一种多处理器永磁无刷直流电机联合调速系统及方法与流程

本发明涉及无刷直流电机调速技术领域，具体为一种多处理器永磁无刷直流电机联合调速系统及方法。

背景技术：

随着电力电子技术与器件的飞速发展，无刷电机bldc凭借其无碳刷磨损、无换向火花、噪声低、维护成本低、运转效率高和使用寿命长等优势逐步替代传统有刷电机，并广泛应用于家电、航模、电动汽车等新兴技术领域。无刷电机在调速时必须要判断转子的旋转位置，控制器利用转子反馈的旋转位置按照设定好控制策略进行换相，使得电机在每个运行周期内连续可靠旋转。在无位置传感器检测无刷电机调速技术领域，如何将无刷电机的转子旋转位置精确检测一直是无刷电机调速技术领域的一个技术难题，同时无刷电机平稳、可靠运行是保证各类涉及无刷电机驱动领域的关键因素之一。

现有无刷直流电机调速系统及方法存在以下缺陷和不足：(1)采用位置传感器进行转子旋转位置检测，进一步增大无刷直流电机体积和成本，同时位置传感器信号传输电缆易受到外界环境的干扰，降低电机运行连续度；(2)无位置转子位置信号检测方法单一，仅采用反电势脉冲法或定子端电压模拟量采集法，未将数字量和模拟量两种方法结合起来判断转子旋转位置；(3)仅采用一种处理器进行驱动控制，未结合多处理联合运行优势，若控制板处理器发生故障时，电机无法连续稳定运行；(4)电机驱动控制桥采用单桥运行方式，任一桥壁上电力电子器件发生故障时，无刷直流电机需立即停机检修。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种多处理器永磁无刷直流电机联合调速系统及方法，其电机转子位置数据检测功能多样化、多处理器联合运行，适用于高精度无刷直流电机的调速。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种多处理器永磁无刷直流电机联合调速方法，无刷直流电机由系统控制调速，所述系统包括能够交互且并联的主运行模块和辅助运行模块，所述方法包括如下通过系统对无刷直流电机的调速步骤：

步骤1)系统初始化，待系统初始化完成后进入步骤2)；

步骤2)进行主运行模块自检，并进入步骤3)；

步骤3)进行辅助运行模块自检，并进入步骤4)；

步骤4)读取无刷直流电机运行参数设定，进入步骤5)；

步骤5)判断主、辅运行模块自检是否均正常，若判断结果为是，证明主、辅运行模块功能完善，硬件电路接线完整无误，进行步骤6)；判断结果为否则进入步骤7)；

步骤6)主运行模块和辅助运行模块联合运行对无刷电机进行调速控制，随后返回步骤2)进入下一无刷电机调速周期；

步骤7)判断主运行模块自检正常，辅助运行模块自检故障，若判断结果为是，说明主运行模块功能完善，硬件接线完整无误，辅助运行模块功能出现异常，进入步骤8)；判断结果为否则进入步骤9)；

步骤8)主运行模块正常运行，主运行模块对无刷电机进行调速控制，辅助运行模块则停止运行，随后返回步骤2)进入下一无刷电机调速周期；

步骤9)判断主运行模块自检故障，辅助运行模块自检正常，若判断结果为是，说明辅助运行模块功能完善，硬件接线完整无误，主运行模块功能出现异常，进入步骤10)；判断结果为否则进入步骤11)；

步骤10)主运行模块停止运行，辅助运行模块则正常运行，辅助运行模块对无刷电机进行调速控制，随后返回步骤2)进入下一无刷电机调速周期；

步骤11)系统停机检修，说明系统主运行模块和辅运行模块均出现故障，系统停机查找和消除故障。

优选的，所述步骤1)系统初始化，其具体步骤如下：

步骤101)，配置主处理器模块内部资源，包括设置外部中断触发方式、pwm输出端口配置、系统时钟资源配置、控制参数以及与辅助处理器模块之间的通信方式；

步骤102)，配置辅助处理器模块内部资源，包括无刷直流电机三相端电压采集方式、pwm输出端口配置、时钟资源资源配置、控制参数以及与主处理器模块之间的通信方式。

优选的，所述步骤2)主运行模块自检包括主处理器模块自检和主反电势检测模块自检；所述步骤3)辅助运行模块自检包括辅助处理器模块自检和辅助反电势检测模块自检；所述步骤4)读取无刷直流电机运行参数设定包括主处理器模块通过第一串行通信端口读取预先设定无刷直流电机速度和运行时间，所述辅助处理器模块则通过主处理器模块第二串行通信端口读取无刷直流电机运行参数设定。

