一種通用無(wú)刷電機(jī)電流閉環(huán)控制系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于伺服控制領(lǐng)域，具體涉及一種通用無(wú)刷電機(jī)電流閉環(huán)控制系統(tǒng)及控制 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 永磁無(wú)刷直流電機(jī)是近年來(lái)隨著電力電子技術(shù)、控制技術(shù)和新型永磁材料的發(fā)展 而迅速發(fā)展起來(lái)的一種新型機(jī)電一體化電機(jī)。它既具有交流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維 修方便等優(yōu)點(diǎn)，又有直流電機(jī)優(yōu)良的調(diào)速性能。目前在調(diào)速和伺服系統(tǒng)中，得到了廣泛的 應(yīng)用。
[0003] MSK公司的ir4361模塊是一個(gè)通用的無(wú)刷直流電機(jī)控制模塊，特點(diǎn)是接口簡(jiǎn)單， 使用方便，保護(hù)功能完善，在很多伺服系統(tǒng)工程（特別是國(guó)防領(lǐng)域）中得到了廣泛的應(yīng)用。 如果能設(shè)計(jì)出相似的產(chǎn)品，不僅可以使的工程設(shè)計(jì)更加自主靈活，還可以節(jié)省成本。
[0004] 驅(qū)動(dòng)無(wú)刷電機(jī)和驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)相比較，直流電機(jī)的控制相對(duì)簡(jiǎn)單，而無(wú)刷電機(jī)由 于其控制方式相對(duì)復(fù)雜。
[0005] 在伺服系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)中，內(nèi)環(huán)的性能決定著外環(huán)的精度，也就是說(shuō)在三環(huán)控制系 統(tǒng)中，電流環(huán)的性能是極其重要的。如果能設(shè)計(jì)出一個(gè)通用性的無(wú)刷電機(jī)電流閉環(huán)模塊，而 外環(huán)則根據(jù)不同的的機(jī)械特性來(lái)獨(dú)立設(shè)計(jì)，這樣既可以滿足不同系統(tǒng)的通用性，又可以簡(jiǎn) 化了無(wú)刷電機(jī)的伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)周期。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0007] 為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種通用無(wú)刷電機(jī)電流閉環(huán)控制系統(tǒng) 及控制方法。
[0008] 技術(shù)方案
[0009] 一種通用無(wú)刷電機(jī)電流閉環(huán)控制系統(tǒng)，包括連接于無(wú)刷電機(jī)母線的母線電流過(guò)流 保護(hù)電路、母線電壓過(guò)壓保護(hù)電路、位于無(wú)刷電機(jī)三相的三個(gè)霍爾傳感器和六個(gè)功率MOS 電路；其特征在于還包括模擬PI調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)電路、UC3637模塊電路、CPLD信號(hào)解算模塊電路、 IR2132電路和；電流誤差比較器的輸入連接無(wú)刷電機(jī)母線，將采樣的母線電流與給定電流 信號(hào)比較做差輸入模擬PI調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)電路，模擬PI調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)電路輸出與UC3637模塊電路連 接，UC3637根據(jù)電流誤差輸出一對(duì)占空比可調(diào)的差分PWM信號(hào)；UC3637模塊電路的輸出與 CPLD信號(hào)解算模塊電路連接，CPLD信號(hào)解算模塊電路的輸入端還與三個(gè)霍爾傳感器、母線 電流過(guò)流保護(hù)電路、母線電壓過(guò)壓保護(hù)電路和溫度傳感器的輸出相連接；上述各信號(hào)經(jīng)過(guò) CPLD信號(hào)解算模塊電路的解算，解算結(jié)果通過(guò)連接的IR2132電路控制六個(gè)功率MOS電路的 關(guān)斷，六個(gè)功率MOS電路的關(guān)斷控制無(wú)刷電機(jī)電流。
[0010] 一種利用所述通用無(wú)刷電機(jī)電流閉環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)控制的方法，其特征在于 步驟如下：
[0011] 步驟1:將基于電機(jī)母線電流調(diào)理后的反饋電流Uf與基于外部電流的單端信號(hào)Uc 做差，得到電流誤差Ud = Uc_Uf ;
[0012] 步驟2 :將電流誤差Ud = Uc-Uf輸入至UC3637模塊電路，UC3637根據(jù)電流誤差 Ud的極性和幅值輸出一對(duì)占空比可調(diào)的差分PWM信號(hào)PWMA和PWMB ;
