步電機定子電流‘模擬信號轉(zhuǎn)成數(shù)字信號； 所述第二相電流采樣控制單元，將永磁同步電機定子電流iw模擬信號轉(zhuǎn)成數(shù)字信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述閉環(huán)反饋控制模塊包括電流坐標轉(zhuǎn)換單元、力矩計算單元、速度估計單元、算術(shù)邏輯運算單元及比例積分調(diào)節(jié)器；電流坐標轉(zhuǎn)換單元，將永磁同步電機三相定子電流iu、iv、iw進行坐標轉(zhuǎn)換得到id、iq ； 力矩計算單元，在所述算術(shù)邏輯運算單元配合下，通過所述id、iq計算電磁力矩Te ； 速度估計單元，在所述算術(shù)邏輯運算單元配合下，通過所述T6進行速度和位置估計得 到速度當前速度ω和當前轉(zhuǎn)子位置θ ；比例積分調(diào)節(jié)器，在所述算術(shù)邏輯運算單元配合下，對所述速度ω與給定的速度Coref 形成的速度反饋環(huán)進行調(diào)節(jié)，得到；對與坐標變換得到的、形成的電流反饋環(huán)進 行調(diào)節(jié)，得到轉(zhuǎn)子電壓Vq ；對采用idref = O的控制方式，與反饋得到的id形成的電流反饋環(huán) 進行調(diào)節(jié)，得到轉(zhuǎn)子電壓Vd;所述是電流在轉(zhuǎn)子兩相坐標系上的交軸分量；所述id是電流在轉(zhuǎn)子兩相坐標系上的 直軸分量；所述Vd、Vq是空間矢量脈寬調(diào)制的輸入值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述電流坐標轉(zhuǎn)換單元包括 第一電流坐標變換子單元及第二電流坐標變換子單元；所述第一電流坐標變換子單元，將永磁同步電機三相定子電流iu、iv、iw轉(zhuǎn)換到兩相靜 止坐標系電流ia、ie。所述第二電流坐標變換子單元，將兩相靜止坐標系電流ia、ie轉(zhuǎn)換到兩相轉(zhuǎn)子坐標系 電流id、if
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述比例積分調(diào)節(jié)器包括第一比例積分調(diào)節(jié)子單元，對所述估算的速度ω與給定的速度形成的速度反饋 環(huán)進行調(diào)節(jié)，得到；第二比例積分調(diào)節(jié)子單元，對與反饋得到的、形成的電流反饋環(huán)進行調(diào)節(jié)，得到 轉(zhuǎn)子電壓第三比例積分調(diào)節(jié)子單元，對采用idref = O的控制方式，與反饋得到的id形成的電流反饋環(huán)進行調(diào)節(jié)，得到電壓Vd。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述空間矢量脈寬調(diào)制模塊包括 判斷單元，根據(jù)轉(zhuǎn)子角度輸出判斷出的扇區(qū)信息；電壓坐標轉(zhuǎn)換單元，利用Vd、Vq坐標變換得到三相控制電壓Vu、Vv, Vw ； 兩兩相減單元，根據(jù)三相電壓值vu，Vv, Vw求得開關(guān)導(dǎo)通時間的輔助變量X、Y、Z ；所述
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的裝置，其特征在于，還包括 有源PFC控制模塊，所述有源PFC控制模塊對電源進行功率補償。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括過溫過壓過流保護模塊，所述過溫 過壓過流保護模塊包括過溫過壓過流采樣控制接口、多路選擇控制單元及故障檢測單元； 所述過溫過壓過流采樣控制接口，采樣電機工作時的溫度、直流母線電壓和直流母線 電流，將采集到的模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號；多路選擇控制單元，控制所述過溫過壓過流采樣控制接口在不同的時刻對電機工作時 的溫度、直流母線電壓和直流母線電流分別進行采集，實現(xiàn)時分復(fù)用采樣； 故障檢測單元，在出現(xiàn)過溫、過流、過壓故障時，進行報錯。
全文摘要
公開了一種用于永磁同步電機閉環(huán)控制的裝置包括電流采樣恢復(fù)模塊、閉環(huán)反饋控制模塊、電壓坐標逆轉(zhuǎn)換模塊及空間矢量脈寬調(diào)制模塊；根據(jù)本發(fā)明提供的應(yīng)永磁同步電機的閉環(huán)控制的裝置在保證電機控制精度的前提下，對整個控制算法進行優(yōu)化設(shè)計實現(xiàn)，并且硬件電路還可根據(jù)特定電機調(diào)整電機參數(shù)和死區(qū)時間，這樣可以縮短設(shè)計周期，使其靈活應(yīng)用于不同型號的永磁同步電機。
文檔編號H02P21/14GK102122915SQ201110087809
公開日2011年7月13日 申請日期2011年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月8日
發(fā)明者任雁鵬, 梁利平, 畢卉 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所