一種永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)方法及電路的制作方法
【專利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于電機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)方法及電路?！尽颈尘凹夹g(shù)】】
[0002]在室內(nèi)空間測(cè)量定位系統(tǒng)中采用正弦波永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)光學(xué)機(jī)電轉(zhuǎn)子提供時(shí)差測(cè)量，其中電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性為該系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。
[0003]現(xiàn)有正弦波永磁同步電機(jī)存在以下問(wèn)題:
[0004]1)現(xiàn)有正弦波永磁同步電機(jī)采用PWM驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)，由于PWM控制具有較高的開(kāi)關(guān)頻率，使得電機(jī)的電流產(chǎn)生基波之外的高次諧波變化，從而引起電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)現(xiàn)象，直接影響電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性；
[0005]2)現(xiàn)有自控式正弦波永磁同步電機(jī)主要針對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)而設(shè)計(jì)，其所用編碼器在360°機(jī)械角只有一個(gè)零位脈沖，在一整周內(nèi)不能消除刻線積累誤差，導(dǎo)致控制隨之產(chǎn)生偏差，影響電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性；
[0006]3)現(xiàn)有正弦波永磁同步電機(jī)通常采用PID控制策略，其主要針對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的快速響應(yīng)而設(shè)計(jì)，而在穩(wěn)速控制系統(tǒng)中PID控制存在明顯不足，在傳統(tǒng)PID控制下，電機(jī)穩(wěn)定性會(huì)出現(xiàn)時(shí)漂現(xiàn)象，在短時(shí)內(nèi)出現(xiàn)比較明顯的控制滯后現(xiàn)象。
[0007]電機(jī)穩(wěn)速控制遇到技術(shù)瓶頸，因此，需要新的驅(qū)動(dòng)控制方法及新的驅(qū)動(dòng)電路消除或抑制以上問(wèn)題，進(jìn)而提高電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0008]本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供一種永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)方法及電路，以消除傳統(tǒng)PWM型電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的諧波干擾，有效降低編碼器積累誤差，并消除傳統(tǒng)PID控制缺陷。
[0009]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0010]—種永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，由驅(qū)動(dòng)控制模塊、電流檢測(cè)模塊、功率驅(qū)動(dòng)模塊及磁極位置檢測(cè)模塊組成;驅(qū)動(dòng)控制模塊包含了速度解算單元、速度控制單元、電流控制單元、解耦變化單元和正弦波控制單元；電流檢測(cè)模塊包括電流檢測(cè)電路、信號(hào)調(diào)理電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路組成;磁極位置檢測(cè)模塊包括磁極位置檢測(cè)傳感器和信號(hào)調(diào)理電路;驅(qū)動(dòng)控制模塊發(fā)出驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)，經(jīng)功率驅(qū)動(dòng)模塊輸入電機(jī)、電流檢測(cè)模塊檢測(cè)輸入電機(jī)的電流，并將電流信號(hào)反饋給驅(qū)動(dòng)控制模塊進(jìn)行比較控制，形成電流環(huán)控制回路;磁極位置檢測(cè)傳感器將電機(jī)磁極位置信號(hào)送入驅(qū)動(dòng)控制模塊進(jìn)行磁極位置及轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速解算，形成速度反饋控制回路。
[0011]進(jìn)一步，所述功率驅(qū)動(dòng)模塊包括數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、隔離電路和功率放大電路。
[0012]進(jìn)一步，所述磁極位置檢測(cè)傳感器采用多零位編碼器，多零位編碼器設(shè)置有η個(gè)參考零位，η>1。
[0013]進(jìn)一步，所述多零位編碼器的整個(gè)內(nèi)圓周上精確均布η個(gè)零位刻線，內(nèi)圈刻線個(gè)數(shù)η小于外圈刻線個(gè)數(shù)N，內(nèi)圈刻線精度于外圈刻線精度。
[0014]一種永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)方法，永磁同步電機(jī)穩(wěn)速控制通過(guò)PLL和PID雙模控制，在升速、減速過(guò)程中采用PID控制模式，電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)入穩(wěn)速狀態(tài)后切換至PLL控制模式；