[0013] 步驟3 :信號(hào)PWMB與三個(gè)霍爾傳感器信號(hào)、母線電流過(guò)流保護(hù)信號(hào)、母線電壓過(guò)壓 保護(hù)信號(hào)和溫度傳感信號(hào)同時(shí)輸入CPLD信號(hào)解算模塊，進(jìn)行邏輯處理如下：
[0014] 步驟a :當(dāng)輸入CPLD的母線電壓過(guò)壓保護(hù)信號(hào)為母線過(guò)壓信號(hào)且有效時(shí)，CPLD做 出執(zhí)行電機(jī)剎車操作，Q1、Q3和Q5三個(gè)MOS管關(guān)閉，Q2、Q4、Q6和Q7四個(gè)MOS管打開(kāi)，直到 檢測(cè)到母線未過(guò)壓，執(zhí)行下一步；
[0015] 步驟b :當(dāng)輸入CPLD的母線電流過(guò)流保護(hù)信號(hào)為母線電流大于30A時(shí)，CPLD做出 執(zhí)行關(guān)閉驅(qū)動(dòng)操作，Q1?Q7七個(gè)MOS管關(guān)閉，除非系統(tǒng)重新上電，否則再不執(zhí)行任何操作；
[0016] 步驟c :當(dāng)輸入CPLD的母線電流過(guò)流保護(hù)信號(hào)為母線電流大于15A時(shí)，執(zhí)行關(guān)閉 驅(qū)動(dòng)操作，Q1?Q7七個(gè)MOS管關(guān)閉，直到檢測(cè)到母線電流未過(guò)流，執(zhí)行下一步；
[0017] 步驟d :當(dāng)輸入CPLD的溫度傳感信號(hào)為溫度保護(hù)信號(hào)，執(zhí)行關(guān)閉驅(qū)動(dòng)操作，Q1? Q7七個(gè)MOS管關(guān)閉，直到檢測(cè)到溫度正常，執(zhí)行下一步；
[0018] 步驟e :當(dāng)輸入CPLD的IR2132故障保護(hù)信號(hào)時(shí)且故障連續(xù)發(fā)生次數(shù)小于5次時(shí)， IR2132輸入全高，IR2132復(fù)位后，執(zhí)行步驟f ;故障連續(xù)發(fā)生次數(shù)大于等于5次時(shí)，執(zhí)行關(guān) 閉驅(qū)動(dòng)操作，Q1?Q7七個(gè)MOS管關(guān)閉，除非系統(tǒng)重新上電，否則再不執(zhí)行任何操作；
[0019] 步驟f :當(dāng)所有的故障都未發(fā)生，則將UC3637輸出的兩相驅(qū)動(dòng)信號(hào)PWMA，PWMB轉(zhuǎn) 化為直流無(wú)刷電機(jī)可用的三相驅(qū)動(dòng)信號(hào)；轉(zhuǎn)化的相序關(guān)系為表1 :
[0020] 表1兩相/三相驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換
[0021]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種通用無(wú)刷電機(jī)電流閉環(huán)控制系統(tǒng)，包括連接于無(wú)刷電機(jī)母線的母線電流過(guò)流保 護(hù)電路、母線電壓過(guò)壓保護(hù)電路、位于無(wú)刷電機(jī)三相的三個(gè)霍爾傳感器和六個(gè)功率MOS電 路Ql?Q6 ;其特征在于還包括模擬PI調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)電路、UC3637模塊電路、CPLD信號(hào)解算模 塊電路和I R2132電路；電流誤差比較器的輸入連接無(wú)刷電機(jī)母線，將采樣的母線電流與 給定電流信號(hào)比較做差輸入模擬PI調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)電路，模擬PI調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)電路輸出與UC3637模 塊電路連接，UC3637根據(jù)電流誤差輸出一對(duì)占空比可調(diào)的差分PWM信號(hào)；UC3637模塊電路 的輸出與CPLD信號(hào)解算模塊電路連接，CPLD信號(hào)解算模塊電路的輸入端還與三個(gè)霍爾傳 感器、母線電流過(guò)流保護(hù)電路、母線電壓過(guò)壓保護(hù)電路和溫度傳感器的輸出相連接；上述各 信號(hào)經(jīng)過(guò)CPLD信號(hào)解算模塊電路的解算，解算結(jié)果通過(guò)連接的IR2132電路控制六個(gè)功率 MOS電路的關(guān)斷，六個(gè)功率MOS電路的關(guān)斷控制無(wú)刷電機(jī)電流。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述通用無(wú)刷電機(jī)電流閉環(huán)控制系統(tǒng)，其特征在于：所述CPLD信號(hào) 解算模塊電路采用ALTERA EPM570T100I5。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述通用無(wú)刷電機(jī)電流閉環(huán)控制系統(tǒng)，其特征在于：所述功率MOS 管選用IRF3710。
