CN106953567B - 一种永磁同步电机磁场定向控制模块 - Google Patents

一种永磁同步电机磁场定向控制模块 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机磁场定向控制模块，该模块输入控制单元和运算单元，利用输入控制单元有选择地进行park和ipark复合运算，该模块在进行park和ipark运算时，将乘法器的最小需求量减少为4个，大大节约了逻辑资源，在保证运算速度的情况下，降低了硬件逻辑资源的使用，提高了逻辑资源的利用率，降低了研发和生产成本。

Description

一种永磁同步电机磁场定向控制模块
技术领域
本发明涉及电机的技术领域，特别涉及一种永磁同步电机磁场定向控制模块。
背景技术
参考图1，现在永磁同步电机磁场定向控制模块中，依次利用park模块(帕克运算模块)、pid调节模块(比例积分微分调节模块)和ipark模块完成控制。
park模块的输入信号clarke_ok、ia、ib是来自前级clarke模块(克拉克算法模块)的输出，分别表示：clarke模块运算完成信号、两相静止坐标系下电机a相的电流值、两相静止坐标系下电机b相的电流值。park模块的输入信号cordic_ok、sinθ、cosθ是来自前级cordic(坐标旋转数字计算机算法)模块的输出，分别表示：cordic运算完成信号、电角度的正弦值、电角度的余弦值。
park模块的输出信号park_ok、id、iq分别表示：park运算完成信号、d轴电流值、q轴电流值。
pid调节模块的输出信号pid_ds、pid_qs、pid_ok分别表示：两相旋转坐标下d轴(直轴)的电压控制量、两相旋转坐标下q轴(交轴)的电压控制量、pid运算完成信号。
ipark模块的输出信号uα、uβ、ipark_ok分别表示两相静止坐标下α轴的电压控制量、β轴的电压控制量、ipark运算完成信号。park变换和ipark变换的公式分别公式1、公式2所示：
标记为：公式1
标记为：公式2
为了实现上述的永磁同步电机磁场定向控制，现有的永磁同步电机磁场定向控制模块包括独立的park模块和ipark模块，其中park模块用到4个乘法器和2个加法器，ipark也用到4个乘法器和2个加法器，而且为了能够表示较高的精度，往往需要多位宽的两个数相乘，因此每增加一个乘法器意味着消耗大量的逻辑资源。
发明内容
本发明的目的是：提供一种硬件逻辑资源消耗小的实现永磁同步电机磁场定向控制的模块。
本发明解决其技术问题的解决方案是：一种永磁同步电机磁场定向控制模块，包括pid调节模块，还包括park_ipark复用模块，所述park_ipark复用模块包括输入控制单元、运算单元和输出控制单元；所述输入控制单元，用于在pid运算前将A传输给运算单元，所述A为：电机两相静止坐标系下a相的电流值和b相的电流值；还用于在pid运算结束后将B传输给运算单元，所述B为：电机两相旋转坐标下d轴(直轴)的电压控制量和q轴(交轴)的电压控制量；所述运算单元，用于进行park变换或ipark变换。
进一步，所述park_ipark复用模块还包括输出控制单元；所述输出控制单元，用于在park变换完成后将park变换的结果传输给pid调节模块的输入端，还用于在ipark变换完成后将ipark变换的结果输出。
进一步，所述pid调节模块输出标识其运算状态的标志值，输入控制单元检测所述标志值判断pid调节模块处在运算前或者运算结束状态。
进一步，所述标志值为布尔量。
进一步，所述输入控制单元通过数据选择器来选择将所述A或者B传输给运算单元。
进一步，所述输出控制单元包括第一节拍计数器和第二节拍计数器，所述第一节拍计数器用于自数3次后将park变换的结果传输给pid调节模块的输入端，所述第二节拍计数器用于自数3次后将ipark变换的结果输出。
本发明的有益效果是：本发明的永磁同步电机磁场定向控制模块在进行park和ipark运算时，将乘法器的最小需求量减少为4个，大大节约了逻辑资源，提高了逻辑资源的利用率，降低了生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。
图1是背景技术中现有控制模块电路关系连接示意图；
图2是实施例1中控制模块电路关系连接示意图；
图3是输入控制单元的电路关系连接示意图；
图4是运算单元的电路关系连接示意图；
图5是第一节拍计数器的电路关系连接示意图；