[0015]升速、減速過(guò)程中速度環(huán)控制處于經(jīng)典PI控制模式，由標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速和磁極位置檢測(cè)傳感器獲取的實(shí)際檢測(cè)轉(zhuǎn)速的差值作為PI控制的輸入，轉(zhuǎn)速差經(jīng)在驅(qū)動(dòng)控制模塊中經(jīng)比例和積分作用后，其輸出作為電流環(huán)輸入，使電機(jī)轉(zhuǎn)速逼近到標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速附近；
[0016]當(dāng)轉(zhuǎn)速差小于某一閾值后，速度環(huán)控制切換為PLL軟件鎖相環(huán)模式，PLL鎖相模式產(chǎn)生三種誤差信號(hào):速度誤差、速度積分誤差和速度重積分誤差，將三者相加后經(jīng)低通濾波器濾波，作為電流環(huán)的給定輸入，在PLL鎖相模式下實(shí)現(xiàn)高精度的電機(jī)轉(zhuǎn)速控制。
[0017]進(jìn)一步，所述功率驅(qū)動(dòng)模塊包括數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、隔離電路和功率放大電路，驅(qū)動(dòng)電壓采用模擬正弦波驅(qū)動(dòng)。
[0018]進(jìn)一步，所述磁極位置檢測(cè)傳感器采用多零位編碼器，多零位編碼器設(shè)置有η個(gè)參考零位，η>1;在電機(jī)磁極的一個(gè)360°機(jī)械角進(jìn)行多次磁極位置測(cè)量，進(jìn)行多次精確控制。
[0019]本發(fā)明的永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)方法及電路，通過(guò)PLL和PID雙?？刂葡齻鹘y(tǒng)PID控制電機(jī)穩(wěn)定性會(huì)出現(xiàn)時(shí)漂現(xiàn)象導(dǎo)致的控制滯后現(xiàn)象，進(jìn)而提高電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性。
[0020]進(jìn)一步，所述功率驅(qū)動(dòng)模塊包括數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、隔離電路和功率放大電路，采用模擬正弦波驅(qū)動(dòng)技術(shù)，通過(guò)功率放大電路代替PWM波產(chǎn)生模塊，避免了諧波的產(chǎn)生，消除傳統(tǒng)PWM型電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的諧波干擾，消除驅(qū)動(dòng)電流產(chǎn)生高次諧波脈動(dòng)，抑制編碼器測(cè)量誤差。
[0021]進(jìn)一步，磁極位置檢測(cè)傳感器采用多零位編碼器，在電機(jī)磁極的一個(gè)360°機(jī)械角進(jìn)行多次磁極位置測(cè)量，進(jìn)行多次精確控制，有效降低編碼器積累誤差;提高控制穩(wěn)定度，同時(shí)降低了對(duì)編碼器的總體要求。
[0022]本發(fā)明可打破外國(guó)價(jià)格壟斷和技術(shù)封鎖，獲取自主產(chǎn)權(quán)，提高相應(yīng)測(cè)量設(shè)備的測(cè)量精度，可廣泛應(yīng)用于有高穩(wěn)定性轉(zhuǎn)速要求的儀器儀表行業(yè)。
【【附圖說(shuō)明】】
[0023]圖1是本發(fā)明永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路組成圖；
[0024]圖2是本發(fā)明永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制原理框圖；
[0025]圖3a是傳統(tǒng)PWM型驅(qū)動(dòng)示意圖；
[0026]圖3b是本發(fā)明模擬正弦波驅(qū)動(dòng)示意圖；
[0027]圖4是本發(fā)明模擬正弦波驅(qū)動(dòng)電路原理框圖；
[0028]圖5a是現(xiàn)有編碼器型式示意圖；
[0029]圖5b是本發(fā)明編碼器型式示意圖；
[0030]圖6是本發(fā)明的雙?？刂破鹘Y(jié)構(gòu)示意圖。
【【具體實(shí)施方式】】
[0031 ]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0032]本發(fā)明的永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路采用三相模擬正弦波驅(qū)動(dòng)技術(shù)，并采用多零位編碼器反饋和PLL穩(wěn)速控制的永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。它是由驅(qū)動(dòng)控制模塊、電流檢測(cè)模塊、功率驅(qū)動(dòng)模塊及磁極位置檢測(cè)模塊4個(gè)部分組成，見(jiàn)附圖1。
[0033]驅(qū)動(dòng)控制模塊包含了速度解算單元、速度控制單元、電流控制單元、解耦變化單元和正弦波控制單元；電流檢測(cè)模塊主要由電流檢測(cè)電路、信號(hào)調(diào)理電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路組成;功率驅(qū)動(dòng)模塊是由數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、隔離電路和功率放大電路組成;磁極位置檢測(cè)模塊包括位置檢測(cè)傳感器和信號(hào)調(diào)理電路兩部分組成。
[0034]其工作原理是，驅(qū)動(dòng)控制模塊發(fā)出驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)，經(jīng)功率驅(qū)動(dòng)模塊輸入電機(jī)、電流檢測(cè)模塊檢測(cè)輸入電機(jī)的電流，并將電流信號(hào)反饋給驅(qū)動(dòng)控制模塊進(jìn)行比較控制，從而形成電流環(huán)控制回路。電機(jī)在通入電流后產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)拖動(dòng)永磁體轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，同時(shí)磁極位置檢測(cè)傳感器開(kāi)始工作，位置檢測(cè)傳感器將磁極位置信號(hào)送入驅(qū)動(dòng)控制模塊進(jìn)行磁極位置及轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速解算，形成速度反饋控制回路，如圖2所示。
[0035]穩(wěn)速控制通過(guò)PLL和PID雙?？刂扑惴ㄍ瓿?。