專利名稱：中高壓變頻器的控制方法和系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及電子技術，尤其涉及一種中高壓變頻器的控制方法和系統。
背景技術：
目前，中高壓變頻器方案中的一個主流方法就是利用功率單元串聯方案，將多級低壓功率單元串聯起來實現高壓輸出。其中，該方案具備輸出電壓諧波小、提高電機壽命和降低電磁干擾等有限。另外，在功率單元級聯式的高壓變頻器中，控制器是其最核心最主要的構成部分，它主要是完成電機控制策略、多電平脈沖寬度(PWM)算法、光纖串行通信、上位機通信、數字量/模擬量的輸入輸出處理等任務。控制器的實時性及處理能力極大的決定了系統對電機的控制性能。現有技術中的控制器主要包括主控芯片和多個外網控制單元。其中，外圍控制單 元一般是具備一定邏輯處理能力的芯片，例如MCU或CPLD等。每個外圍控制單元負責一個功率單元的控制，所有的外圍控制單元直接與控制芯片進行數據的通信，主控芯片發揮著總指揮的作用，即主控芯片發送控制命令給各個外圍控制單元，外圍控制單元接收到主控的指令后通過光纖通信發送控制指令給功率單元。外圍控制單元發送單元控制命令給各個功率單元，同時處理功率單元反饋過來的運行狀態信息再反饋給主控芯片。但是，由于控制器只能串行的執行指令，對功率單元發PWM波控制的同步性差，因此，導致了各個功率單元動作的時間誤差大，且控制性能不理想、成本高且可靠性低。
發明內容
本發明提供一種中高壓變頻器的控制方法和系統，用于解決了現有技術中控制器只能串行的執行指令，對功率單元發PWM波控制的同步性差，因此，導致了各個功率單元動作的時間誤差大，且控制性能不理想、成本高且可靠性低的問題。本發明的第一個方面是提供一種中高壓變頻器的控制系統，包括第一主控芯片、控制單元、第二主控芯片和功率單元；所述第一主控芯片，與所述控制單元相連接，用于將V/F或矢量控制的逆變調制波指令發送給所述控制單元；所述控制單元，分別與所述第一主控芯片、第二主控芯片以及各個所述功率單元相連接，用于根據所述V/F或矢量控制的逆變調制波指令，將調制波與設定后的載波進行比較，生成各個所述功率單元的脈沖寬度調制PWM波，并將所述PWM波發送給對應的所述各個功率單元，以實現電機的V/F控制或者矢量控制；所述第二主控芯片，與所述控制單元相連接，用于發送邏輯控制命令給所述控制單元；所述控制單元還用于將所述邏輯控制命令發送給所述功率單元，以實現對所述電機的邏輯控制。本發明的另一個方面是提供一種中高壓變頻器的控制方法，包括
第一主控芯片將所述V/F或矢量控制的逆變調制波指令發送給控制單元；所述控制單元根據所述V/F或矢量控制的逆變調制波指令，將調制波與設定的載波進行比較，生成各個所述功率單元的脈沖寬度調制PWM波，并將所述PWM波發送給對應的所述各個功率單元，以實現電機的V/F控制或者矢量控制；所述第二主控芯片發送邏輯控制命令給所述控制單元；所述控制單元將所述邏輯控制命令發送給所述功率單元，以實現對所述電機的邏輯控制。本發明的技術效果是通過第一主控芯片和第二主控芯片并行工作，并分別獨立負責算法或邏輯任務，從而有效地提高了控制性能的可靠性，使得本發明的實時性比現有技術中控制器只能串行的執行指令的異步串行通信高；另外，由于FPGA可以同時對各個功率單元發送PWM波和邏輯控制命令，從而保證了各個功率單元控制的同步性，提供了系統 的性能。
圖I為本發明中高壓變頻器的控制系統的一個實施例的結構示意圖；圖2為本發明中高壓變頻器的控制系統的另一個實施例的結構示意圖；圖3為本發明中高壓變頻器的控制方法的一個實施例的流程圖。