图6是第二节拍计数器的电路关系连接示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各项技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
实施例1，参考图2，一种永磁同步电机磁场定向控制模块，包括：pid调节模块和park_ipark复用模块，所述park_ipark复用模块包括：输入控制单元、运算单元和输出控制单元；所述输入控制单元，用于接收clarke模块、cordic模块和pid调节模块的状态信息，所述状态信息分别标记为：clarke_ok、cordic_ok和pid_ok；还用于根据所述状态信息将A或B传输给运算单元的算术输入端，所述A为：两相旋转坐标下d轴的电压控制量和q轴的电压控制量，分别标记为pid_ds和pid_qs；所述B为：两相静止坐标系下电机a相的电流值和b相的电流值，分别标记为ia和ib；所述运算单元，用于进行park运算或ipark运算；所述输出控制单元，用于在ipark运算开始之前将park运算的结果id和iq传输给pid调节模块，还用于在ipark运算结束之后将ipark运算的结果uα和uβ输出，所述id为：d轴电流值，所述iq为：q轴电流值；所述uα为：两相静止坐标下α轴的电压控制量，所述uβ为：两相静止坐标下β轴的电压控制量；所述pid调节模块，用于将id和iq转化为pid_ds和pid_qs，还用于输出其自身的状态信息。
参考图3，所述输入控制单元包括：与门U1A、U1B、U1C，选择器U2A、U2B，所述与门U1A的输入端分别接收cordic_ok和clarke_ok，所述与门U1A的输出端所述与门U1C的第一输入管脚连接，所述与门U1C的第二输入管脚接收取非后的pid_ok，所述与门U1B的第一输入端接收pid_ok，所述与门U1B的第二输入端与所述与门U1A的输出端连接，所述与门U1B的输出端和第二输入端与输出控制单元连接，所述选择器U2A、U2B的控制端并联后与所述与门U1C的输出端连接，所述选择器U2A、U2B的第一输入管脚分别接收pid_qs和pid_ds，所述选择器U2A、U2B的第二管脚分别接收ia和ib，所述选择器U2A、U2B的输出端与运算单元连接。
参考图4，所述运算单元包括：乘法器U4A、U4B、U4C和U4D，还包括加法器U5和减法器U6，所述乘法器U4A和U4B的第二输入端并联后接收cosθ，所述乘法器U4C和U4D的第二输入端并联后接收sinθ，所述sinθ和cosθ分别表示为：电角度的正弦值和余弦值，所述乘法器U4A和U4D的第一输入端并联后与选择器U2A的输出端连接，所述乘法器U4B和U4C的第一输入端并联后与选择器U2B的输出端连接，所述加法器U5对乘法器U4A和U4C的输出结果求和并将所述和值输出到所述输出控制单元，所述减法器U6对乘法器U4B和U4D求差并将所述差值输出到所述输出控制单元。
参考图5和图6，所述输出控制单元包括第一节拍计数器和第二节拍计数器。
第一节拍计数器包括：选择器U2C、U2D，d触发器U3D、U9A、U3C，相等比较器U7A和加法器U8A；所述d触发器U3D、U9A的输出端与pid调节模块的输入端连接，所述选择器U2C的控制端与所述与门U1A的输出端连接，所述选择器U2C的第二输入端与选择器U2D的输出端连接，所述选择器U2C的第一输入端设置输入常数0，所述选择器U2C的输出端与d触发器U3C的输入端连接，所述d触发器U3C的输出端分别与相等比较器U7A和加法器U8A的第一输入端连接，所述相等比较器U7A的第二输入端设置输入常数3，所述加法器U8A的第二输入端设置输入常数1，所述加法器U8A的输出端与所述选择器U2D的第一输入端连接，所述选择器U2D的第二输入端设置输入常数3，所述相等比较器U7A的输出端分别与所述选择器U2D的控制端、所述d触发器U3D的使能端和所述d触发器U9A的使能端连接；
第二节拍计数器包括：选择器U10A、U10B，d触发器U9D、U11A、U9C，相等比较器U7A和加法器U8A；所述d触发器U9D、U11A的输出端与pid调节模块的输入端连接，所述选择器U10A的控制端与所述与门U1B的输出端连接，所述选择器U10A的第二输入端与选择器U10B的输出端连接，所述选择器U10A的第一输入端设置输入常数0，所述选择器U10A的输出端与d触发器U9C的输入端连接，所述d触发器U9C的输出端分别与相等比较器U7A和加法器U8A的第一输入端连接，所述相等比较器U7A的第二输入端设置输入常数3，所述加法器U8A的第二输入端设置输入常数1，所述加法器U8A的输出端与所述选择器U10B的第一输入端连接，所述选择器U10B的第二输入端设置输入常数3，所述相等比较器U7A的输出端分别与所述选择器U10B的控制端、所述d触发器U9D的使能端和所述d触发器U11A的使能端连接；
