一種基于矢量控制的永磁同步電機(jī)控制器及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種基于矢量控制的永磁同步電機(jī)控制器及控制方法，屬于電機(jī)設(shè)計(jì) 控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)基于永磁同步電機(jī)的功率驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)開(kāi)始廣泛應(yīng)用于快速、精確的工業(yè)驅(qū)動(dòng) 控制領(lǐng)域，并且功率越來(lái)越大，W及要求其具有動(dòng)態(tài)特性?xún)?yōu)良，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和時(shí)間常數(shù)較小， 運(yùn)行可靠，維護(hù)方便等特點(diǎn)。但是現(xiàn)有的永磁同步電機(jī)控制器，無(wú)法實(shí)現(xiàn)上述特點(diǎn)，因此，現(xiàn) 有市場(chǎng)上需要一臺(tái)能滿(mǎn)足上述技術(shù)特點(diǎn)的永磁同步電機(jī)控制器，用W提高實(shí)際應(yīng)用中的工 作效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種采用全數(shù)字化設(shè)計(jì)， 具有體積小、質(zhì)量輕、控制精度高優(yōu)點(diǎn)，能夠有效提高實(shí)際應(yīng)用中安全可靠性及工作效率的 基于矢量控制的永磁同步電機(jī)控制器。
[0004] 本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問(wèn)題采用W下技術(shù)方案：本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種基于矢量控 制的永磁同步電機(jī)控制器，為具有速度環(huán)和電流環(huán)的雙閉環(huán)控制器；包括模擬速度設(shè)定裝 置、交流=相輸入、旋轉(zhuǎn)變壓器、智能功率驅(qū)動(dòng)模塊、控制模塊，W及分別與控制模塊相連接 模擬調(diào)理電路、=相電流采用調(diào)理電路、電平轉(zhuǎn)換模塊、具有勵(lì)磁功能的解碼裝置；其中，模 擬速度設(shè)定裝置經(jīng)過(guò)模擬調(diào)理電路與控制模塊相連接；交流=相輸入經(jīng)過(guò)=相電流采用調(diào) 理電路與控制模塊相連接；旋轉(zhuǎn)變壓器經(jīng)過(guò)具有勵(lì)磁功能的解碼裝置與控制模塊相連接； 智能功率驅(qū)動(dòng)模塊經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換模塊與控制模塊相連接，且智能功率驅(qū)動(dòng)模塊與電平轉(zhuǎn)換 模塊之間通過(guò)兩條單向數(shù)據(jù)通信鏈路，其中，一條單向數(shù)據(jù)通信鏈路由電平轉(zhuǎn)換模塊指向 智能功率驅(qū)動(dòng)模塊，另一條單向數(shù)據(jù)通信鏈路由智能功率驅(qū)動(dòng)模塊指向電平轉(zhuǎn)換模塊。
[0005] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：還包括與所述控制模塊相連接的RS422通信接 P。
[0006] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：還包括光禪隔離模塊，所述RS422通信接口經(jīng) 過(guò)光禪隔離模塊與所述控制模塊相連接。
[0007] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：還包括故障指示燈裝置和光源驅(qū)動(dòng)電路，故障 指示燈裝置經(jīng)過(guò)光源驅(qū)動(dòng)電路與所述控制模塊相連接。
[0008] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：還包括溫度檢測(cè)電路和溫度采樣運(yùn)放電路，溫 度檢測(cè)電路經(jīng)過(guò)溫度采樣運(yùn)放電路與所述控制模塊相連接；所述故障指示燈裝置包括過(guò)熱 故障指示燈和超溫故障指示燈，過(guò)熱故障指示燈和超溫故障指示燈分別經(jīng)過(guò)所述光源驅(qū)動(dòng) 電路與所述控制模塊相連接。
[0009] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：還包括第一線(xiàn)性光禪隔離模塊，所述溫度檢測(cè) 電路依次經(jīng)過(guò)第一線(xiàn)性光禪隔離模塊、溫度采樣運(yùn)放電路與所述控制模塊相連接。
