一种通用无刷电机电流闭环控制系统及控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于伺服控制领域，具体涉及一种通用无刷电机电流闭环控制系统及控制 方法。
【背景技术】
[0002] 永磁无刷直流电机是近年来随着电力电子技术、控制技术和新型永磁材料的发展 而迅速发展起来的一种新型机电一体化电机。它既具有交流电动机结构简单、运行可靠、维 修方便等优点，又有直流电机优良的调速性能。目前在调速和伺服系统中，得到了广泛的 应用。
[0003] MSK公司的ir4361模块是一个通用的无刷直流电机控制模块，特点是接口简单， 使用方便，保护功能完善，在很多伺服系统工程（特别是国防领域）中得到了广泛的应用。 如果能设计出相似的产品，不仅可以使的工程设计更加自主灵活，还可以节省成本。
[0004] 驱动无刷电机和驱动直流电机相比较，直流电机的控制相对简单，而无刷电机由 于其控制方式相对复杂。
[0005] 在伺服系统控制设计中，内环的性能决定着外环的精度，也就是说在三环控制系 统中，电流环的性能是极其重要的。如果能设计出一个通用性的无刷电机电流闭环模块，而 外环则根据不同的的机械特性来独立设计，这样既可以满足不同系统的通用性，又可以简 化了无刷电机的伺服系统设计，提高设计周期。
【发明内容】
[0006] 要解决的技术问题
[0007] 为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种通用无刷电机电流闭环控制系统 及控制方法。
[0008] 技术方案
[0009] 一种通用无刷电机电流闭环控制系统，包括连接于无刷电机母线的母线电流过流 保护电路、母线电压过压保护电路、位于无刷电机三相的三个霍尔传感器和六个功率MOS 电路；其特征在于还包括模拟PI调节环节电路、UC3637模块电路、CPLD信号解算模块电路、 IR2132电路和；电流误差比较器的输入连接无刷电机母线，将采样的母线电流与给定电流 信号比较做差输入模拟PI调节环节电路，模拟PI调节环节电路输出与UC3637模块电路连 接，UC3637根据电流误差输出一对占空比可调的差分PWM信号；UC3637模块电路的输出与 CPLD信号解算模块电路连接，CPLD信号解算模块电路的输入端还与三个霍尔传感器、母线 电流过流保护电路、母线电压过压保护电路和温度传感器的输出相连接；上述各信号经过 CPLD信号解算模块电路的解算，解算结果通过连接的IR2132电路控制六个功率MOS电路的 关断，六个功率MOS电路的关断控制无刷电机电流。
[0010] 一种利用所述通用无刷电机电流闭环控制系统进行闭环控制的方法，其特征在于 步骤如下：
[0011] 步骤1:将基于电机母线电流调理后的反馈电流Uf与基于外部电流的单端信号Uc 做差，得到电流误差Ud = Uc_Uf ;
[0012] 步骤2 :将电流误差Ud = Uc-Uf输入至UC3637模块电路，UC3637根据电流误差 Ud的极性和幅值输出一对占空比可调的差分PWM信号PWMA和PWMB ;
[0013] 步骤3 :信号PWMB与三个霍尔传感器信号、母线电流过流保护信号、母线电压过压 保护信号和温度传感信号同时输入CPLD信号解算模块，进行逻辑处理如下：
[0014] 步骤a :当输入CPLD的母线电压过压保护信号为母线过压信号且有效时，CPLD做 出执行电机刹车操作，Q1、Q3和Q5三个MOS管关闭，Q2、Q4、Q6和Q7四个MOS管打开，直到 检测到母线未过压，执行下一步；
[0015] 步骤b :当输入CPLD的母线电流过流保护信号为母线电流大于30A时，CPLD做出 执行关闭驱动操作，Q1?Q7七个MOS管关闭，除非系统重新上电，否则再不执行任何操作；
[0016] 步骤c :当输入CPLD的母线电流过流保护信号为母线电流大于15A时，执行关闭 驱动操作，Q1?Q7七个MOS管关闭，直到检测到母线电流未过流，执行下一步；
[0017] 步骤d :当输入CPLD的温度传感信号为温度保护信号，执行关闭驱动操作，Q1? Q7七个MOS管关闭，直到检测到温度正常，执行下一步；
[0018] 步骤e :当输入CPLD的IR2132故障保护信号时且故障连续发生次数小于5次时， IR2132输入全高，IR2132复位后，执行步骤f ;故障连续发生次数大于等于5次时，执行关 闭驱动操作，Q1?Q7七个MOS管关闭，除非系统重新上电，否则再不执行任何操作；
