一种基于mcu的开关磁阻电机控制器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于MCU的开关磁阻电机控制器。基于MCU的开关磁阻电机控制器包括CAN通信模块、MCU模块、旋转变压器解码模块、功率驱动模块、电流传感器模块、母线电压检测模块、制动模块和整流滤波模块。本实用新型采用32位STM32F103单片机来作为主控制芯片，它保持了传统单片机编程容易、灵活性和适应性好、升级方便等优点；同时也有很高的运算精度、运算速度和处理大量数据的能力。同时,本实用新型采用旋转编码器进行测速，具有抗振动性强，采用CAN通信方式与上位机通信，具有抗干扰性强和环境适用性好。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于电力电子【技术领域】，具体涉及一种基于MCU的开关磁阻电机控制 器。 -种基于MCU的开关磁阻电机控制器
【背景技术】
[0002] 开关磁阻电机调速是继直流调速、交流调速后发展起来的一种新型的调速系统， 由开关磁阻电机及控制器两部分组成。电机为定转子双凸极结构，转子上无绕组及永磁 体，定子上有集中绕组，电机结构简单可靠。控制器主要由嵌入式微处理器、可编程逻辑器 件、外围接口电路、驱动电路及控制软件组成。该调速系统具有高效节能、调速范围宽、起动 电流小，起动转矩大、可频繁起停及正反转切换、高转矩/惯量比及可四象限运行等优点， 能够为变速驱动提供一个好的解决方案。本实用新型设计了基于MCU的开关磁阻电机控制 器，该控制器能够满足大部分通用调速场合性能的要求，而且成本低，便于推广应用。
【发明内容】
[0003] 本实用新型针对现有技术的不足，提出一种基于MCU的开关磁阻电机控制器。
[0004] 为实现以上目的，本实用新型采用的技术方案为：
[0005] -种基于MCU的开关磁阻电机控制器包括CAN通信模块、MCU模块、旋转变压器解 码模块、功率驱动模块、电流传感器模块、母线电压检测模块、制动模块和整流滤波模块；
[0006] 所述的CAN通信模块采用自带隔离的CAN收发器IS01050 ;所述的MCU模块采用32 位STM32F103单片机；所述的旋转变压器解码模块包括旋转变压器和旋转变压器解码芯片 AD2S1205 ;所述的功率驱动模块包括带有过流保护的IGBT驱动芯片A316J、4块半桥IGBT 模块SKM100GAR123D和4块半桥IGBT模块SKM100GAL123D组成4路不对称桥；所述的电流 传感器模块采用电流传感器CSNP661 ;所述的整流滤波模块和母线电压检测模块构成母线 电压检测功能；所述的整流滤波模块和制动模块构成放电功能。
[0007] 所述的MCU模块的4路PWM输出管脚与功率驱动模块的IGBT驱动芯片的信号输 入管脚相连，功率驱动模块的驱动芯片的电流过流报警反馈引脚与MCU模块的普通I/O 口 相连，功率驱动模块输入电压连接到整流滤波模块，整流滤波模块与母线电压检测模块的 输入信号端口相连，母线电压检测模块的输出信号端口连接到MCU模块的普通10 口，制动 模块的输入信号端口连接到MCU模块的普通10 口，制动模块的输出信号端口与整流滤波模 块连接，功率驱动模块的一路不对称桥输出驱动信号端口与电流传感器的输入引脚相连， 电流传感器模块的电流传感器信号输出接口与MCU模块的AD输入口相连，功率驱动模块的 四路不对称桥输出驱动信号端口与开关磁阻电机的四个线包输入引脚相连，旋转变压器解 码模块的解码芯片信号输出接口与MCU模块的普通SPI接口相连，旋转变压器解码模块中 通过旋转变压器测量开关磁阻电机的转子位置，CAN通信模块通信接口与MCU模块的CAN通 信接口相连，人机交互界面的按键和数码管引脚与MCU模块的普通I/O 口连接。
[0008] 本实用新型有益效果是：本实用新型采用32位STM32F103单片机来作为主控制芯 片，它保持了传统单片机编程容易、灵活性和适应性好、升级方便等优点；同时也有很高的 运算精度、运算速度和处理大量数据的能力。同时，本实用新型采用旋转编码器进行测速， 具有抗振动性强，采用CAN通信方式与上位机通信，具有抗干扰性强和环境适用性好。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 图1为本实用新型的电路原理框图。
【具体实施方式】
[0010] 如图1所不，一种基于MCU的开关磁阻电机控制器包括CAN通信模块、MCU模块、 旋转变压器解码模块、功率驱动模块、电流传感器模块、母线电压检测模块、制动模块和整 流滤波模块；