[0010] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：還包括母線(xiàn)電壓采樣電路和母線(xiàn)電壓采樣運(yùn)放 電路，母線(xiàn)電壓采樣電路經(jīng)過(guò)母線(xiàn)電壓采樣運(yùn)放電路與所述控制模塊相連接；所述故障指 示燈裝置包括欠壓故障指示燈、過(guò)壓故障指示燈、過(guò)載故障指示燈和過(guò)流故障指示燈，欠壓 故障指示燈、過(guò)壓故障指示燈、過(guò)載故障指示燈和過(guò)流故障指示燈分別經(jīng)過(guò)所述光源驅(qū)動(dòng) 電路與所述控制模塊相連接。
[0011] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：還包括第二線(xiàn)性光禪隔離模塊，所述母線(xiàn)電壓 采樣電路依次經(jīng)過(guò)第二線(xiàn)性光禪隔離模塊、母線(xiàn)電壓采樣運(yùn)放電路與所述控制模塊相連 接。
[0012] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述智能功率驅(qū)動(dòng)模塊與電平轉(zhuǎn)換模塊之間的 兩條單向數(shù)據(jù)通信鏈路均為單向數(shù)據(jù)信號(hào)隔離鏈路。
[0013] 本發(fā)明所述一種基于矢量控制的永磁同步電機(jī)控制器采用W上技術(shù)方案與現(xiàn)有 技術(shù)相比，具有W下技術(shù)效果：本發(fā)明所設(shè)計(jì)基于逆變器與空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)控制的 永磁同步電機(jī)控制器，采用全數(shù)字化設(shè)計(jì)，結(jié)合智能功率驅(qū)動(dòng)模塊，引入強(qiáng)弱電隔離技術(shù)構(gòu) 建控制器硬件結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的全數(shù)字化、智能化和小型化特點(diǎn)，而且所設(shè)計(jì)永磁同步電 機(jī)控制器集成了溫度檢測(cè)、電壓檢測(cè)、電流檢測(cè)、缺相保護(hù)、過(guò)載保護(hù)和功率故障檢測(cè)結(jié)構(gòu)， 有效提高了實(shí)際應(yīng)用中安全可靠性及工作效率，具有控制精度高優(yōu)點(diǎn)。
[0014] 與此相應(yīng)，針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于矢量 控制的永磁同步電機(jī)控制器的控制方法，基于本發(fā)明所設(shè)計(jì)的永磁同步電機(jī)控制器，采用 先進(jìn)的空間矢量解禪控制算法，并結(jié)合改進(jìn)型PI控制策略，針對(duì)永磁同步電機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)磁 場(chǎng)定向控制，始終保持了最大轉(zhuǎn)矩輸出，有效保證了永磁同步電機(jī)的工作效率。
[0015] 本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問(wèn)題采用W下技術(shù)方案：本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種針對(duì)基于矢 量控制的永磁同步電機(jī)控制器的控制方法，包括如下步驟：
[0016] 步驟001.獲得當(dāng)前電機(jī)轉(zhuǎn)速和當(dāng)前轉(zhuǎn)子位置角，并進(jìn)入步驟002;
[0017] 步驟002.根據(jù)設(shè)定電機(jī)轉(zhuǎn)速和當(dāng)前電機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)行速度環(huán)PI計(jì)算，獲得旋轉(zhuǎn)坐標(biāo) 系交軸設(shè)定電流值，并進(jìn)入步驟003 ;
[001引步驟003.獲得永磁同步電機(jī)的當(dāng)前S相電流值，并根據(jù)當(dāng)前轉(zhuǎn)子位置角，將永磁 同步電機(jī)的當(dāng)前=相電流值轉(zhuǎn)換為當(dāng)前旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系直軸電流值和當(dāng)前旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系交軸電 流值，并進(jìn)入步驟004 ;
[0019] 步驟004.分別獲得當(dāng)前旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系直軸電流值與預(yù)設(shè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系直軸電流值之 間的誤差值，W及當(dāng)前旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系交軸電流值與旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系交軸設(shè)定電流值之間的誤差 值，并將該兩個(gè)誤差值輸入電流環(huán)，使用=矢量合成磁通法，依據(jù)伏秒平衡原則，進(jìn)行電流 環(huán)PI計(jì)算，獲得旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系直軸電壓值和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系交軸電壓值，并進(jìn)入步驟005 ;
