CN106452209A - 一种双永磁无刷电机同步驱动控制装置 - Google Patents

一种双永磁无刷电机同步驱动控制装置 Download PDF

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王暑明
赵景波
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Abstract

本发明公开了一种双永磁无刷电机同步驱动控制装置，属于电机技术领域，包括第一外接电源(1)、整流模块(2)、直流母线(3)、电压检测模块(4)、第一无刷直流电机(5)、第一IGBT驱动模块(6)、第一IGBT逆变电路(7)、第一霍尔传感器(8)、第二IGBT驱动模块(9)、第二IGBT逆变电路(10)、第二无刷直流电机(11)、第二霍尔传感器(12)、第二外接电源(13)、开关电源供电模块(14)、数字控制核心(15)、放大电路(16)、USB模块(17)、辅助模块(18)和电流检测模块(19)，实现了对其中一个电机的速度和电流进行双闭环调节，另外一个电机结合交叉耦合的思想对速度和位置进行跟踪。

Description

一种双永磁无刷电机同步驱动控制装置
技术领域
本发明属于电机技术领域。
背景技术
目前市场上大都是针对单个永磁无刷电机的控制器，然而在许多场合下，采用两个电机拖动同一个负载可以获得更好的控制效果。现有的双电机拖动策略大多是转矩或速度的跟踪，从电机速度落后于主电机，无法保证转速和位置的同步，对速度同步一般采用伺服电机来保证，但伺服电机成本太高，两个电机本身还需要配套的控制器，所占体积大。
发明内容
本发明的目的是提供一种双永磁无刷电机同步驱动控制装置，解决了在控制两个永磁无刷电机时难以精确保证两个电机的同步转动的问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种双永磁无刷电机同步驱动控制装置，包括第一外接电源、整流模块、直流母线、电压检测模块、第一无刷直流电机、第一IGBT驱动模块、第一IGBT逆变电路、第一霍尔传感器、第二IGBT驱动模块、第二IGBT逆变电路、第二无刷直流电机、第二霍尔传感器、第二外接电源、开关电源供电模块、数字控制核心、放大电路、USB模块、辅助模块和电流检测模块；
USB模块、辅助模块、电流检测模块、放大电路、电压检测模块、第一IGBT驱动模块和第二IGBT驱动模块均连接数字控制核心，第一IGBT驱动模块连接第一IGBT逆变电路，第一IGBT逆变电路连接第一无刷直流电机，用于检测第一无刷直流电机的转子位置信号和转速信号的第一霍尔传感器与放大电路连接，用于检测第二无刷直流电机的转子位置信号和转速信号的第二霍尔传感器与放大电路连接，第二IGBT驱动模块连接第二IGBT逆变电路，第二IGBT逆变电路连接第二无刷直流电机，第一无刷直流电机与第二无刷直流电机均连接电流检测模块；
第一外接电源连接整流模块，整流模块连接直流母线，第一IGBT逆变电路和第二IGBT逆变电路均连接直流母线，电压检测模块连接直流母线；
第二外接电源连接开关电源供电模块，开关电源供电模块为第一IGBT逆变电路、第二IGBT驱动模块、USB模块、辅助模块、数字控制核心、放大电路和电路检测模块供电。
所述第一外接电源为输出为20V～60V的三相交流电源；所述整流模块为整流桥；所述第二外接电源为输出为20V～60V的直流电源。
所述开关电源供电模块包括5V电源模块、15V电源模块、3.3V电源模块和3V电源模块，所述第二外接电源连接15V电源模块的输入端，15V电源模块的输出端输出15V电源，15V电源模块连接5V电源模块的输入端，5V电源模块的输出端输出5V电源，5V电源模块的输出端连接3.3V电源模块，3.3V电源模块的输出端输出3.3V电源；所述15V电源模块的型号为LT1976；所述5V电源模块的型号为LM2940IPM-5.0；所述3.3V电源模块的型号为LM1117S-3V3。
