本發(fā)明涉及電流環(huán)，尤其是涉及一種硬件電流環(huán)及電機(jī)控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著伺服電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，越來越朝著高精度、高速度、高響應(yīng)、小體積等方向發(fā)展，一個(gè)完整的伺服控制方案包含了位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)，在三個(gè)環(huán)的控制中，電流環(huán)處于最里面，也是最影響電機(jī)控制的性能的一環(huán)。電流環(huán)主要包括clarke變換，park變換、防積分飽和pid、ipark變換、死區(qū)補(bǔ)償、svpwm計(jì)算和處理，一直以來，電流環(huán)的實(shí)現(xiàn)有兩種方法：一種通過軟件的算法的方式在mcu里計(jì)算和處理，也稱之為軟件電流環(huán)，另一種則是將硬件電流環(huán)放在fpga里面執(zhí)行；由于電流環(huán)需要較快的刷新周期，前者對(duì)mcu有較高的算力要求，后者需要mcu與fpga緊密配合，增加方案的設(shè)計(jì)難度和成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明提出了一種硬件電流環(huán)及電機(jī)控制系統(tǒng)，利用mcu已固化好的硬件電流環(huán)實(shí)現(xiàn)了對(duì)伺服電機(jī)高性能的控制，大大減輕了mcu的負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)了單顆芯片取代mcu+fpga的硬件架構(gòu)。

2、第一方面，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的硬件電流環(huán)，包括：

3、電流采集模塊，用于采集電機(jī)的u相電流和v相電流，并對(duì)所述u相電流和所述v相電流進(jìn)行預(yù)處理；

4、clark變換加速模塊，用于將預(yù)處理后的所述u相電流和所述v相電流轉(zhuǎn)換為α軸電流和β軸電流；

5、電角度獲取模塊，用于獲取所述電機(jī)的電角度；

6、cordic計(jì)算模塊，用于計(jì)算所述電角度的正弦值和余弦值；

7、park變換加速模塊，用于根據(jù)所述α軸電流、所述β軸電流、所述正弦值和所述余弦值，獲得d軸電流和q軸電流；

8、d-pid模塊，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的d軸參考電流和所述d軸電流，獲得d軸電壓；

9、q-pid模塊，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的q軸參考電流和所述q軸電流，獲得q軸電壓；

10、反park變換加速模塊，用于根據(jù)所述d軸電壓、所述q軸電壓、所述正弦值和所述余弦值，獲得α軸電壓和β軸電壓；

11、死區(qū)補(bǔ)償模塊，用于根據(jù)所述d軸電流和所述q軸電流，獲得α軸補(bǔ)償電壓和β軸補(bǔ)償電壓；

12、svpwm加速模塊，用于根據(jù)所述α軸電壓、所述β軸電壓、所述α軸補(bǔ)償電壓和所述β軸補(bǔ)償電壓，獲得pwm模塊的占空比，并將所述占空比發(fā)送給所述pwm模塊，以控制所述電機(jī)的旋轉(zhuǎn)。

13、根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述電流采集模塊包括：

14、adc模塊，用于采集所述電機(jī)的u相電流和v相電流，并對(duì)所述u相電流和所述v相電流進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；

15、電流預(yù)處理模塊，用于設(shè)置電流的偏移量和增益，并根據(jù)所述偏移量和所述增益，對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換后的u相電流和v相電流進(jìn)行預(yù)處理。

16、根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，預(yù)處理后的u相電流和v相電流為：

17、pdiu＝(diu-diuoff)*currcalgain；

18、pdiv＝(div-divoff)*currcalgain；

19、其中，diu為經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后的電機(jī)反饋的u相電流值，div為經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后的電機(jī)反饋的v相電流值，diuoff為u相電流的偏移量，divoff為v相電流的偏移量，currcalgain為所述增益，pdiu為預(yù)處理后的u相電流，pdiv為預(yù)處理后的v相電流。