优选的，主运行模块包括主处理器模块和主反电势检测模块；辅运行模块包括辅助处理器模块和辅助反电势检测模块；主处理器模块和辅助处理器模块均用于采集无刷直流电机的转子位置，并分别通过主反电势检测模块或辅助反电势检测模块所检测转子旋转位置分别输出控制无刷直流电机旋转速度的数字pwm信号；

进一步，所述步骤5)主运行模块和辅运行模块自检均正常包括主处理器模块、主反电势检测模块、辅助处理器模块和辅助反电势检测模块自检均正常；

所述步骤6)主运行模块和辅助运行模块联合运行，所述主处理器模块通过主反电势检测模块上升沿和下降沿检测无刷直流电机转子旋转位置，所述辅助处理器模块通过辅助反电势检测模块输入无刷直流电机三相端电压检测电机转子位置，所述主处理器模块和辅助处理器模块通过串行通信端口共享所采集的无刷直流电机转子旋转位置，并联合输出pwm脉宽调制信号，依据设置在主处理器模块和辅助处理器模块内部两相导通三相六状态驱动策略进行换相调速。

进一步，所述步骤7)主运行模块自检正常包括主处理器模块自检和主反电势检测模块自检均正常，辅助运行模块自检故障包括辅助处理器模块自检故障或辅助反电势检测模块自检故障；

所述步骤8)主运行模块正常运行，则所述主处理器模块和主反电势检测模块均正常运行；辅助运行模块则停止运行，则所述辅助处理器模块和辅助反电势检测模块均停止运行。

进一步，所述步骤9)主运行模块自检故障包括主处理器模块自检故障或主反电势检测模块自检故障，辅助运行模块自检正常包括辅助处理器模块自检和辅助反电势检测模块自检均正常；

所述步骤10)主运行模块停止运行，则所述主处理器模块和主反电势检测模块均停止运行，辅助运行模块正常运行，则所述辅助处理器模块和辅助反电势检测模块均正常运行。

进一步，所述步骤11)系统停机检修，则所述主处理器模块或主反电势检测模块出现故障，所述辅助处理器模块或辅助反电势检测模块出现故障。

一种多处理器永磁无刷直流电机联合调速系统，包括无刷直流电机，还包括用于对无刷直流电机进行调速控制的交互且并联的主运行模块和辅助运行模块，依次连接在主运行模块和辅助运行模块输出端和无刷直流电机控制端的电平转化模块和驱动电路模块，以及主运行模块和辅助运行模块中执行的对无刷直流电机的调速程序；所述的程序如权利要求1所述调速方法中的步骤所述。

优选的，所述主处理器模块的通信端和辅助处理器模块通信端连接有用于互相通信的rs-232线缆，所述主处理器模块数字pwm输出端连接有将3.3v电平信号转换为12v电平信号的电平转化模块，所述电平转化模块连接有用于驱动无刷直流电机的驱动电路模块，所述辅助处理器模块数字pwm输出端连接有将3.3v电平信号转换为12v电平信号的电平转化模块，所述无刷直流电机经主反电势检测模块将电机转子位置信号反馈至主处理器模块中断输入端口，所述无刷直流电机经辅助反电势检测模块将电机转子信号反馈至辅助处理器模块模拟量采集端口；