具體實施例方式圖I為本發明中高壓變頻器的控制系統的一個實施例的結構示意圖，如圖I所示，本實施例的系統包括第一主控芯片11、控制單元12、第二主控芯片13和功率單元14，其中，第一主控芯片11與控制單元12相連接，用于將該V/F或矢量控制的逆變調制波指令發送給控制單元12 ;控制單元12分別與第一主控芯片11、第二主控芯片12以及各個功率單元14相連接，用于根據該V/F或矢量控制的逆變調制波指令，將調制波與設定后的載波進行比較，生成各個功率單元14的脈沖寬度調制(Pulse Width Modulation ;簡稱PWM)波，并將PWM波發送給對應的各個功率單元14，以實現電機的V/F控制或者矢量控制；第二主控芯片13，與控制單元12相連接，用于發送對電機的邏輯控制命令給該控制單元12。該控制單元12還用于將該邏輯控制命令發送給該功率單元14，以實現對電機的邏輯控制。其中，載波是指開關管的頻率。優選地，該控制單元12可以具體為現場可編程門陣列(Field — ProgrammableGate Array ;簡稱FPGA)。控制單元12具體可以通過光纖接口與各個功率單元相連接；且電機的邏輯控制包括對電機的正反轉、加減速等邏輯控制。另外，在本實施例中，該第一主控芯片11可以包括至少一個微處理器，例如數字信號處理(Digital Signal Processing ;簡稱DSP)、單片機或者ARM等。第二主控芯片也可以具體包括至少一個微處理器，例如DSP、單片機或者ARM等。需要說明的是，第一主控芯片11和第二主控芯片13可以相同也可以不相同。還需要說明的是，V/F控制和矢量控制是電機的兩種控制方法，其中，V/F比較簡單，只是對輸出電壓V和輸出頻率F進行恒比例計算，而矢量控制則比較復雜，是通過矢量方法將電機的電流分解為2個電流矢量之和，是一種電機的磁通控制方法，這種控制方法比V/F控制方法更優越。在本實施例中，通過第一主控芯片和第二主控芯片并行工作，并分別獨立負責算法或邏輯任務，從而有效地提高了控制性能的可靠性，使得本發明的實時性比現有技術中控制器只能串行的執行指令的異步串行通信高；另外，由于FPGA可以同時對各個功率單元發送PWM波和邏輯控制命令，從而保證了各個功率單元控制的同步性，提供了系統的性能。圖2為本發明中高壓變頻器的控制系統的另一個實施例的結構示意圖，在上述圖I所示實施例的基礎上，如圖2所示,該控制單元12包括雙口 RAM模塊121、單元信息處理模塊122、PWM波發生模塊123和通信處理模塊124。具體的，雙口 RAM模塊121與第一主控芯片11和該第二主控芯片13相連接，用于實現該第一主控芯片11和該第二主控芯片13之間的數據高速通信；單元信息處理模塊122分別與該第二主控芯片13相連接，用于接收各個功率單元的運行狀態信號，并將該運行狀態信號發送給該第二主控芯片13 ;以及接收來自該第二主控芯片發送的對電機的控制邏輯命令；PWM波發生模塊123，與該第一主控芯片11相連接，用于接收該第一主控芯片11發送的該V/F或矢量控制的逆變調制波指令，并 根據該V/F或矢量控制的逆變調制波指令，將調制波與設定的載波進行比較，生成各個功率單元的PWM波，并將該各個功率單元的PWM波輸出；通信處理模塊124分別與該單元信息處理模塊122、該PWM波發生模塊123和各個功率單元相連接，用于將接收到的各個功率單元的運行狀態信號轉發給單元信息處理模塊122，并將該各個功率單元的PWM波以及邏輯控制指令通過光纖通信發送給各個功率單元。