CN103715957A - 一种三相永磁同步电机驱动电路 - Google Patents

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王海涛
郭云增
郭敏
刘锋
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本发明提出一种三相永磁同步电机驱动电路，包括实现位置环和速度环的控制算法的数字电路和实现电流闭环及PWM信号产生的模拟电路；数字电路包括FPGA、DSP、DAC；模拟电路包括2/3变换电路、电流环调节电路、三角波发生器、比较器、电流检测电路以及三相桥驱动电路；所述FPGA、DSP、DAC依次连接；2/3变换电路与DAC连接，电流环调节电路与2/3变换电路连接，电流环调节电路分别连接比较器、电流检测电路；三相桥驱动电路设置在比较器和电流检测电路之间；三角波发生器与比较器连接。本发明一种三相永磁同步电机驱动电路，驱动电路实现位置环、速度环和电流环三闭环三相永磁同步电机控制。

Description

一种三相永磁同步电机驱动电路
技术领域
本发明涉及一种三相永磁同步电机的驱动电路，具体涉及一种三相永磁同步电机矢量控制的硬件实现。
背景技术
三相永磁同步电机控制方法主要有三种：简单正弦波控制、矢量控制和直接转矩控制。简单正弦波控制无法满足高精度的控制要求。直接转矩控制在低速性能、调速范围、启动性能等方面均不如矢量控制表现优异。因此目前应用较多的是矢量控制，传统方法需对采集到的电流量进行A/D转换，然后由数字电路完成采集、坐标变换、电流环控制、输出坐标变换等工作，最终输出三相控制量。数字电路需要完成的算法较多，不利于复杂控制算法的实现。
发明内容
为了解决背景技术中所存在的技术问题，本发明提出一种三相永磁同步电机驱动电路，驱动电路实现位置环、速度环和电流环三闭环三相永磁同步电机控制。
本发明的技术解决方案是：一种三相永磁同步电机驱动电路，其特征在于：驱动电路包括实现位置环和速度环的控制算法的数字电路和实现电流闭环及PWM信号产生的模拟电路；数字电路包括FPGA、DSP、DAC；模拟电路包括2/3变换电路、电流环调节电路、三角波发生器、比较器、电流检测电路以及三相桥驱动电路；所述FPGA、DSP、DAC依次连接；2/3变换电路与DAC连接，电流环调节电路与2/3变换电路连接，电流环调节电路分别连接比较器、电流检测电路；三相桥驱动电路设置在比较器和电流检测电路之间；三角波发生器与比较器连接。
上述比较器是三个，每个比较器分别与电流环调节电路、三角波发生器、三相桥驱动电路连接。
上述电路还包括电机以及与电动机连接的位置检测装置，位置检测装置与FPGA连接；电机与电流检测电路连接。
上述位置检测装置是光电编码器，光电编码器与电机的转子连接。
本发明具有以下优点：1）利于实现高精度的永磁同步电机控制，并易于工程实现；2）减小DSP的任务量，集中完成控制算法的实现；3）模拟电流环实现优良的频域特性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
具体实施方式
参见图1，本发明整个驱动电路分为数字电路和模拟电路两部分。数字电路实现位置环和速度环的控制算法，模拟电路实现电流闭环及PWM信号产生。每个闭环均有控制量、反馈量输入和输出量构成。
数字电路主要由FPGA、DSP、DAC构成。FPGA负责采集转子位置信息，并计算电机转子速度，然后将转子位置和速度信息交给DSP，作为位置环和速度环的反馈量。DSP完成以下工作：与上位机通信、位置环控制算法实现、速度环控制算法实现、输出量坐标变换。
按照上位机的指令，利用从FPGA得到反馈量，实现位置环和速度环的控制算法。速度环的输出量为电流环的控制量，DSP在输出之前要对该控制量进行坐标变换。坐标变换是指从两相旋转坐标系转换到三相静止坐标系。转换后为三相电流控制量，取其中两相通过DAC输出。DAC负责将DSP输出的两相电流环控制量变换为模拟量输出。
模拟电路包括2/3变换电路1、电流环调节电路2、三角波发生器3、比较器4、电流检测电路5、三相桥驱动电路6。根据永磁同步电机A、B、C三相电流满足IA+IB+IC=0的关系，2/3变换电路1将两相电流环控制量转换为三相电流环控制量。电流检测电路5检测永磁同步电机三相电流，作为电流环的反馈量输入。电流环调节电路2完成电流环的控制，输出三相转子控制量。该控制量是正弦波模拟电流。三角波发生器3产生一定频率三角波。电流环调节电路2采用运算放大器实现调节功能；比较器4输入为正弦波和三角波，输出PWM电平信号，该功能可通过选型相应集成芯片产品实现；三相桥驱动通过选型集成芯片实现；电流检测电路5由电流采样电阻实现；2/3变换电路1将两相电流环控制量转换为三相电流环控制量，根据IA+IB+IC=0的关系，利用运算放大器实现加法电路和反向电路完成功能。
比较器4将电流环调节电路2输出的正弦波模拟控制量与三角波比较得到PWM控制信号，该信号驱动三相桥驱动电路，完成永磁同步电机驱动。
完成三相永磁同步电机的控制需要实时检测转子的位置，因此需要位置检测装置6完成该任务。使用光电编码器作为位置检测装置6与电机转子连接，输出转子位置，FPGA负责采集该位置信息。

Claims (4)

1.一种三相永磁同步电机驱动电路，其特征在于：驱动电路包括实现位置环和速度环的控制算法的数字电路和实现电流闭环及PWM信号产生的模拟电路；数字电路包括FPGA、DSP、DAC；模拟电路包括2/3变换电路、电流环调节电路、三角波发生器、比较器、电流检测电路以及三相桥驱动电路；所述FPGA、DSP、DAC依次连接；2/3变换电路与DAC连接，电流环调节电路与2/3变换电路连接，电流环调节电路分别连接比较器、电流检测电路；三相桥驱动电路设置在比较器和电流检测电路之间；三角波发生器与比较器连接。
2.根据权利要求1所述的三相永磁同步电机驱动电路，其特征在于：所述比较器是三个，每个比较器分别与电流环调节电路、三角波发生器、三相桥驱动电路连接。
3.根据权利要求2所述的三相永磁同步电机驱动电路，其特征在于：所述电路还包括电机以及与电动机连接的位置检测装置，位置检测装置与FPGA连接；电机与电流检测电路连接。
4.根据权利要求3所述的三相永磁同步电机驱动电路，其特征在于：所述位置检测装置是光电编码器，光电编码器与电机的转子连接。
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