所述主处理器模块包括msp430f149低功耗智能处理器，所述辅助处理器模块包括stc15w404单片机，所述主反电势检测模块采用lm324运算放大电路，所述辅助反电势检测模块由模拟电压采集电路构成，所述电平转化模块由tlp521-4光电隔离芯片构成，所述驱动电路模块由6支irf9540n晶体管和6支irf540n晶体管级联组成。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明通过主反电势检测采用的反电势脉冲法和辅助反电势检测采用的定子端电压模拟量采集法，使得无刷直流电机转子能够进行无位置检测，无需额外安装转子检测模块，进一步降低无刷电机调速成本和体积；并且利用两种方法协同检测电机转子位置，保证无刷电机换相正常，提高处理器决策依据和转子位置检测精度，任一检测单元发生故障时，无刷电机运行不受干扰。同时主运行模块和辅助运行模块中的处理器和转子位置检测互为备用，转子位置检测精度高、控制调速稳定性好、运行方式灵活，便于在高精度无刷电机驱动控制领域推广使用。

进一步的，本发明采用低功耗msp430f149主处理器和stc15w404辅助处理器两种智能嵌入式微处理器，正常运行时二者通过各自转子位置检测单元，并利用rs-232通信共享检测数据，联合决策驱动无刷直流电机，增加电机调速系统的安全性和可靠度。

进一步，本发明主运行模块和辅助运行模块双控运行，增大无刷直流电机调速可靠性和运行安全性，防止驱动桥壁上下晶体管同时开通导致的供电系统短路事故。

进一步，本发明本发明主运行模块和辅助运行模块单控运行，即一用一备方式，延长调速系统工作使用寿命，同时可随时改变备用方式。

进一步，本发明主运行模块和辅助运行模块部件可交叉控制，大大增加调速系统灵活性和选择性，提升整个系统抗干扰能力。

附图说明

图1为本发明一种多处理器永磁无刷直流电机联合调速方法流程图。

图2为本发明一种多处理器永磁无刷直流电机联合调速系统结构原理图。

图中：1-主处理器模块；2-辅助处理器模块；3-电平转换模块；4-主反电势检测模块；5-辅助反电势检测模块；6-驱动电路模块；7-无刷直流电机。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

如图1和图2所示，一种多处理器永磁无刷直流电机联合调速系统，包括无刷直流电机7，还包括主处理器模块1、辅助处理器模块2、电平转化模块3、主反电势检测模块4、辅助反电势检测模块5和驱动电路模块6；其中，所述主处理器模块1和辅助处理器模块2均用于采集无刷直流电机8的转子位置，并通过所检测转子旋转位置分别输出控制无刷直流电机8旋转速度的数字pwm信号，所述主处理器模块1的通信端和辅助处理器模块2通信端连接有用于互相通信的rs-232线缆，所述主处理器模块1数字pwm输出端连接有将3.3v电平信号转换为12v电平信号的电平转化模块3，所述电平转化模块3连接有用于驱动无刷直流电机7的驱动电路模块6，所述辅助处理器模块2数字pwm输出端连接有将3.3v电平信号转换为12v电平信号的电平转化模块3，所述无刷直流电机7经主反电势检测模块4将电机转子位置信号反馈至主处理器模块1中断输入端口，所述无刷直流电机7经辅助反电势检测模块5将电机转子信号反馈至辅助处理器模块2模拟量采集端口。

或者能够在主运行模块和辅助运行模块之间进行交叉使用；所述无刷直流电机7经辅助反电势检测模块5将电机转子位置信号反馈至主处理器模块1，所述无刷直流电机7经主反电势检测模块4将电机转子信号反馈至辅助处理器模块2。

本实施例中，所述主处理器模块1主要由msp430f149低功耗智能处理器构成，所述辅助处理器模块2由stc15w404单片机构成，所述主反电势检测模块4主要由型号为lm324运算放大电路组成，所述辅助反电势检测模块5主要由模拟电压采集电路构成，所述电平转化模块3由tlp521-4光电隔离芯片构成，所述驱动电路模块6由6支irf9540n晶体管和6支irf540n晶体管组成，所述主处理器模块1和辅助处理器模块2均由一个或多个处理器组成。

