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，與之相對(duì)應(yīng)，故障指示燈裝置包括過 熱故障指示燈和超溫故障指示燈，過熱故障指示燈和超溫故障指示燈分別經(jīng)過所述光源驅(qū) 動(dòng)電路與所述控制模塊相連接；母線電壓采樣電路依次經(jīng)過第二線性光禪隔離模塊、母線 電壓采樣運(yùn)放電路與所述控制模塊相連接；與之相對(duì)應(yīng)，故障指示燈裝置包括欠壓故障指 示燈、過壓故障指示燈、過載故障指示燈和過流故障指示燈，欠壓故障指示燈、過壓故障指 示燈、過載故障指示燈和過流故障指示燈分別經(jīng)過所述光源驅(qū)動(dòng)電路與所述控制模塊相連 接。實(shí)際應(yīng)用過程當(dāng)中，控制模塊采用TI公司的新一代低功耗、高速、高精度的數(shù)字信號(hào) 處理器值SP)--TMS320F2812忍片，該忍片是工業(yè)界首批32的控制專用、內(nèi)含閃存W及 高達(dá)150MIPS的數(shù)字信號(hào)處理器，?？跒楣I(yè)自動(dòng)化、光學(xué)網(wǎng)絡(luò)和電機(jī)控制等應(yīng)用而設(shè)計(jì)， 忍片內(nèi)核是當(dāng)今數(shù)字控制應(yīng)用方面性能最高的DSP內(nèi)核；由于旋轉(zhuǎn)變壓器是一種精密控 制微電機(jī)，具有運(yùn)行可靠的特點(diǎn)，因此運(yùn)里采用旋轉(zhuǎn)變壓器作為電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器，并且 針對(duì)具有勵(lì)磁功能的解碼裝置，采用AD公司?？诘腞D轉(zhuǎn)換忍片AD2S1200作為解碼裝置，AD2S1200解碼裝置內(nèi)置了旋變的勵(lì)磁輸出，只需要經(jīng)過放大即可，它可將旋變的正余弦輸 出轉(zhuǎn)換為可配置的10位~16位數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換精度高達(dá)11分；智能功率驅(qū)動(dòng)模塊選用了=菱 公司的第五代智能功率模塊（IPM)，它將IGBTW及外圍驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路集成在一個(gè)模塊 內(nèi)，縮小了產(chǎn)品體積，縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期。TMS320F2812忍片生成的6路電機(jī)PWM控制信號(hào) 經(jīng)過由電平轉(zhuǎn)換模塊指向智能功率驅(qū)動(dòng)模塊的單向數(shù)據(jù)信號(hào)隔離鏈路進(jìn)行光禪隔離后，送 至智能功率驅(qū)動(dòng)模塊（IPM)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了控制器內(nèi)的強(qiáng)弱電隔離；控制器的外部設(shè)定 輸入可W通過RS422通信接口或者模擬設(shè)定給出；控制器同時(shí)集成了溫度檢測(cè)，電壓檢測(cè)， 電流檢測(cè)，缺相保護(hù)，過載保護(hù)和功率故障檢測(cè)結(jié)構(gòu)，可W通過所設(shè)計(jì)故障指示燈裝置中各 個(gè)相對(duì)應(yīng)的故障指示燈進(jìn)行相應(yīng)報(bào)警。
[0027] 本發(fā)明所設(shè)計(jì)基于矢量控制的永磁同步電機(jī)控制器中的電路為數(shù)?；旌?、強(qiáng)弱電 混合電路，為避免功率電干擾控制電路，其中，母線電壓采樣電路與主控制電路通過第二線 性光禪隔離模塊進(jìn)行隔離，溫度檢測(cè)電路與主控制電路通過第一線性光禪隔離模塊進(jìn)行隔 離，PWM控制信號(hào)與IPM保護(hù)信號(hào)分別采用單向數(shù)據(jù)信號(hào)隔離鏈路進(jìn)行光禪隔離，RS422通 信接口與主控制電路采用光禪隔離模塊進(jìn)行光禪隔離，外部?jī)H為所設(shè)計(jì)永磁同步電機(jī)控制 器提供28V控制電源和巧70V功率電源，其它電源均需由內(nèi)部DC/DC模塊轉(zhuǎn)換獲得。
