[发明专利]低压大电流永磁同步电机控制系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电机控制领域，特别是一种低压大电流永磁同步电机控制系统及其控制方法。

背景技术

现代工业生产及社会的发展需要极大的推动了交流调速技术的发展，现代控制理论的发展和应用、电力电子技术的发展和应用、微机控制技术及大规模集成电路的发展和应用，为交流调速的飞速发展创造了技术和物质条件。

永磁同步电动机的转子采用稀土永磁材料励磁，如铷铁硼合金，使得电动机的体积和重量大为减小，结构简单，维护方便，且效率比同容量的异步电动机提高4%-13%，功率因素提高5%-20%。近年来，加上矢量控制水平的不断提高，永磁同步电动机越来越显出它效率高、功率密度大，调速范围宽，转矩脉动小等高性能的优势，在千瓦级伺服系统中，有取代直流电动机的趋势。

从20世纪30年代，人们就开始研究同步电机的速度控制器问题，目前德国KEB、日本安川、富士等公司已成功研制出多种通用型的高性能永磁同步电机控制器。这些控制器功率范围从几百瓦到数百千瓦之间，可以满足工业控制等常见控制系统的需要。但在一些低压应用场合中（如电动汽车、电动叉车等），车载直流供电电源为低电压直流电源，通常只有几十伏，这样电流就要求达到几百安培才能满足系统的功率需求。

发明内容

本发明的目的是针对国内现有的技术存在的不足，设计了一种低压大电流永磁同步电机控制系统及其控制方法。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

控制系统包括蓄电池、DSP控制芯片、通信接口电路、外扩RAM、负载、驱动电路、功率逆变器、永磁同步电机PMSM、电流传感器、增量式编码器、可编程逻辑控制器CPLD、控制指令输入、过流检测、控制指令输出、温度检测和速度电位器；其中DSP控制芯片包括脉宽调制发生器PWM、输入输出接口I/O、通信接口SCI/SPI/CAN、模数转换模块ADC、正交编码脉冲电路QEP；电源的输出端接DSP控制系统的输入、蓄电池的输出接功率逆变器的输入，DSP控制芯片的PWM输出接驱动电路，驱动电路与功率逆变器相连，功率逆变器的输出接永磁同步电机PMSM，电流传感器采集永磁同步电机的IA、IB相电流传输给DSP控制芯片的模数转换模块ADC，增量式编码器采集永磁同步电机输出的脉冲信号传输给DSP控制芯片的正交编码脉冲电路QEP，控制指令输出、控制指令输出和过流检测均经由CPLD与DSP控制芯片相连，速度电位器的输入与DSP控制芯片的ADC相连，DSP控制芯片还扩展了外部RAM；永磁同步电机控制系统运行时，首先由DSP控制芯片发出控制PWM波形给驱动电路，驱动电路将PWM控制信号接入功率逆变器，功率逆变器驱动永磁同步电机的运行；控制系统执行过程中的控制指令信号，通过CPLD与DSP控制芯片实现互联，控制永磁同步电机的运行，采用霍尔传感器的电流传感器用于检测电机IA、IB两相的电流并接到DSP控制芯片的ADC输入端，将增量式编码器检测到的脉冲信号接到DSP控制芯片的QEP电路中，得出电机的转速与旋转方向。DSP控制芯片的控制指令输入、控制指令输出和功率逆变器的过流检测通过CPLD接入到DSP控制芯片的I/O口；通过速度电位器将速度给定输入到DSP控制芯片的ADC；界面的监控和控制程序的改变等皆通过SCI/SPI/CAN接口与DSP控制芯片连接。电源的输出端接DSP控制系统的输入和功率逆变器的输入。

DSP 软件模块包括速度运算模块、速度调节器、磁通电流调节器、力矩电流调节器、电流矢量变换模块和PWM 生成器其中电流矢量变换模块包括克拉克Clark变换与帕克Park变换；速度运算模块的输入端接增量式编码器的输出端；电流矢量变换模块得到力矩电流反馈量与磁通电流反馈量，速度电位器的输出与速度编码器所得速度反馈接速度调节器的输入，速度调节器的输出与力矩电流反馈接力矩电流调节器的输入，磁通调节器的给定与磁通电流反馈接磁通电流调节器的输入，磁通电流调节器的输出于力矩电流调节器的输出接PWM生成器的输入，PWM 生成器的输出端串接驱动电路后接功率逆变器的输入端。