[发明专利]一种智能三相电机BLDC/PMSM伺服控制器

说明书

该发明是一种智能三相电机BLDC/PMSM伺服控制器。该控制器采用了多片板堆叠的方法缩小体积、提高集成度，最大输出功率可达1000W。该驱动器拥有丰富的接口，使用CAN通信协议进行通信，可同时外接霍尔编码器和光电编码器。该驱动器内部集成自适应PID算法等控制算法，能够自动调整电机参数，无需对电机进行单独调试，极大地缩短了开发时间，提高了工作效率。

技术领域

本发明涉及一种电机控制方式，具体涉及一种智能三相电机控制器。

背景技术

现如今工业4.0(第四次工业革命)已经悄悄来临，而随之带来的挑战也逐渐显露，三相无刷电机无论是在生活应用上还是工业用途中，都会显现愈来愈重要的地位。因此三相无刷电机控制器作为未来的一个高频率使用器件，如何进行智能控制三相电机、以及保证安全性和提升可靠性是未来工业发展面临的最大问题。目前市面上已经成功研制的三相电机控制器大致分为两种：纯驱动控制器、集成MCU带速度反馈的驱动控制器。纯驱动控制器是内置了六个开关管实现基本的驱动功能，其缺陷是引出外接的接口数目较多、操作员易于混淆，以及其效率低而导致的发热大。集成MCU带速度反馈的驱动控制器是一种较为理想的控制器，也是目前普遍使用的控制器，该控制器集成了MCU，能够读取霍尔传感器反馈回来的速度值并加以处理，达到闭环控制三相电机的效果，其缺陷是控制效果并不够理想，对于不同的三相电机仍需要进行单独的调试，因此存在交互能力弱、可靠性不能得以保证的缺点。此外，市面上也存在有一些集成算法、自整定参数的智能电机控制器，比如Elmo控制器，但由于其价格过于昂贵、使用不方便等原因，使用率也比较低。

目前已有的技术方案，使用采样电阻和较低的采样率采集三相电机的电流数值，并不能有效保证高可靠性和高稳定性。比如在不同温度的条件下使用或长时间连续使用，采样电阻将会有较大的温漂；在负载条件恶劣多变的情况下，控制器也可能会因为电流采样率不足而导致的反馈信号不及时，驱动效果变差。在人机交互接口方面，目前支持RS232、485接口协议，其缺陷是通讯速度较慢，使用不灵活，并不适用于多组控制器的并联控制。在精确检测电机转速方面，目前使用的是霍尔编码器或光电编码器，其不足是检速分辨率较低，导致电机控制效果较差。在自动调节电机控制参数方面，目前还没有解决方案。

发明内容

本发明-智能三相电机BLDC/PMSM伺服控制器将装载MOS开关管、SOC片上集成系统、STM32F4单片机、电流采样芯片、滤波大电容。在人机交互接口方面，本发明采用CAN(Con-Troller Area Network)接口协议，来代替传统RS232、485，提高传输效率和总线利用率，使得多组控制器的并联控制更为灵活。在精确检测电机转速方面，本发明采用霍尔编码器加光电编码器，实现对电机的精准定位和测速，保证了三相电机的精准控制。在控制器工作稳定性方面，本发明提出同时考虑环境温度以及工作时长导致温升的解决方案，即使用更低阻值、低温漂的检流电阻外加温度传感器，以实现温度补偿，同时使用更高采样率的电流检测芯片，保证控制器能在负载条件恶劣多变的情况下稳定运行。在自动调节电机控制参数方面，采用极点配置自适应PID算法，并集成于STM32F4单片机上，通过控制SOC片上集成系统来达到控制电机的目的效果。

本发明技术方案为一种智能电机控制器，该控制器包括：数据采集系统，数据处理系统，人机交互接口系统，驱动控制系统。所述数据处理系统负责数据采集系统和人机交互系统的数据处理和传递。

所述数据采集系统包括：外置霍尔编码器、外置光电编码器、板载温度传感器。所述外置霍尔编码器放置与三相电机的内部，所述外置光电编码器放置三相电机外部并与之同轴，所述板载温度传感器放置底层电路板中间。

所述数据处理系统包括：SOC片上系统——TMCC160、STM32F4。TMCC160内部分为MCU微处理器部分和栅极驱动部分。MCU部分对反馈数据进行处理运算，再将信号传输至栅极驱动部分。STM32F4则用于与TMCC160进行通讯，使用集成于F4的算法代码从而控制TMCC160。