[0028] 本發(fā)明所設(shè)計(jì)基于矢量控制的永磁同步電機(jī)控制器在實(shí)際加工工藝上面，還做了 如下設(shè)計(jì)考量，其一是關(guān)于電磁兼容方面的設(shè)計(jì)，電磁兼容設(shè)計(jì)是指設(shè)備在一定的電磁環(huán) 境中能夠正常的工作，并且不對(duì)該環(huán)境中的任何事物構(gòu)成不能承受的電磁干擾的能力，設(shè) 計(jì)的目的就是使設(shè)計(jì)的電子設(shè)備或系統(tǒng)在預(yù)期的電磁環(huán)境中實(shí)現(xiàn)電磁兼容。因此，加工工 藝主要做如下考慮：首先是印制板布線，先確定元器件在板上的位置，然后布置地線、電源 線，再安排高速信號(hào)線，最后考慮低速信號(hào)線。元器件的位置應(yīng)按電源電壓、數(shù)字模擬電路、 速度快慢、電流大小等進(jìn)行分組，W免相互干擾。同時(shí)將所有的電連接器安排在印制板的一 側(cè)，盡量避免從兩側(cè)引出電纜，減小共模福射。然后是屏蔽設(shè)計(jì)，屏蔽用來抑制電磁干擾沿 空間的傳播，即是切斷福射干擾的傳播途徑。整個(gè)控制器機(jī)殼采用全密封設(shè)計(jì)，功率驅(qū)動(dòng)與 控制板之間用屏蔽板隔離。所有外接信號(hào)線都采用頻率電纜，并將屏蔽層可靠接地。最后 是降低電磁福射，一般綜合系統(tǒng)中，電機(jī)及驅(qū)動(dòng)都作為福射源存在。合適的開關(guān)頻率及PWM 波形可W有效的降低電磁福射的高頻成分。另外在驅(qū)動(dòng)電路部分增加合適的吸收電路可W 有效的降低電磁福射能量。另外控制器內(nèi)部的功率電路走線會(huì)極大的影響控制器的福射量 級(jí)，運(yùn)是因?yàn)镻WM斬波中的高頻成分會(huì)由于導(dǎo)線上的寄生電感產(chǎn)生能量較大的高頻福射， 所W布線設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量減少導(dǎo)線寄生電感，建議用大面積平面導(dǎo)線傳導(dǎo)電流。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上 盡量避免功率電路在控制器內(nèi)部形成回路，而應(yīng)保持直進(jìn)直出的電路結(jié)構(gòu)。
[0029] 其二是熱設(shè)計(jì)，熱設(shè)計(jì)對(duì)提高產(chǎn)品的可靠性至關(guān)重要，良好的散熱直接關(guān)系到產(chǎn) 品的運(yùn)行狀態(tài)和壽命。因此，在設(shè)計(jì)過程中，主要在W下幾個(gè)方面進(jìn)行了熱設(shè)計(jì)考慮：首先 是功率器件的冷卻，電機(jī)控制中的功率器件需要流過電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流，它的開關(guān)損耗和管 壓降損耗會(huì)在功率器件本身產(chǎn)生較大的熱量，一般損耗都在總功率的5%左右。設(shè)計(jì)中我 們選擇液冷對(duì)功率器件進(jìn)行冷板散熱，有效的降低控制器的體積要求，并有很好的冷卻效 果，保持額定負(fù)載下冷板溫升不超過20度。其次是電解電容散熱，電機(jī)控制中侶電解電容 用于濾除控制中產(chǎn)生的高次諧波，該諧波具有頻率高、能量大的特點(diǎn)，會(huì)使電容有一定的溫 升，而電容的工作溫度直接關(guān)系到電容的壽命和可靠性。本次設(shè)計(jì)中將電解電容用定制的 夾板固定在控制箱體上，并在電解電容底部與殼體接觸部位用導(dǎo)熱硅膠固定，一來增加控 制器抗振動(dòng)能力，二來降低熱阻。另外有效濾除電解電容上的高頻分量會(huì)極大程度上降低 電容的損耗，設(shè)計(jì)中還選用用高頻無感CBB電容并聯(lián)在電解電容接線端上和IPM接線端上。 最后是控制板電子元器件布局，印制板上的器件盡可能按其發(fā)熱量大小及散熱程度分區(qū)排 列，發(fā)熱量大或耐熱性差的器件散熱較好的部位，在水平方向上將充分利用控制器殼體進(jìn) 行散熱，并在控制器外殼上增加散熱筋。
[0030] 其=是環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)，環(huán)境適應(yīng)性包括高低溫設(shè)計(jì)、抗振動(dòng)能力、防水防塵、防 雨淋、煙霧等，在元器件選擇上充分考慮了產(chǎn)品的高低溫適應(yīng)能力；在抗振動(dòng)方面，首先在 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上進(jìn)行考慮，其次在裝配上給予考慮；并且產(chǎn)品生產(chǎn)中再進(jìn)行其它防護(hù)處理；特 別要強(qiáng)調(diào)的是，由于控制器應(yīng)用環(huán)境振動(dòng)量級(jí)較大，控制器結(jié)構(gòu)采用框架式結(jié)構(gòu)，即采用一 體化成型的侶制框架作為控制器整體的支撐部件，其它器件與部件均安裝在框架上?？蚣?安裝上采用抗振膠墊在增強(qiáng)產(chǎn)品的抗高頻振動(dòng)能力。