[0019] 步骤f :当所有的故障都未发生，则将UC3637输出的两相驱动信号PWMA，PWMB转 化为直流无刷电机可用的三相驱动信号；转化的相序关系为表1 :
[0020] 表1两相/三相驱动转换
[0021]
【主权项】
1. 一种通用无刷电机电流闭环控制系统，包括连接于无刷电机母线的母线电流过流保 护电路、母线电压过压保护电路、位于无刷电机三相的三个霍尔传感器和六个功率MOS电 路Ql?Q6 ;其特征在于还包括模拟PI调节环节电路、UC3637模块电路、CPLD信号解算模 块电路和I R2132电路；电流误差比较器的输入连接无刷电机母线，将采样的母线电流与 给定电流信号比较做差输入模拟PI调节环节电路，模拟PI调节环节电路输出与UC3637模 块电路连接，UC3637根据电流误差输出一对占空比可调的差分PWM信号；UC3637模块电路 的输出与CPLD信号解算模块电路连接，CPLD信号解算模块电路的输入端还与三个霍尔传 感器、母线电流过流保护电路、母线电压过压保护电路和温度传感器的输出相连接；上述各 信号经过CPLD信号解算模块电路的解算，解算结果通过连接的IR2132电路控制六个功率 MOS电路的关断，六个功率MOS电路的关断控制无刷电机电流。
2. 根据权利要求1所述通用无刷电机电流闭环控制系统，其特征在于：所述CPLD信号 解算模块电路采用ALTERA EPM570T100I5。
3. 根据权利要求1所述通用无刷电机电流闭环控制系统，其特征在于：所述功率MOS 管选用IRF3710。
4. 一种利用权利要求1所述通用无刷电机电流闭环控制系统进行闭环控制的方法，其 特征在于步骤如下： 步骤1 :将基于电机母线电流调理后的反馈电流Uf与基于外部电流的单端信号Uc做 差，得到电流误差Ud = Uc-Uf ; 步骤2 :将电流误差Ud = Uc-Uf输入至UC3637模块电路，UC3637根据电流误差Ud的 极性和幅值输出一对占空比可调的差分PWM信号PWMA和PWMB ; 步骤3 :信号PWMB与三个霍尔传感器信号、母线电流过流保护信号、母线电压过压保护 信号和温度传感信号同时输入CPLD信号解算模块，进行逻辑处理如下： 步骤a :当输入CPLD的母线电压过压保护信号为母线过压信号且有效时，CPLD做出执 行电机刹车操作，Q1、Q3和Q5三个MOS管关闭，Q2、Q4、Q6和Q7四个MOS管打开，直到检测 到母线未过压，执行下一步； 步骤b :当输入CPLD的母线电流过流保护信号为母线电流大于30A时，CPLD做出执行 关闭驱动操作，Ql?Q7七个MOS管关闭，除非系统重新上电，否则再不执行任何操作； 步骤c :当输入CPLD的母线电流过流保护信号为母线电流大于15A时，执行关闭驱动 操作，Ql?Q7七个MOS管关闭，直到检测到母线电流未过流，执行下一步； 步骤d :当输入CPLD的温度传感信号为温度保护信号，执行关闭驱动操作，Ql?Q7七 个MOS管关闭，直到检测到温度正常，执行下一步； 步骤e :当输入CPLD的IR2132故障保护信号时且故障连续发生次数小于5次时， IR2132输入全高，IR2132复位后，执行步骤f ;故障连续发生次数大于等于5次时，执行关 闭驱动操作，Ql?Q7七个MOS管关闭，除非系统重新上电，否则再不执行任何操作； 步骤f :当所有的故障都未发生，则将UC3637输出的两相驱动信号PWMA，PWMB转化为 直流无刷电机可用的三相驱动信号；转化的相序关系为表1 : 表1两相/三相驱动转换
其中：Ql?Q7为低有效。
【专利摘要】本发明涉及一种通用无刷电机电流闭环控制系统及控制方法，针对中小功率无刷直流电机控制系统，采用CPLD EPM570和直流电机控制芯片UC3637，设计了一种新的无刷直流电机的电流环控制接口电路，实现了电机四象限的运行控制，同时该电路还具备外部并行通信控制功能和完善的失控保护策略。国外MSK公司有ir4361模块，即可实现无刷直流电机的电流环四象限的运行控制。本产品可以完全替代MSK公司的ir4361。提供了无刷电机电流闭环控制的通用硬件平台，作为硬件接口电路模块，外加速度环和位置环，就可以直接完成无刷电机的三闭环伺服系统控制，使用灵活方便；可完全替代MSK公司的ir4361，不但成本低，而且对于军品器件的国产化很有意义。
【IPC分类】H02P6-08
【公开号】CN104539201
【申请号】CN201410810510
【发明人】胡卫鹏, 周勇军, 张翔
【申请人】西安电子工程研究所
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月23日