[0011] 所述的CAN通信模块采用自带隔离的CAN收发器IS01050 ;所述的MCU模块采用32 位STM32F103单片机；所述的旋转变压器解码模块包括旋转变压器和旋转变压器解码芯片 AD2S1205 ;所述的功率驱动模块包括带有过流保护的IGBT驱动芯片A316J、4块半桥IGBT 模块SKM100GAR123D和4块半桥IGBT模块SKM100GAL123D组成4路不对称桥；所述的电流 传感器模块采用电流传感器CSNP661 ;所述的整流滤波模块和母线电压检测模块构成母线 电压检测功能；所述的整流滤波模块和制动模块构成放电功能。
[0012] 所述的MCU模块的4路PWM输出管脚与功率驱动模块的IGBT驱动芯片的信号输 入管脚相连，功率驱动模块的驱动芯片的电流过流报警反馈引脚与MCU模块的普通I/O 口 相连，功率驱动模块输入电压连接到整流滤波模块，整流滤波模块与母线电压检测模块的 输入信号端口相连，母线电压检测模块的输出信号端口连接到MCU模块的普通10 口，制动 模块的输入信号端口连接到MCU模块的普通10 口，制动模块的输出信号端口与整流滤波模 块连接，功率驱动模块的一路不对称桥输出驱动信号端口与电流传感器的输入引脚相连， 电流传感器模块的电流传感器信号输出接口与MCU模块的AD输入口相连，功率驱动模块的 四路不对称桥输出驱动信号端口与开关磁阻电机的四个线包输入引脚相连，旋转变压器解 码模块的解码芯片信号输出接口与MCU模块的普通SPI接口相连，旋转变压器解码模块中 通过旋转变压器测量开关磁阻电机的转子位置，CAN通信模块通信接口与MCU模块的CAN通 信接口相连，人机交互界面的按键和数码管引脚与MCU模块的普通I/O 口连接。
[0013] 基于MCU的开关磁阻电机控制器的工作原理如下：
[0014] MCU先根据旋转变压器得到了开关磁阻电机的转子位置驱动相应的电机线包通 电，电机就不断向前旋转，低速时通过控制流过线包的电流可以调节电机的输出扭矩，高速 旋转时通过调节电机线包的开通角和关断角就可以调节电机的扭矩和转速。电机通过光纤 通讯读取设定的速度以及电机的旋转速度自动选择工作模式是在低速模式或者高速模式， 低速模式下通过PID调节程序调节IGBT的输出PWM调节电机电流。高速模式下通过PID 调节程序调节IGBT的开通角和关断角调节电机转速。
[0015] 控制器根据电机的电流和速度反馈，构成电流环和速度环，分别采用积分分离式 PID算法和增量式PID算法，低速下将电流换作为速度环的内环，高速下程序通过控制IGBT 的开通角和关断角调节速度和扭矩，以确保电机输出的转速稳定。
【权利要求】
1. 一种基于MCU的开关磁阻电机控制器，包括CAN通信模块、MCU模块、旋转变压器解 码模块、功率驱动模块、电流传感器模块、母线电压检测模块、制动模块和整流滤波模块； 其特征在于：所述的MCU模块的4路PWM输出管脚与功率驱动模块的IGBT驱动芯片的 信号输入管脚相连，功率驱动模块的驱动芯片的电流过流报警反馈引脚与MCU模块的普通 I/O 口相连，功率驱动模块输入电压连接到整流滤波模块，整流滤波模块与母线电压检测模 块的输入信号端口相连，母线电压检测模块的输出信号端口连接到MCU模块的普通10 口， 制动模块的输入信号端口连接到MCU模块的普通10 口，制动模块的输出信号端口与整流滤 波模块连接，功率驱动模块的一路不对称桥输出驱动信号端口与电流传感器的输入引脚相 连，电流传感器模块的电流传感器信号输出接口与MCU模块的AD输入口相连，功率驱动模 块的四路不对称桥输出驱动信号端口与开关磁阻电机的四个线包输入引脚相连，旋转变压 器解码模块的解码芯片信号输出接口与MCU模块的普通SPI接口相连，旋转变压器解码模 块中通过旋转变压器测量开关磁阻电机的转子位置，CAN通信模块通信接口与MCU模块的 CAN通信接口相连，人机交互界面的按键和数码管引脚与MCU模块的普通I/O 口连接； 所述的CAN通信模块采用自带隔离的CAN收发器IS01050 ;所述的MCU模块采用32 位STM32F103单片机；所述的旋转变压器解码模块包括旋转变压器和旋转变压器解码芯片 AD2S1205 ;所述的功率驱动模块包括带有过流保护的IGBT驱动芯片A316J、4块半桥IGBT 模块SKM100GAR123D和4块半桥IGBT模块SKM100GAL123D组成4路不对称桥；所述的电流 传感器模块采用电流传感器CSNP661 ;所述的整流滤波模块和母线电压检测模块构成母线 电压检测功能；所述的整流滤波模块和制动模块构成放电功能。
【文档编号】H02P6/16GK203883718SQ201420197903
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年4月21日 优先权日:2014年4月21日
【发明者】李波, 金崇程, 章永亮, 王亮, 吕程辉, 戴岳尧 申请人:杭州坦诺电气自动化有限公司