[0031] 綜上，本發(fā)明所設(shè)計(jì)基于矢量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 、缺相保護(hù)、過載保護(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)。
[0032] 轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量控制是永磁同步電機(jī)使用較為廣泛的一種控制方式，其基本原 理是通過坐標(biāo)變換，在轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的同步坐標(biāo)軸系上對(duì)電機(jī)的磁場(chǎng)電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行 解禪控制，使其具有和傳統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)相同的運(yùn)行性能。即在轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的同步坐標(biāo)軸 系上，將定子電流矢量分解為磁場(chǎng)電流和轉(zhuǎn)矩電流，對(duì)其分別獨(dú)立地進(jìn)行控制。
[0033] 對(duì)永磁同步電機(jī)，在忽略鐵忍飽和、不計(jì)磁滯損耗、轉(zhuǎn)子上沒有阻尼繞組、永磁材 料的電導(dǎo)率為零W及相繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形是正弦的條件下，若不考慮轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的凸極 效應(yīng)，即旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系直軸的自感與旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系交軸的自感相等，取永磁體基波勵(lì)磁磁場(chǎng)軸 線為d軸（直軸），而q軸（交軸）順著旋轉(zhuǎn)方向超前d軸90°電角度，由d軸（直軸）和 q軸構(gòu)成旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系隨同轉(zhuǎn)子W電角速度（電角頻率）旋轉(zhuǎn)，它的空間坐標(biāo)W d軸與參考軸as軸（as軸為A相繞組軸線）間的電角度0來確定。經(jīng)過坐標(biāo)變換后的旋 轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，永磁同步電動(dòng)機(jī)的基本電流方程可表示為：
[0035]將旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的兩相電壓轉(zhuǎn)換為定子A、B、C相上的S相電壓：
[0037] 電機(jī)穩(wěn)態(tài)電壓方程可表示為：
[003引0'" =/?乂，-巧Z" -妨,'(//
[0039]嗚二化./, +巧Z/','
[0040] 永磁同步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩可表示為：
[00川 Tem=-P」IMq+ (Ld-Lq)IdIq
[004引由Ld=Lq=L，可簡(jiǎn)化為：r。,, = -A爪/,,，式中，Ud和Uq分別為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系直軸電 壓值、旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系交軸電壓值，Id和Iq分別為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系直軸電流值、旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系交軸電流 值；Ia、Ib、Ic為永磁同步電機(jī)的當(dāng)前立相電流值；P。為永磁同步電機(jī)的極對(duì)數(shù)；g/為永磁體 基波勵(lì)磁磁場(chǎng)鏈過定子繞組的磁鏈；em為空載電動(dòng)勢(shì)。
[0043] 由上式可見，經(jīng)過坐標(biāo)變換后，永磁同步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩公式獲得了和直流電動(dòng) 機(jī)轉(zhuǎn)矩一樣的表達(dá)式，所W通過檢測(cè)定制繞組電流和轉(zhuǎn)子位置角度，根據(jù)帕克變換