如图1和图2所示，本发明所述的一种多处理器永磁无刷直流电机联合调速方法，包括如下步骤：

1)系统初始化，待系统初始化完成后进入步骤2)；

2)进行主运行模块自检，并进入步骤3)；

3)进行辅助运行模块自检，并进入步骤4)；

4)读取无刷直流电机运行参数设定，进入步骤5)；

5)判断主、辅运行模块自检是否均正常，若判断结果为是，证明主、辅运行模块功能完善，硬件电路接线完整无误，进行步骤6)；判断结果为否则进入步骤7)；

6)主运行模块和辅助运行模块联合运行，随后返回步骤2)进入下一无刷电机调速周期；

7)判断主运行模块自检正常，辅助运行模块自检故障，若判断结果为是，说明主运行模块功能完善，硬件接线完整无误，辅助运行模块功能出现异常，进入步骤8)；判断结果为否则进入步骤9)；

8)主运行模块正常运行，辅助运行模块则停止运行，随后返回步骤2)进入下一无刷电机调速周期；

9)判断主运行模块自检故障，辅助运行模块自检正常，若判断结果为是，说明辅助运行模块功能完善，硬件接线完整无误，主运行模块功能出现异常，进入步骤10)；判断结果为否则进入步骤11)；

10)主运行模块停止运行，辅助运行模块则正常运行，随后返回步骤2)进入下一无刷电机调速周期；

11)系统停机检修，说明系统主、辅运行模块均出现故障，系统需立即停机查找、消除故障。

本实施例中，所述步骤1)系统初始化，其具体步骤如下：

101)配置主处理器模块1内部资源，主要包括设置外部中断触发方式、pwm输出端口配置、系统时钟资源配置、控制参数以及与辅助处理器模块2之间的通信方式；

102)配置辅助处理器模块2内部资源，主要包括无刷直流电机7三相端电压采集方式、pwm输出端口配置、时钟资源资源配置、控制参数以及与主处理器模块1之间的通信方式。

本实施例中，所述步骤2)主运行模块自检包括主处理器模块1自检和主反电势检测模块4自检；所述步骤3)辅助运行模块自检包括辅助处理器模块2自检和辅助反电势检测模块5自检；所述步骤4)读取无刷直流电机7运行参数设定流程为主处理器模块1通过第一串行通信端口读取预先设定无刷直流电机7速度和运行时间，所述辅助处理器模块2则通过主处理器模块1第二串行通信端口读取无刷直流电机7运行参数设定。

本实施例中，所述步骤5)主、辅运行模块自检均正常包括主处理器模块1、主反电势检测模块4、辅助处理器模块2、辅助反电势检测模块5自检均正常；所述步骤6)主运行模块和辅助运行模块联合运行，所述主处理器模块1通过主反电势检测模块4上升沿和下降沿检测无刷直流电机7转子旋转位置，所述辅助处理器模块2通过辅助反电势检测模块5输入无刷直流电机7三相端电压检测电机转子位置，所述主处理器模块1和辅助处理器模块2通过串行通信端口共享所采集的无刷直流电机7转子旋转位置，并联合输出pwm脉宽调制信号，依据设置在主处理器模块1和辅助处理器模块2内部两相导通三相六状态驱动策略进行换相调速。

本实施例中，所述步骤7)主运行模块自检正常包括主处理器模块1自检和主反电势检测模块4自检均正常，辅助运行模块自检故障包括辅助处理器模块2自检故障或辅助反电势检测模块5自检故障；所述步骤8)主运行模块正常运行，即所述主处理器模块1和主反电势检测模块4均正常运行，辅助运行模块则停止运行，即所述辅助处理器模块2和辅助反电势检测模块5均停止运行。

本实施例中，所述步骤9)主运行模块自检故障包括主处理器模块1自检故障或主反电势检测模块4自检故障，辅助运行模块自检正常包括辅助处理器模块2自检和辅助反电势检测模块5自检均正常；所述步骤10)主运行模块停止运行，即所述主处理器模块1和主反电势检测模块4均停止运行，辅助运行模块正常运行，即所述辅助处理器模块2和辅助反电势检测模块5均正常运行。

本实施例中，所述步骤11)系统停机检修，即所述主处理器模块1或主反电势检测模块4出现故障，所述辅助处理器模块2或辅助反电势检测模块5出现故障。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。