专利名称：用于永磁同步电机闭环控制的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及永磁同步电机控制领域，特别涉及一种用于永磁同步电机闭环控制的装置。
背景技术：
空间矢量脉宽调制(SVPWM)的思想首次提出是在上世纪70年代，后来SVPWM理论 和算法得到了很大的发展。目前SVPWM算法是最流行的永磁同步电机高性能交流伺服驱动 系统实现技术之一。由于应用于永磁同步电机控制领域的基于空间矢量脉宽调制的闭环控制算法较 为复杂，目前的硬件电路实现主要是在高性能数字信号处理器(DSP)上实现的。TI (德州仪 器)公司推出了用于控制电机的2000系列DSP芯片，ADI公司推出了控制电机的系列专用 芯片。专用芯片由于其功能针对性，可以根据空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法的特定要求 进行实现，但是DSP和专用芯片设计周期长，不便于再配置。本发明提出的方案不仅解决了 空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法在硬件电路难以实现以及占用硬件资源大这一问题，同时 还可针对特定电机进行配置和重构，实现控制方案的灵活高效应用。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种应用于永磁同步电机闭环控制的装置。根据本发明的一个方面，提供一种永磁同步电机闭环控制的装置包括电流采样恢复模块、闭环反馈控制模块、电压坐标逆转换模块及空间矢量脉宽调 制模块；其中，所述电流采样恢复模块，将两相电流模拟信号恢复为三相电流数字信号iu、
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丄V、丄W ，所述闭环反馈控制模块，对所述三相电流数字信号iu、iv、iw进行处理，从而得到两 相转子电压VtnVtl;所述电压坐标逆转换模块，将所述两相转子电压vd、、转换为正弦波形反馈控制 电压；所述空间矢量脉宽调制模块所述正弦波形反馈控制电压进行处理，生成控制永磁 同步电机运转的六路开关信号。根据本发明提供的应永磁同步电机的闭环控制的装置在保证电机控制精度的前 提下，对整个控制算法进行优化设计实现，并且硬件电路还可根据特定电机调整电机参数 和死区时间，这样可以缩短设计周期，使其灵活应用于不同型号的永磁同步电机。
图1是本发明实施例提供的应用于永磁同步电机闭环控制的装置的结构框图；图2是图1所示装置中闭环反馈控制模块的结构框图3是图1所示装置中空间矢量脉宽调制模块的结构框图。本发明目的、功能及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施例方式参见图1，本发明实施例提供的应用于永磁同步电机的闭环控制的装置包括电 流采样恢复模块110、闭环反馈控制模块220、电压坐标逆转换模块330源PFC控制模块 440、有过温过压过流保护模块550及空间矢量脉宽调制模块660。其中，电流采样恢复模块 110将两相电流模拟信号恢复为三相电流数字信号iu、iv、iw。电流采样恢复模块110包括 第一相电流采样控制单元及第二相电流采样控制单元。第一相电流采样控制单元，将永磁 同步电机定子电流iu模拟信号转成数字信号。第二相电流采样控制单元，将永磁同步电机 定子电流iw模拟信号转成数字信号。闭环反馈控制模块220对三相电流数字信号iu、iv、iw进行处理，从而得到两相转 子电压Vd、V(1。参见图2，闭环反馈控制模块220包括电流坐标转换单元2201、力矩计算单元 2202、速度估计单元2203、第一加法器2204、第二加法器2206、第三加法器2207、算术逻辑 运算单元2210及比例积分调节器。其中，电流坐标转换单元2201将永磁同步电机三相定 子电流iu、iv、iw进行坐标转换得到id、、。电流坐标转换单元2201包括第一电流坐标变换 子单元及第二电流坐标变换子单元。第一电流坐标变换子单元将永磁同步电机三相定子电 流iu、iv、iw转换到两相静止坐标系电流ia、ie。第二电流坐标变换子单元将两相静止坐标 系电流ia、ie转换到两相转子坐标系电流id、、。例如，通过数学变换将电机三相电流iu、
转换成为定子两相坐标系下的ia、i”数学变换的公式为
权利要求