另外，由于在控制單元12中設置了雙口 RAM模塊，從而使得第一主控芯片11和第二主控芯片13可以同時對雙口 RAM模塊中的同一地址單元進行讀寫操作而不發生沖突，且讀寫時間僅僅需要十幾納秒。舉例來說，在本實施例中，雙口 RAM模塊包括端口 A和端口 B，其中，端口 A與第一主控芯片11相連，端口 B與第二主控芯片13相連。FPGA 12也相當于一個控制芯片，并具備一定的信息處理能力，從而能夠分擔兩個主控芯片的負擔，滿足高端變頻器控制需求。進一步的,第二主控芯片13還用于處理用戶控制輸入輸出(Input Output ;簡稱10)信號、系統控制IO信號和模擬輸入輸出信號；接收變頻器的輸入電壓和輸入電流；提供用戶人機界面(Human Machine Interface ;簡稱HMI)以及與上位機進行數據通信。其中，該輸入電壓和輸入電流可以通過HMI顯示給用戶，并在輸入電壓和/或輸入電流異常時，發送警示信息，以提醒用戶。第一主控芯片11還用于采集該變頻器的輸出電壓、輸出電流以及電機轉速反饋信號。其中，第一主控芯片11可以具體用于根據輸出電壓和輸出電流，獲取矢量算法，并根據矢量算法，獲取矢量控制的逆變調制波指令；另外，第一主控芯片11還用于根據該電機轉速反饋信號，生成電機轉速指令，并將該電機轉速指令發送給該控制單元12 ；控制單元12將該電機轉速指令發送給對應的各個功率單元，以實現電機的轉速控制。優選地，該第二控制芯片13還用于接收控制單元12反饋的各個功率單元的運行狀態信號，并通過HMI顯示該運行狀態信號給用戶。
更為優選地，該第二控制芯片13還可以實現與用戶的輸入輸出接口功能。在本實施例中，通過第一主控芯片和第二主控芯片并行工作，并分別獨立負責算法或邏輯任務，從而有效地提高了控制性能的可靠性，且通過FPGA內部的雙口 RAM模塊實現第一主控芯片和第二主控芯片之間的數據的高速通信，即可以同時對雙口 RAM中的同一地址單元進行讀寫操作，使得本發明的實時性比現有技術中控制器只能串行的執行指令的異步串行通信高；另外，由于FPGA可以同時對各個功率單元發送PWM波和邏輯控制命令，從而保證了各個功率單元控制的同步性，提供了系統的性能。還需要說明的是，本發明的中高壓變頻器的控制系統中的主控芯片并不限于上述所述的兩個主控芯片，還可以包括四個主控芯片，其實現原理與上述兩個主控芯片的實現原理類似，此處不再贅述。圖3為本發明中高壓變頻器的控制方法的一個實施例的流程圖，如圖3所示，本實 施例的方法包括步驟101、第一主控芯片將該V/F或矢量控制的逆變調制波指令發送給制單元。步驟102、控制單元根據該V/F或矢量控制的逆變調制波指令，將調制波與設定的載波進行比較，生成各個功率單元的PWM波，并將該PWM波發送給對應的各個功率單元，以實現電機的V/F控制或者矢量控制。步驟103、第二主控芯片發送邏輯控制命令給該控制單元。步驟104、控制單元將該邏輯控制命令發送給功率單元，以實現對該電機的邏輯控制。其中，控制單元可以為FPGA，并具體可以通過光纖接口與各個功率單元相連接；且電機的邏輯控制包括對電機的正反轉、加減速等邏輯控制。另外，該第一主控芯片可以包括至少一個微處理器，例如DSP、單片機或者ARM等。第二主控芯片也可以具體包括至少一個微處理器，例如DSP、單片機或者ARM等。需要說明的是，第一主控芯片和第二主控芯片可以相同也可以不相同。