所述第一IGBT驱动模块和所述第二IGBT驱动模块的型号均为IR2136；所述第一IGBT驱动模块和所述第二IGBT驱动模块由所述15V电源模块供电，所述数字控制核心的型号为MC56F8366；所述数字控制核心由所述3.3V电源模块供电。
所述电流检测模块包括第一检测模块和第二检测模块，第一检测模块的输入端连接第一无刷直流电机，第二检测模块的输入端连接第二无刷直流电机，第一检测模块的输出端和第二检测模块的输出端均连接所述数字控制核心；第一检测模块和第二检测模块的型号均为ACS714LLCTR-20A-T；所述第一检测模块和第二检测模块均由所述5V电源模块供电。
所述辅助模块包括报警蜂鸣器、LED指示灯和风扇，报警蜂鸣器、LED指示灯和风扇均与所述数字控制核心连接，报警蜂鸣器、LED指示灯和风扇均由所述3.3V电源模块供电。
所述电压检测模块包括电容C23、电容C24、电容C25、TVS二极管D13、电阻R26、电阻R28、电阻R29、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R30、高速触发器IC7和光耦Q11，高速触发器IC7的1脚连接电阻R26的2脚，电阻R26的1脚连接所述直流母线，电阻R26的1脚还连接TVS二极管D13的负极，TVS二极管D13的正极连接地线，电阻R26的1脚还通过并联在一起的电容C23和电容C24连接地线，高速触发器IC7的2脚通过串联在一起的电阻R29和电阻R33连接外部电源，高速触发器IC7的2脚还通过串联在一起的电阻R28和电阻R32连接外部电源，高速触发器IC7的5脚通过电容C25连接地线，高速触发器IC7的4脚连接光耦Q11的1脚，高速触发器IC7的6脚通过电阻R30连接光耦Q11的2脚，光耦Q11的3脚通过电阻R31连接所述3.3V电源，光耦Q11的3脚还连接所述数字控制核心，光耦Q11的4脚连接地线。
所述USB模块的型号为CH340G；所述USB模块由所述5V电源模块供电。
本发明所述的一种双永磁无刷电机同步驱动控制装置，结合人工智能和PID算法，对其中一个电机的速度和电流进行双闭环调节，另外一个电机结合交叉耦合的思想对速度和位置进行跟踪；本发明调速响应速度快，精度高，采用一个控制器控制两个永磁无刷直流电机，有效降低了成本，延长了使用寿命。
附图说明
图1是本发明的原理方框图；
图2是本发明的电压检测模块的原理图；
图中：第一外接电源1、整流模块2、直流母线3、电压检测模块4、第一无刷直流电机5、第一IGBT驱动模块6、第一IGBT逆变电路7、第一霍尔传感器8、第二IGBT驱动模块9、第二IGBT逆变电路10、第二无刷直流电机11、第二霍尔传感器12、第二外接电源13、开关电源供电模块14、数字控制核心15、放大电路16、USB模块17、辅助模块18、电流检测模块19。
具体实施方式
如图1和图2所示的一种双永磁无刷电机同步驱动控制装置，包括第一外接电源1、整流模块2、直流母线3、电压检测模块4、第一无刷直流电机5、第一IGBT驱动模块6、第一IGBT逆变电路7、第一霍尔传感器8、第二IGBT驱动模块9、第二IGBT逆变电路10、第二无刷直流电机11、第二霍尔传感器12、第二外接电源13、开关电源供电模块14、数字控制核心15、放大电路16(所述放大电路为现有技术，固不详细叙述)、USB模块17、辅助模块18和电流检测模块19；
USB模块17、辅助模块18、电流检测模块19、放大电路16、电压检测模块4、第一IGBT驱动模块6和第二IGBT驱动模块9均连接数字控制核心15，第一IGBT驱动模块6连接第一IGBT逆变电路7，第一IGBT逆变电路7连接第一无刷直流电机5，用于检测第一无刷直流电机5的转子位置信号和转速信号的第一霍尔传感器8与放大电路16连接，用于检测第二无刷直流电机11的转子位置信号和转速信号的第二霍尔传感器12与放大电路16连接，第二IGBT驱动模块9连接第二IGBT逆变电路10，第二IGBT逆变电路10连接第二无刷直流电机11，第一无刷直流电机5与第二无刷直流电机11均连接电流检测模块19；