1.一种用于永磁同步电机的闭环控制的装置，其特征在于，包括电流采样恢复模块、闭环反馈控制模块、电压坐标逆转换模块及空间矢量脉宽调制模块；其中，所述电流采样恢复模块，将两相电流模拟信号恢复为三相电流数字信号iu、iv、i .丄W，所述闭环反馈控制模块，对所述三相电流数字信号iu、iv、iw进行处理，从而得到两相转 子电压vd、V(1 ；所述电压坐标逆转换模块，将所述两相转子电压Vd、Vq转换为正弦波形反馈控制电压； 所述空间矢量脉宽调制模块，对所述正弦波形反馈控制电压进行处理，生成控制永磁 同步电机运转的六路开关信号。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电流采样恢复模块包括 第一相电流采样控制单元及第二相电流采样控制单元；所述第一相电流采样控制单元，将永磁同步电机定子电流‘模拟信号转成数字信号； 所述第二相电流采样控制单元，将永磁同步电机定子电流iw模拟信号转成数字信号。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述闭环反馈控制模块包括电流坐标转换单元、力矩计算单元、速度估计单元、算术逻辑运算单元及比例积分调节器；电流坐标转换单元，将永磁同步电机三相定子电流iu、iv、iw进行坐标转换得到id、iq ； 力矩计算单元，在所述算术逻辑运算单元配合下，通过所述id、iq计算电磁力矩Te ； 速度估计单元，在所述算术逻辑运算单元配合下，通过所述T6进行速度和位置估计得 到速度当前速度ω和当前转子位置θ ；比例积分调节器，在所述算术逻辑运算单元配合下，对所述速度ω与给定的速度Coref 形成的速度反馈环进行调节，得到；对与坐标变换得到的、形成的电流反馈环进 行调节，得到转子电压Vq ；对采用idref = O的控制方式，与反馈得到的id形成的电流反馈环 进行调节，得到转子电压Vd;所述是电流在转子两相坐标系上的交轴分量；所述id是电流在转子两相坐标系上的 直轴分量；所述Vd、Vq是空间矢量脉宽调制的输入值。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述电流坐标转换单元包括 第一电流坐标变换子单元及第二电流坐标变换子单元；所述第一电流坐标变换子单元，将永磁同步电机三相定子电流iu、iv、iw转换到两相静 止坐标系电流ia、ie。所述第二电流坐标变换子单元，将两相静止坐标系电流ia、ie转换到两相转子坐标系 电流id、if
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述比例积分调节器包括第一比例积分调节子单元，对所述估算的速度ω与给定的速度形成的速度反馈 环进行调节，得到；第二比例积分调节子单元，对与反馈得到的、形成的电流反馈环进行调节，得到 转子电压第三比例积分调节子单元，对采用idref = O的控制方式，与反馈得到的id形成的电流反馈环进行调节，得到电压Vd。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述空间矢量脉宽调制模块包括 判断单元，根据转子角度输出判断出的扇区信息；电压坐标转换单元，利用Vd、Vq坐标变换得到三相控制电压Vu、Vv, Vw ； 两两相减单元，根据三相电压值vu，Vv, Vw求得开关导通时间的辅助变量X、Y、Z ；所述
7.根据权利要求1-6任一项所述的装置，其特征在于，还包括 有源PFC控制模块，所述有源PFC控制模块对电源进行功率补偿。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括过温过压过流保护模块，所述过温 过压过流保护模块包括过温过压过流采样控制接口、多路选择控制单元及故障检测单元； 所述过温过压过流采样控制接口，采样电机工作时的温度、直流母线电压和直流母线 电流，将采集到的模拟信号转化成数字信号；多路选择控制单元，控制所述过温过压过流采样控制接口在不同的时刻对电机工作时 的温度、直流母线电压和直流母线电流分别进行采集，实现时分复用采样； 故障检测单元，在出现过温、过流、过压故障时，进行报错。
全文摘要
公开了一种用于永磁同步电机闭环控制的装置包括电流采样恢复模块、闭环反馈控制模块、电压坐标逆转换模块及空间矢量脉宽调制模块；根据本发明提供的应永磁同步电机的闭环控制的装置在保证电机控制精度的前提下，对整个控制算法进行优化设计实现，并且硬件电路还可根据特定电机调整电机参数和死区时间，这样可以缩短设计周期，使其灵活应用于不同型号的永磁同步电机。
文档编号H02P21/14GK102122915SQ201110087809
公开日2011年7月13日 申请日期2011年4月8日 优先权日2011年4月8日
发明者任雁鹏, 梁利平, 毕卉 申请人:中国科学院微电子研究所