一種通用無刷電機電流閉環(huán)控制系統(tǒng)及控制方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于伺服控制領域，具體涉及一種通用無刷電機電流閉環(huán)控制系統(tǒng)及控制 方法。
【背景技術】
[0002] 永磁無刷直流電機是近年來隨著電力電子技術、控制技術和新型永磁材料的發(fā)展 而迅速發(fā)展起來的一種新型機電一體化電機。它既具有交流電動機結構簡單、運行可靠、維 修方便等優(yōu)點，又有直流電機優(yōu)良的調速性能。目前在調速和伺服系統(tǒng)中，得到了廣泛的 應用。
[0003] MSK公司的ir4361模塊是一個通用的無刷直流電機控制模塊，特點是接口簡單， 使用方便，保護功能完善，在很多伺服系統(tǒng)工程（特別是國防領域）中得到了廣泛的應用。 如果能設計出相似的產品，不僅可以使的工程設計更加自主靈活，還可以節(jié)省成本。
[0004] 驅動無刷電機和驅動直流電機相比較，直流電機的控制相對簡單，而無刷電機由 于其控制方式相對復雜。
[0005] 在伺服系統(tǒng)控制設計中，內環(huán)的性能決定著外環(huán)的精度，也就是說在三環(huán)控制系 統(tǒng)中，電流環(huán)的性能是極其重要的。如果能設計出一個通用性的無刷電機電流閉環(huán)模塊，而 外環(huán)則根據不同的的機械特性來獨立設計，這樣既可以滿足不同系統(tǒng)的通用性，又可以簡 化了無刷電機的伺服系統(tǒng)設計，提高設計周期。
【發(fā)明內容】
[0006] 要解決的技術問題
[0007] 為了避免現有技術的不足之處，本發(fā)明提出一種通用無刷電機電流閉環(huán)控制系統(tǒng) 及控制方法。
[0008] 技術方案
[0009] 一種通用無刷電機電流閉環(huán)控制系統(tǒng)，包括連接于無刷電機母線的母線電流過流 保護電路、母線電壓過壓保護電路、位于無刷電機三相的三個霍爾傳感器和六個功率MOS 電路；其特征在于還包括模擬PI調節(jié)環(huán)節(jié)電路、UC3637模塊電路、CPLD信號解算模塊電路、 IR2132電路和；電流誤差比較器的輸入連接無刷電機母線，將采樣的母線電流與給定電流 信號比較做差輸入模擬PI調節(jié)環(huán)節(jié)電路，模擬PI調節(jié)環(huán)節(jié)電路輸出與UC3637模塊電路連 接，UC3637根據電流誤差輸出一對占空比可調的差分PWM信號；UC3637模塊電路的輸出與 CPLD信號解算模塊電路連接，CPLD信號解算模塊電路的輸入端還與三個霍爾傳感器、母線 電流過流保護電路、母線電壓過壓保護電路和溫度傳感器的輸出相連接；上述各信號經過 CPLD信號解算模塊電路的解算，解算結果通過連接的IR2132電路控制六個功率MOS電路的 關斷，六個功率MOS電路的關斷控制無刷電機電流。
[0010] 一種利用所述通用無刷電機電流閉環(huán)控制系統(tǒng)進行閉環(huán)控制的方法，其特征在于 步驟如下：
[0011] 步驟1:將基于電機母線電流調理后的反饋電流Uf與基于外部電流的單端信號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根據電流誤差 Ud的極性和幅值輸出一對占空比可調的差分PWM信號PWMA和PWMB ;
[0013] 步驟3 :信號PWMB與三個霍爾傳感器信號、母線電流過流保護信號、母線電壓過壓 保護信號和溫度傳感信號同時輸入CPLD信號解算模塊，進行邏輯處理如下：
[0014] 步驟a :當輸入CPLD的母線電壓過壓保護信號為母線過壓信號且有效時，CPLD做 出執(zhí)行電機剎車操作，Q1、Q3和Q5三個MOS管關閉，Q2、Q4、Q6和Q7四個MOS管打開，直到 檢測到母線未過壓，執(zhí)行下一步；
[0015] 步驟b :當輸入CPLD的母線電流過流保護信號為母線電流大于30A時，CPLD做出 執(zhí)行關閉驅動操作，Q1?Q7七個MOS管關閉，除非系統(tǒng)重新上電，否則再不執(zhí)行任何操作；
[0016] 步驟c :當輸入CPLD的母線電流過流保護信號為母線電流大于15A時，執(zhí)行關閉 驅動操作，Q1?Q7七個MOS管關閉，直到檢測到母線電流未過流，執(zhí)行下一步；
[0017] 步驟d :當輸入CPLD的溫度傳感信號為溫度保護信號，執(zhí)行關閉驅動操作，Q1? Q7七個MOS管關閉，直到檢測到溫度正常，執(zhí)行下一步；
[0018] 步驟e :當輸入CPLD的IR2132故障保護信號時且故障連續(xù)發(fā)生次數小于5次時， IR2132輸入全高，IR2132復位后，執(zhí)行步驟f ;故障連續(xù)發(fā)生次數大于等于5次時，執(zhí)行關 閉驅動操作，Q1?Q7七個MOS管關閉，除非系統(tǒng)重新上電，否則再不執(zhí)行任何操作；
[0019] 步驟f :當所有的故障都未發(fā)生，則將UC3637輸出的兩相驅動信號PWMA，PWMB轉 化為直流無刷電機可用的三相驅動信號；轉化的相序關系為表1 :