在本實施例中，通過第一主控芯片和第二主控芯片并行工作，并分別獨立負責算法或邏輯任務，從而有效地提高了控制性能的可靠性，使得本發明的實時性比現有技術中控制器只能串行的執行指令的異步串行通信高；另外，由于FPGA可以同時對各個功率單元發送PWM波和邏輯控制命令，從而保證了各個功率單元控制的同步性，提供了系統的性能。進一步的，在本發明的另一個實施例中，在上述圖3所示方法實施例的基礎上，該第一主控芯片和該第二主控芯片之間通過該FPGA中的雙口 RAM模塊進行數據高速通信。在本實施例中，由于在FPGA中設置了雙口 RAM模塊，從而使得第一主控芯片和第二主控芯片可以同時對雙口 RAM模塊中的同一地址單元進行讀寫操作而不發生沖突，且讀寫時間僅僅需要十幾納秒。另外，該方法還可以進一步包括第二主控芯片處理用戶控制IO信號、系統控制IO信號和模擬輸入輸出信號；接收該變頻器的輸入電壓和輸入電流；并提供用戶人機界面以及與上位機進行數據通信。和/ 或，第一主控芯片采集該變頻器的輸出電壓、輸出電流以及電機轉速反饋信號。則矢量控制的逆變調制波指令的獲取過程為
根據輸出電壓和輸出電流，獲取矢量算法，并根據矢量算法，獲取矢量控制的逆變調制波指令；且該方法還可以進一步包括第一主控芯片根據電機轉速反饋信號，生成電機轉速指令，并將電機轉速指令發送給控制單元；控制單元將電機轉速指令發送給對應的各個功率單元，以實現電機的轉速控制。在本實施例中，通過第一主控芯片和第二主控芯片并行工作，并分別獨立負責算法或邏輯任務，從而有效地提高了控制性能的可靠性；且通過FPGA內部的雙口 RAM模塊實現第一主控芯片和第二主控芯片之間的數據的高速通信，即可以同時對雙口 RAM中的同一地址單元進行讀寫操作，使得本發明的實時性比現有技術中控制器只能串行的執行指令的異步串行通信高；另外，由于FPGA可以同時對各個功率單元發送PWM波和邏輯控制命令，從 而保證了各個功率單元控制的同步性，提供了系統的性能。最后應說明的是以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的范圍。
權利要求
1.一種中高壓變頻器的控制系統，其特征在于，包括第一主控芯片、控制單元、第二主控芯片和功率單元； 所述第一主控芯片，與所述控制單元相連接，用于將V/F或矢量控制的逆變調制波指令發送給所述控制單元； 所述控制單元，分別與所述第一主控芯片、第二主控芯片以及各個所述功率單元相連接，用于根據所述V/F或矢量控制的逆變調制波指令，將調制波與設定后的載波進行比較，生成各個所述功率單元的脈沖寬度調制PWM波，并將所述PWM波發送給對應的所述各個功率單元，以實現電機的V/F控制或者矢量控制； 所述第二主控芯片，與所述控制單元相連接，用于發送邏輯控制命令給所述控制單元; 所述控制單元還用于將所述邏輯控制命令發送給所述功率單元，以實現對所述電機的邏輯控制。
2.根據權利要求I所述的中高壓變頻器的控制系統，其特征在于，所述控制單元包括 所述雙口 RAM模塊，與所述第一主控芯片和所述第二主控芯片相連接，用于實現所述第一主控芯片和所述第二主控芯片之間的數據高速通信； 單元信息處理模塊，分別與所述第二主控芯片相連接，用于接收所述各個功率單元的運行狀態信號，并將所述運行狀態信號發送給所述第二主控芯片；以及接收來自所述第二主控芯片發送的對電機的控制邏輯命令； PWM波發生模塊，與所述第一主控芯片相連接，用于接收所述第一主控芯片發送的所述V/F或矢量控制的逆變調制波指令，并根據所述V/F或矢量控制的逆變調制波指令，將所述調制波與所述設定的載波進行比較，生成所述各個所述功率單元的PWM波，并將所述各個所述功率單元的PWM波輸出； 通信處理模塊，分別與所述單元信息處理模塊、所述PWM波發生模塊和所述各個功率單元相連接，用于將接收到的所述各個功率單元的運行狀態信號轉發給所述單元信息處理模塊，并將所述各個所述功率單元的PWM波以及所述邏輯控制指令發送給所述各個功率單J Li o