第一IGBT逆变电路7和第二IGBT逆变电路10均为IGBT逆变电路(所述IGBT逆变电路为现有技术，固不详细叙述)。
第一外接电源1连接整流模块2，整流模块2连接直流母线3，第一IGBT逆变电路7和第二IGBT逆变电路10均连接直流母线3，电压检测模块4连接直流母线3；
第二外接电源13连接开关电源供电模块14，开关电源供电模块14为第一IGBT逆变电路7、第二IGBT驱动模块9、USB模块17、辅助模块18、数字控制核心15、放大电路16和电路检测模块供电。
所述第一外接电源1为输出为20V～60V的三相交流电源(所述输出为20V～60V的三相交流电源为现有技术，固不详细叙述)；所述整流模块2为整流桥(所述整流桥为现有技术，固不详细叙述)；所述第二外接电源13为输出为20V～60V的直流电源(所述输出为20V～60V的直流电源为现有技术，固不详细叙述)。
所述开关电源供电模块14包括5V电源模块、15V电源模块、3.3V电源模块和3V电源模块，所述第二外接电源13连接15V电源模块的输入端，15V电源模块的输出端输出15V电源，15V电源模块连接5V电源模块的输入端，5V电源模块的输出端输出5V电源，5V电源模块的输出端连接3.3V电源模块，3.3V电源模块的输出端输出3.3V电源；所述15V电源模块的型号为LT1976；所述5V电源模块的型号为LM2940IPM-5.0；所述3.3V电源模块的型号为LM1117S-3V3。
所述第一IGBT驱动模块6和所述第二IGBT驱动模块9的型号均为IR2136；所述第一IGBT驱动模块6和所述第二IGBT驱动模块9由所述15V电源模块供电，所述数字控制核心15的型号为MC56F8366；所述数字控制核心15由所述3.3V电源模块供电。
所述电流检测模块19包括第一检测模块和第二检测模块，第一检测模块的输入端连接第一无刷直流电机5，第二检测模块的输入端连接第二无刷直流电机11，第一检测模块的输出端和第二检测模块的输出端均连接所述数字控制核心15；第一检测模块和第二检测模块的型号均为ACS714LLCTR-20A-T；所述第一检测模块和第二检测模块均由所述5V电源模块供电。
所述辅助模块18包括报警蜂鸣器、LED指示灯和风扇，报警蜂鸣器、LED指示灯和风扇均与所述数字控制核心15连接，报警蜂鸣器、LED指示灯和风扇均由所述3.3V电源模块供电。
所述电压检测模块4包括电容C23、电容C24、电容C25、TVS二极管D13、电阻R26、电阻R28、电阻R29、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R30、高速触发器IC7和光耦Q11，高速触发器IC7的1脚连接电阻R26的2脚，电阻R26的1脚连接所述直流母线3，电阻R26的1脚还连接TVS二极管D13的负极，TVS二极管D13的正极连接地线，电阻R26的1脚还通过并联在一起的电容C23和电容C24连接地线，高速触发器IC7的2脚通过串联在一起的电阻R29和电阻R33连接外部电源，高速触发器IC7的2脚还通过串联在一起的电阻R28和电阻R32连接外部电源，高速触发器IC7的5脚通过电容C25连接地线，高速触发器IC7的4脚连接光耦Q11的1脚，高速触发器IC7的6脚通过电阻R30连接光耦Q11的2脚，光耦Q11的3脚通过电阻R31连接所述3.3V电源，光耦Q11的3脚还连接所述数字控制核心15，光耦Q11的4脚连接地线。
所述高速触发器IC7的型号为H11L1；所述TVS二极管D13的型号为SMBJ6.OA；
所述USB模块17的型号为CH340G；所述USB模块17由所述5V电源模块供电
工作时，第一外接电源1提供20V～60V的交流电源，整流模块2将20V～60V的交流电源整流后，为直流母线3提供20V～60V的直流电源，其供电电压为20，直流母线3为第一IGBT逆变电路7和第二IGBT逆变电路10提供驱动电压，数字控制核心15为第一IGBT驱动模块6和第二IGBT驱动模块9提供PWM控制信号，第一IGBT驱动模块6根据PWM控制信号为第一IGBT逆变电路7提供PWM驱动信号，第二IGBT驱动模块9根据PWM控制信号为第二IGBT逆变电路10提供PWM驱动信号，第一IGBT逆变电路7控制第一无刷直流电机5转动，第二IGBT逆变电路10控制第二无刷直流电机11转动。