4. 一種利用權(quán)利要求1所述通用無(wú)刷電機(jī)電流閉環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)控制的方法，其 特征在于步驟如下： 步驟1 :將基于電機(jī)母線電流調(diào)理后的反饋電流Uf與基于外部電流的單端信號(hào)Uc做 差，得到電流誤差Ud = Uc-Uf ; 步驟2 :將電流誤差Ud = Uc-Uf輸入至UC3637模塊電路，UC3637根據(jù)電流誤差Ud的 極性和幅值輸出一對(duì)占空比可調(diào)的差分PWM信號(hào)PWMA和PWMB ; 步驟3 :信號(hào)PWMB與三個(gè)霍爾傳感器信號(hào)、母線電流過(guò)流保護(hù)信號(hào)、母線電壓過(guò)壓保護(hù) 信號(hào)和溫度傳感信號(hào)同時(shí)輸入CPLD信號(hào)解算模塊，進(jìn)行邏輯處理如下： 步驟a :當(dāng)輸入CPLD的母線電壓過(guò)壓保護(hù)信號(hào)為母線過(guò)壓信號(hào)且有效時(shí)，CPLD做出執(zhí) 行電機(jī)剎車操作，Q1、Q3和Q5三個(gè)MOS管關(guān)閉，Q2、Q4、Q6和Q7四個(gè)MOS管打開(kāi)，直到檢測(cè) 到母線未過(guò)壓，執(zhí)行下一步； 步驟b :當(dāng)輸入CPLD的母線電流過(guò)流保護(hù)信號(hào)為母線電流大于30A時(shí)，CPLD做出執(zhí)行 關(guān)閉驅(qū)動(dòng)操作，Ql?Q7七個(gè)MOS管關(guān)閉，除非系統(tǒng)重新上電，否則再不執(zhí)行任何操作； 步驟c :當(dāng)輸入CPLD的母線電流過(guò)流保護(hù)信號(hào)為母線電流大于15A時(shí)，執(zhí)行關(guān)閉驅(qū)動(dòng) 操作，Ql?Q7七個(gè)MOS管關(guān)閉，直到檢測(cè)到母線電流未過(guò)流，執(zhí)行下一步； 步驟d :當(dāng)輸入CPLD的溫度傳感信號(hào)為溫度保護(hù)信號(hào)，執(zhí)行關(guān)閉驅(qū)動(dòng)操作，Ql?Q7七 個(gè)MOS管關(guān)閉，直到檢測(cè)到溫度正常，執(zhí)行下一步； 步驟e :當(dāng)輸入CPLD的IR2132故障保護(hù)信號(hào)時(shí)且故障連續(xù)發(fā)生次數(shù)小于5次時(shí)， IR2132輸入全高，IR2132復(fù)位后，執(zhí)行步驟f ;故障連續(xù)發(fā)生次數(shù)大于等于5次時(shí)，執(zhí)行關(guān) 閉驅(qū)動(dòng)操作，Ql?Q7七個(gè)MOS管關(guān)閉，除非系統(tǒng)重新上電，否則再不執(zhí)行任何操作； 步驟f :當(dāng)所有的故障都未發(fā)生，則將UC3637輸出的兩相驅(qū)動(dòng)信號(hào)PWMA，PWMB轉(zhuǎn)化為 直流無(wú)刷電機(jī)可用的三相驅(qū)動(dòng)信號(hào)；轉(zhuǎn)化的相序關(guān)系為表1 : 表1兩相/三相驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換
其中：Ql?Q7為低有效。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種通用無(wú)刷電機(jī)電流閉環(huán)控制系統(tǒng)及控制方法，針對(duì)中小功率無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)，采用CPLD EPM570和直流電機(jī)控制芯片UC3637，設(shè)計(jì)了一種新的無(wú)刷直流電機(jī)的電流環(huán)控制接口電路，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)四象限的運(yùn)行控制，同時(shí)該電路還具備外部并行通信控制功能和完善的失控保護(hù)策略。國(guó)外MSK公司有ir4361模塊，即可實(shí)現(xiàn)無(wú)刷直流電機(jī)的電流環(huán)四象限的運(yùn)行控制。本產(chǎn)品可以完全替代MSK公司的ir4361。提供了無(wú)刷電機(jī)電流閉環(huán)控制的通用硬件平臺(tái)，作為硬件接口電路模塊，外加速度環(huán)和位置環(huán)，就可以直接完成無(wú)刷電機(jī)的三閉環(huán)伺服系統(tǒng)控制，使用靈活方便；可完全替代MSK公司的ir4361，不但成本低，而且對(duì)于軍品器件的國(guó)產(chǎn)化很有意義。
【IPC分類】H02P6-08
【公開(kāi)號(hào)】CN104539201
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410810510
【發(fā)明人】胡衛(wèi)鵬, 周勇軍, 張翔
【申請(qǐng)人】西安電子工程研究所
【公開(kāi)日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年12月23日