3.根據權利要求I或2所述的中高壓變頻器的控制系統，其特征在于，所述第二主控芯片還用于處理用戶控制IO信號、系統控制IO信號和模擬輸入輸出信號；接收所述變頻器的輸入電壓和輸入電流；提供用戶人機界面以及與上位機進行數據通信。
4.根據權利要求I或2所述的中高壓變頻器的控制系統，其特征在于，所述第一主控芯片還用于采集所述變頻器的輸出電壓、輸出電流以及電機轉速反饋信號； 則所述第一主控芯片還用于根據所述輸出電壓和輸出電流，獲取矢量算法，并根據所述矢量算法，獲取所述矢量控制的逆變調制波指令；根據所述電機轉速反饋信號，生成電機轉速指令，并將所述電機轉速指令發送給所述控制單元； 所述控制單元還用于將所述電機轉速指令發送給對應的所述各個功率單元，以實現電機的轉速控制。
5.一種中高壓變頻器的控制方法，其特征在于，包括 第一主控芯片將所述V/F或矢量控制的逆變調制波指令發送給控制單元； 所述控制單元根據所述V/F或矢量控制的逆變調制波指令，將調制波與設定的載波進行比較，生成各個所述功率單元的脈沖寬度調制PWM波，并將所述PWM波發送給對應的所述各個功率單元，以實現電機的V/F控制或者矢量控制； 所述第二主控芯片發送邏輯控制命令給所述控制單元； 所述控制單元將所述邏輯控制命令發送給所述功率單元，以實現對所述電機的邏輯控制。
6.根據權利要求5所述的中高壓變頻器的控制方法，其特征在于，所述第一主控芯片和所述第二主控芯片之間通過所述控制單元中的雙口 RAM模塊進行數據高速通信。
7.根據權利要求5或6所述的中高壓變頻器的控制方法，其特征在于，還包括 所述第二主控芯片處理用戶控制IO信號、系統控制IO信號和模擬輸入輸出信號；接收所述變頻器的輸入電壓和輸入電流；提供用戶人機界面以及與上位機進行數據通信。
8.根據權利要求7所述的中高壓變頻器的控制方法，其特征在于，還包括 所述第一主控芯片采集所述變頻器的輸出電壓、輸出電流以及電機轉速反饋信號； 則所述矢量控制的逆變調制波指令的獲取過程為 根據所述輸出電壓和輸出電流，獲取矢量算法，并根據所述矢量算法，獲取所述矢量控制的逆變調制波指令； 且所述方法還包括 所述第一主控芯片根據所述電機轉速反饋信號，生成電機轉速指令，并將所述電機轉速指令發送給所述控制單元； 所述控制單元將所述電機轉速指令發送給對應的所述各個功率單元，以實現電機的轉速控制。
全文摘要
本發明提供一種中高壓變頻器的控制方法和系統，該方法包括第一主控芯片將V/F或矢量控制的逆變調制波指令發送給控制單元；控制單元分別與第一主控芯片、第二主控芯片以及各個功率單元相連接，用于根據V/F或矢量控制的逆變調制波指令，將調制波和設定的載波進行比較生成的各個功率單元的PWM波，并將PWM波發送給對應的各個功率單元以實現電機的V/F控制或矢量控制；第二主控芯片發送對電機的邏輯控制命令給控制單元；控制單元將邏輯控制命令發送給功率單元以實現對電機的邏輯控制。
文檔編號H02P27/08GK102751944SQ20121022271
公開日2012年10月24日 申請日期2012年6月29日 優先權日2012年6月29日
發明者李習東, 王榮亮 申請人:華為技術有限公司