第一霍尔传感器8采集第一无刷直流电机5的转子的转速信号和位置信号，并通过放大电路16将第一无刷直流电机5的转子的转速信号和位置信号发送给数字控制核心15；第二霍尔传感器12采集第二无刷直流电机11的转子的转速信号和位置信号，并通过放大电路16将第二无刷直流电机11的转子的转速信号和位置信号发送给数字控制核心15。
电流检测模块19采集第一无刷直流电机5的工作电流数据和第二无刷直流电机11的工作电流数据，并将第一无刷直流电机5的工作电流数据和第二无刷直流电机11的工作电流数据均发送给数字控制核心15。
电压检测模块4检测直流母线3上的电压变压，电阻R28、电阻R29、电阻R32和电阻R33均为功率电阻，当直流母线3上的电压发生变化时，电阻R28、电阻R29、电阻R32和电阻R3分摊的电压也会发生变化，从而使高速触发器IC7的2脚的电压发生变化，随之光耦Q11的3脚的电压也会发送变化，数字控制核心15监测Q11的3脚的电压信号。
使用时，用户首先通过上位机设置第一无刷直流电机5的转速参数，上位机通过USB总线将转速参数发送给USB模块17，USB模块17将转速参数发送给数字控制核心15,数字控制核心15根据转速参数生成第一PWM信号，并将第一PWM信号发送给第一IGBT驱动模块6，第一IGBT驱动模块6根据第一PWM信号控制第一无刷直流电机5转动；
数字控制核心15检测第一无刷直流电机5的转子的位置信号、转速信号和工作电流数据，并结合直流母线3上的电压调整第一PWM信号，从而保证第一无刷直流电机5的转速与所述转速参数一致。
数字控制核心15控制第一无刷直流电机5的同时，数字控制核心15生成第二PWM信号来控制第二无刷直流电机11转动；数字控制核心15根据第一无刷直流电机5的转子的位置信号和转速信号，并结合第二无刷直流电机11的转子的位置信号、转速信号和工作电流数据修正第二PWM信号，从而使第一无刷直流电机5与第一无刷直流电机11的转速一致。
本发明所述的一种双永磁无刷电机同步驱动控制装置，结合人工智能和PID算法，对其中一个电机的速度和电流进行双闭环调节，另外一个电机结合交叉耦合的思想对速度和位置进行跟踪；本发明调速响应速度快，精度高，采用一个控制器控制两个永磁无刷直流电机，有效降低了成本，延长了使用寿命。

Claims (8)

1.一种双永磁无刷电机同步驱动控制装置，其特征在于：包括第一外接电源(1)、整流模块(2)、直流母线(3)、电压检测模块(4)、第一无刷直流电机(5)、第一IGBT驱动模块(6)、第一IGBT逆变电路(7)、第一霍尔传感器(8)、第二IGBT驱动模块(9)、第二IGBT逆变电路(10)、第二无刷直流电机(11)、第二霍尔传感器(12)、第二外接电源(13)、开关电源供电模块(14)、数字控制核心(15)、放大电路(16)、USB模块(17)、辅助模块(18)和电流检测模块(19)；
USB模块(17)、辅助模块(18)、电流检测模块(19)、放大电路(16)、电压检测模块(4)、第一IGBT驱动模块(6)和第二IGBT驱动模块(9)均连接数字控制核心(15)，第一IGBT驱动模块(6)连接第一IGBT逆变电路(7)，第一IGBT逆变电路(7)连接第一无刷直流电机(5)，用于检测第一无刷直流电机(5)的转子位置信号和转速信号的第一霍尔传感器(8)与放大电路(16)连接，用于检测第二无刷直流电机(11)的转子位置信号和转速信号的第二霍尔传感器(12)与放大电路(16)连接，第二IGBT驱动模块(9)连接第二IGBT逆变电路(10)，第二IGBT逆变电路(10)连接第二无刷直流电机(11)，第一无刷直流电机(5)与第二无刷直流电机(11)均连接电流检测模块(19)；