20、根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述clark變換加速模塊的計(jì)算過程為：

21、iα＝pdiu；

22、

23、其中，iα為α軸電流，iβ為β軸電流。

24、根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述park變換加速模塊的計(jì)算過程為：

25、id_fbk＝iα*cosθ+iβ*sinθ；

26、iq_fbk＝iβ*cosθ-iα*sinθ；

27、其中，id_fbk為d軸電流，iq_fbk為q軸電流，cosθ為電角度的余弦值，sinθ為電角度的正弦值。

28、根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述反park變換加速模塊的計(jì)算過程為：

29、uα＝ud*cosθ-uq*sonθ；

30、uβ＝ud*sinθ+uq*cosθ；

31、其中，ud為d軸電壓、uq為q軸電壓、uα為α軸電壓、iβ為β軸電壓。

32、根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述電角度獲取模塊包括：

33、qep0模塊，用于獲取所述電機(jī)的信號(hào)增量式編碼器信號(hào)；

34、ta-aeio模塊，用于獲取所述電機(jī)的絕對(duì)式編碼器信號(hào)；

35、電角度計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述信號(hào)增量式編碼器信號(hào)或所述絕對(duì)式編碼器信號(hào)，計(jì)算所述電機(jī)的電角度。

36、根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，預(yù)設(shè)的d軸參考電流和q軸參考電流通過速度環(huán)計(jì)算獲得。

37、根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述死區(qū)補(bǔ)償模塊的使能狀態(tài)通過寄存器配置。

38、第二方面，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電機(jī)控制系統(tǒng)，包括第一方面實(shí)施例所述的硬件電流環(huán)。

39、根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的硬件電流環(huán)及電機(jī)控制系統(tǒng)，至少具有如下有益效果：硬件電流環(huán)能夠固化在mcu內(nèi)，利用mcu已固化好的硬件電流環(huán)實(shí)現(xiàn)了對(duì)伺服電機(jī)高性能的控制，且固化的硬件電流環(huán)獨(dú)立于mcu運(yùn)行，大大減輕了mcu的負(fù)擔(dān)，釋放了更多的算力資源，同時(shí)也提升了電流環(huán)的帶寬，實(shí)現(xiàn)了單顆芯片取代mcu+fpga的硬件架構(gòu)。

40、本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

技術(shù)特征：

1.一種硬件電流環(huán)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬件電流環(huán)，其特征在于，所述電流采集模塊包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的硬件電流環(huán)，其特征在于，預(yù)處理后的u相電流和v相電流為：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的硬件電流環(huán)，其特征在于，所述clark變換加速模塊的計(jì)算過程為：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的硬件電流環(huán)，其特征在于，所述park變換加速模塊的計(jì)算過程為：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的硬件電流環(huán)，其特征在于，所述反park變換加速模塊的計(jì)算過程為：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬件電流環(huán)，其特征在于，所述電角度獲取模塊包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬件電流環(huán)，其特征在于，預(yù)設(shè)的d軸參考電流和q軸參考電流通過速度環(huán)計(jì)算獲得。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬件電流環(huán)，其特征在于，所述死區(qū)補(bǔ)償模塊的使能狀態(tài)通過寄存器配置。

10.一種電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，包括如權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的硬件電流環(huán)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種硬件電流環(huán)及電機(jī)控制系統(tǒng)，硬件電流環(huán)包括電流采集模塊、CLARK變換加速模塊、電角度獲取模塊、Cordic計(jì)算模塊、Park變換加速模塊、D?PID模塊、Q?PID模塊、反Park變換加速模塊、死區(qū)補(bǔ)償模塊、SVPWM加速模塊，CLARK變換加速模塊用于獲得α軸電流和β軸電流；Cordic計(jì)算模塊用于計(jì)算電角度的正弦值和余弦值；Park變換加速模塊用于獲得d軸電流和q軸電流；D?PID模塊和Q?PID模塊用于獲得d軸電壓和q軸電壓；反Park變換加速模塊用于獲得α軸電壓和β軸電壓；SVPWM加速模塊用于獲得占空比，利用MCU已固化好的硬件電流環(huán)實(shí)現(xiàn)了對(duì)伺服電機(jī)高性能的控制。

技術(shù)研發(fā)人員：麻文興,原順
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廣州匠芯創(chuàng)科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10