[0020] 表1兩相/三相驅動轉換
[0021]
【主權項】
1. 一種通用無刷電機電流閉環(huán)控制系統(tǒng)，包括連接于無刷電機母線的母線電流過流保 護電路、母線電壓過壓保護電路、位于無刷電機三相的三個霍爾傳感器和六個功率MOS電 路Ql?Q6 ;其特征在于還包括模擬PI調節(jié)環(huán)節(jié)電路、UC3637模塊電路、CPLD信號解算模 塊電路和I R2132電路；電流誤差比較器的輸入連接無刷電機母線，將采樣的母線電流與 給定電流信號比較做差輸入模擬PI調節(jié)環(huán)節(jié)電路，模擬PI調節(jié)環(huán)節(jié)電路輸出與UC3637模 塊電路連接，UC3637根據電流誤差輸出一對占空比可調的差分PWM信號；UC3637模塊電路 的輸出與CPLD信號解算模塊電路連接，CPLD信號解算模塊電路的輸入端還與三個霍爾傳 感器、母線電流過流保護電路、母線電壓過壓保護電路和溫度傳感器的輸出相連接；上述各 信號經過CPLD信號解算模塊電路的解算，解算結果通過連接的IR2132電路控制六個功率 MOS電路的關斷，六個功率MOS電路的關斷控制無刷電機電流。
2. 根據權利要求1所述通用無刷電機電流閉環(huán)控制系統(tǒng)，其特征在于：所述CPLD信號 解算模塊電路采用ALTERA EPM570T100I5。
3. 根據權利要求1所述通用無刷電機電流閉環(huán)控制系統(tǒng)，其特征在于：所述功率MOS 管選用IRF3710。
4. 一種利用權利要求1所述通用無刷電機電流閉環(huán)控制系統(tǒng)進行閉環(huán)控制的方法，其 特征在于步驟如下： 步驟1 :將基于電機母線電流調理后的反饋電流Uf與基于外部電流的單端信號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根據電流誤差Ud的 極性和幅值輸出一對占空比可調的差分PWM信號PWMA和PWMB ; 步驟3 :信號PWMB與三個霍爾傳感器信號、母線電流過流保護信號、母線電壓過壓保護 信號和溫度傳感信號同時輸入CPLD信號解算模塊，進行邏輯處理如下： 步驟a :當輸入CPLD的母線電壓過壓保護信號為母線過壓信號且有效時，CPLD做出執(zhí) 行電機剎車操作，Q1、Q3和Q5三個MOS管關閉，Q2、Q4、Q6和Q7四個MOS管打開，直到檢測 到母線未過壓，執(zhí)行下一步； 步驟b :當輸入CPLD的母線電流過流保護信號為母線電流大于30A時，CPLD做出執(zhí)行 關閉驅動操作，Ql?Q7七個MOS管關閉，除非系統(tǒng)重新上電，否則再不執(zhí)行任何操作； 步驟c :當輸入CPLD的母線電流過流保護信號為母線電流大于15A時，執(zhí)行關閉驅動 操作，Ql?Q7七個MOS管關閉，直到檢測到母線電流未過流，執(zhí)行下一步； 步驟d :當輸入CPLD的溫度傳感信號為溫度保護信號，執(zhí)行關閉驅動操作，Ql?Q7七 個MOS管關閉，直到檢測到溫度正常，執(zhí)行下一步； 步驟e :當輸入CPLD的IR2132故障保護信號時且故障連續(xù)發(fā)生次數小于5次時， IR2132輸入全高，IR2132復位后，執(zhí)行步驟f ;故障連續(xù)發(fā)生次數大于等于5次時，執(zhí)行關 閉驅動操作，Ql?Q7七個MOS管關閉，除非系統(tǒng)重新上電，否則再不執(zhí)行任何操作； 步驟f :當所有的故障都未發(fā)生，則將UC3637輸出的兩相驅動信號PWMA，PWMB轉化為 直流無刷電機可用的三相驅動信號；轉化的相序關系為表1 : 表1兩相/三相驅動轉換
其中：Ql?Q7為低有效。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種通用無刷電機電流閉環(huán)控制系統(tǒng)及控制方法，針對中小功率無刷直流電機控制系統(tǒng)，采用CPLD EPM570和直流電機控制芯片UC3637，設計了一種新的無刷直流電機的電流環(huán)控制接口電路，實現了電機四象限的運行控制，同時該電路還具備外部并行通信控制功能和完善的失控保護策略。國外MSK公司有ir4361模塊，即可實現無刷直流電機的電流環(huán)四象限的運行控制。本產品可以完全替代MSK公司的ir4361。提供了無刷電機電流閉環(huán)控制的通用硬件平臺，作為硬件接口電路模塊，外加速度環(huán)和位置環(huán)，就可以直接完成無刷電機的三閉環(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，而且對于軍品器件的國產化很有意義。
【IPC分類】H02P6-08
【公開號】CN104539201
【申請?zhí)枴緾N201410810510
【發(fā)明人】胡衛(wèi)鵬, 周勇軍, 張翔
【申請人】西安電子工程研究所
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月23日