[0020] 步驟005.將旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系直軸電壓值和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系交軸電壓值，轉(zhuǎn)換至靜止坐標(biāo) 系下的正交電壓值，并針對(duì)該正交電壓值進(jìn)行反變換獲得永磁同步電機(jī)=相設(shè)定電壓值， 然后進(jìn)入步驟006 ;
[0021] 步驟006.根據(jù)永磁同步電機(jī)=相設(shè)定電壓值，通過(guò)PWM占空比方法獲得永磁同步 電機(jī)設(shè)定電壓矢量，進(jìn)行雙=角矢量合成，輸送至永磁同步電機(jī)進(jìn)行控制，針對(duì)永磁同步電 機(jī)實(shí)現(xiàn)最大轉(zhuǎn)矩輸出。
[0022] 本發(fā)明所述一種針對(duì)基于矢量控制的永磁同步電機(jī)控制器的控制方法采用W上 技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有W下技術(shù)效果：本發(fā)明所設(shè)計(jì)針對(duì)基于矢量控制的永磁同 步電機(jī)控制器的控制方法，基于本發(fā)明所設(shè)計(jì)的永磁同步電機(jī)控制器，采用全數(shù)字化處理 技術(shù)，引入先進(jìn)的空間矢量解禪控制算法，并結(jié)合改進(jìn)型PI控制策略，針對(duì)永磁同步電機(jī) 進(jìn)行實(shí)時(shí)磁場(chǎng)定向控制，始終保持了最大轉(zhuǎn)矩輸出，并且集成了溫度檢測(cè)、電壓檢測(cè)、電流 檢測(cè)、缺相保護(hù)、過(guò)載保護(hù)和功率故障檢測(cè)功能，有效提高了永磁同步電機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中安 全可靠性及工作效率，具有控制精度高的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 圖1是本發(fā)明設(shè)計(jì)基于矢量控制的永磁同步電機(jī)控制器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖2是本發(fā)明所設(shè)計(jì)針對(duì)基于矢量控制的永磁同步電機(jī)控制器的控制方法的矢 量控制結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖針對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0026] 如圖1所示，本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種基于矢量控制的永磁同步電機(jī)控制器，為具有速 度環(huán)和電流環(huán)的雙閉環(huán)控制器；在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中，包括模擬速度設(shè)定裝置、交流=相 輸入、旋轉(zhuǎn)變壓器、智能功率驅(qū)動(dòng)模塊、RS422通信接口、故障指示燈裝置、第一線(xiàn)性光禪隔 離模塊、溫度檢測(cè)電路、第二線(xiàn)性光禪隔離模塊、母線(xiàn)電壓采樣電路、控制模塊，W及分別 與控制模塊相連接模擬調(diào)理電路、=相電流采用調(diào)理電路、電平轉(zhuǎn)換模塊、光禪隔離模塊、 光源驅(qū)動(dòng)電路、溫度采樣運(yùn)放電路、母線(xiàn)電壓采樣運(yùn)放電路、具有勵(lì)磁功能的解碼裝置；其 中，模擬速度設(shè)定裝置經(jīng)過(guò)模擬調(diào)理電路與控制模塊相連接；RS422通信接口經(jīng)過(guò)光禪隔 離模塊與所述控制模塊相連接；交流=相輸入經(jīng)過(guò)=相電流采用調(diào)理電路與控制模塊相連 接；旋轉(zhuǎn)變壓器經(jīng)過(guò)具有勵(lì)磁功能的解碼裝置與控制模塊相連接；智能功率驅(qū)動(dòng)模塊經(jīng)過(guò) 電平轉(zhuǎn)換模塊與控制模塊相連接，且智能功率驅(qū)動(dòng)模塊與電平轉(zhuǎn)換模塊之間通過(guò)兩條單向 數(shù)據(jù)通信鏈路，其中，一條單向數(shù)據(jù)通信鏈路由電平轉(zhuǎn)換模塊指向智能功率驅(qū)動(dòng)模塊，用于 輸送PWM控制信號(hào)，另一條單向數(shù)據(jù)通信鏈路由智能功率驅(qū)動(dòng)模塊指向電平轉(zhuǎn)換模塊，用 于輸送IPM保護(hù)信號(hào)，并且該兩條單向數(shù)據(jù)通信鏈路均為單向數(shù)據(jù)信號(hào)隔離鏈路；故障指 示燈裝置經(jīng)過(guò)光源驅(qū)動(dòng)電路與所述控制模塊相連接；溫度檢測(cè)電路依次經(jīng)過(guò)第一線(xiàn)性