第一外接电源(1)连接整流模块(2)，整流模块(2)连接直流母线(3)，第一IGBT逆变电路(7)和第二IGBT逆变电路(10)均连接直流母线(3)，电压检测模块(4)连接直流母线(3)；
第二外接电源(13)连接开关电源供电模块(14)，开关电源供电模块(14)为第一IGBT逆变电路(7)、第二IGBT驱动模块(9)、USB模块(17)、辅助模块(18)、数字控制核心(15)、放大电路(16)和电路检测模块供电。
2.如权利要求1所述的一种双永磁无刷电机同步驱动控制装置，其特征在于：所述第一外接电源(1)为输出为20V～60V的三相交流电源；所述整流模块(2)为整流桥；所述第二外接电源(13)为输出为20V～60V的直流电源。
3.如权利要求2所述的一种双永磁无刷电机同步驱动控制装置，其特征在于：所述开关电源供电模块(14)包括5V电源模块、15V电源模块、3.3V电源模块和3V电源模块，所述第二外接电源(13)连接15V电源模块的输入端，15V电源模块的输出端输出15V电源，15V电源模块连接5V电源模块的输入端，5V电源模块的输出端输出5V电源，5V电源模块的输出端连接3.3V电源模块，3.3V电源模块的输出端输出3.3V电源；所述15V电源模块的型号为LT1976；所述5V电源模块的型号为LM2940IPM-5.0；所述3.3V电源模块的型号为LM1117S-3V3。
4.如权利要求3所述的一种双永磁无刷电机同步驱动控制装置，其特征在于：所述第一IGBT驱动模块(6)和所述第二IGBT驱动模块(9)的型号均为IR2136；所述第一IGBT驱动模块(6)和所述第二IGBT驱动模块(9)由所述15V电源模块供电，所述数字控制核心(15)的型号为MC56F8366；所述数字控制核心(15)由所述3.3V电源模块供电。
5.如权利要求4所述的一种双永磁无刷电机同步驱动控制装置，其特征在于：所述电流检测模块(19)包括第一检测模块和第二检测模块，第一检测模块的输入端连接第一无刷直流电机(5)，第二检测模块的输入端连接第二无刷直流电机(11)，第一检测模块的输出端和第二检测模块的输出端均连接所述数字控制核心(15)；第一检测模块和第二检测模块的型号均为ACS714LLCTR-20A-T；所述第一检测模块和第二检测模块均由所述5V电源模块供电。
6.如权利要求5所述的一种双永磁无刷电机同步驱动控制装置，其特征在于：所述辅助模块(18)包括报警蜂鸣器、LED指示灯和风扇，报警蜂鸣器、LED指示灯和风扇均与所述数字控制核心(15)连接，报警蜂鸣器、LED指示灯和风扇均由所述3.3V电源供电
7.如权利要求6所述的一种双永磁无刷电机同步驱动控制装置，其特征在于：所述电压检测模块(4)包括电容C23、电容C24、电容C25、TVS二极管D13、电阻R26、电阻R28、电阻R29、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R30、高速触发器IC7和光耦Q11，高速触发器IC7的1脚连接电阻R26的2脚，电阻R26的1脚连接所述直流母线(3)，电阻R26的1脚还连接TVS二极管D13的负极，TVS二极管D13的正极连接地线，电阻R26的1脚还通过并联在一起的电容C23和电容C24连接地线，高速触发器IC7的2脚通过串联在一起的电阻R29和电阻R33连接外部电源，高速触发器IC7的2脚还通过串联在一起的电阻R28和电阻R32连接外部电源，高速触发器IC7的5脚通过电容C25连接地线，高速触发器IC7的4脚连接光耦Q11的1脚，高速触发器IC7的6脚通过电阻R30连接光耦Q11的2脚，光耦Q11的3脚通过电阻R31连接所述3.3V电源，光耦Q11的3脚还连接所述数字控制核心(15)，光耦Q11的4脚连接地线。
8.如权利要求7所述的一种双永磁无刷电机同步驱动控制装置，其特征在于：所述USB模块(17)的型号为CH340G；所述USB模块(17)由所述5V电源模块供电。
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