所述d触发器U3D、U9D的输入端均与所述加法器U5的输出端连接，所述d触发器U9A、U11A的输入端均与所述减法器U6的输出端连接。
用cordic_ok、clarke_ok、pid_ok信号的不同状态组合来判断何时进行park变换，何时进行ipark变换，从而选择不同的数据输入。当cordic模块运算完毕且clarke模块运算完毕且pid模块运算未完成时，也就是当pid_ok为0且cordic_ok为1且clarke_ok为1时，应该进行park变换。根据上图，此时与门U1C输出高电平，使得选择器U2A、U2B的选择控制端为1，此时选择器的第二输入管脚与输出接通，即ia与U2A的输出接通，ib与U2B的输出接通,此时要进行的是park变换。
当pid_ok为1且cordic_ok为1且clarke_ok为1时，此时clarke模块、cordic模块、pid模块均已运算完毕，应该进行ipark变换。根据图2，此时与门U1C输出低电平，使得选择器U2A、U2B的选择控制端为0，此时选择器的第一输入管脚与输出接通，即pid模块的输出pid_qs与U2A的输出接通，pid_ds与U2B的输出接通,此时要进行的是ipark变换。
标记为：公式①；
d触发器U3A、U3B起锁存数据的作用，其输出s1、s2连接到第二个模块进行处理，ok1、ok2连接到输出控制单元进行处理，其中输出的值与接收的值满足以下逻辑关系：
ok2＝(clarke_ok∩cordic_ok)∩pid_ok
ok1＝clarke_ok∩cordic_ok
乘法器U4A～U4D完成4组数的相乘。分别是s1*cosθ、s2*cosθ、s2*sinθ、s1*sinθ。加法器U5完成U4A输出结果与U4C输出结果的求和，即s1*cosθ+s2*sinθ。加法器U6完成U4B输出结果与U4D输出结果的求差，即s2*cosθ-s1*sinθ。U5输出信号add、U6输出信号sub连接到第三个模块进行处理。结合公式①，有：
ok1信号为高电平时，表明clarke模块和cordic模块已经运算完毕，此时应启动park运算，同时启动clarke_ok＝1且cordic_ok＝1且pid_ok＝0状态下的第一节拍计数器从0开始计数，U2C、U3C、U8A、U2D、U7A构成节拍器，U3C输出计数结果。因park运算开始后3个clk输出结果，故当U3C计数到3时，相等比较器U7A输出1，将sub的值赋值给iq,将add的值给id，同时输出park模块运算结束信号park_ok。由公式①可知，此时变量sub的值为iβ·cosθ-iα·sinθ，变量add的值为iα·cosθ+iβ·sinθ，即：
完成park变换。
ok2信号为高电平时，表明clarke、cordic和pid模块已经运算完毕，此时应启动ipark运算，同时启动clarke_ok＝1且cordic_ok＝1且pid_ok＝1状态下的第二节拍计数器从0开始计数，U10A、U9C、U8B、U10B、U7B构成节拍器，U9C输出计数结果。因ipark运算开始后3个clk输出结果，故当U9C计数到3时，相等比较器U7B输出1，将sub的值赋值给uα,将add的值给uβ，同时输出ipark模块运算结束信号ipark_ok。由公式①可知，此时变量sub的值为pid_ds·cosθ-pid_qs·sinθ，变量add的值为pid_qs·cosθ+pid_ds·sinθ，即：
完成ipark变换。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (3)

1.一种永磁同步电机磁场定向控制模块，包括pid调节模块，其特征在于，还包括park_ipark复用模块，所述park_ipark复用模块包括输入控制单元和运算单元；
输入控制单元，用于在pid运算前将A传输给运算单元，所述A为：电机两相静止坐标系下a相的电流值和b相的电流值；还用于在pid运算结束后将B传输给运算单元，所述B为：电机两相旋转坐标下d轴的电压控制量和q轴的电压控制量；
运算单元，用于进行park变换或ipark变换；
所述park_ipark复用模块还包括输出控制单元；
输出控制单元，用于在park变换完成后将park变换的结果传输给pid调节模块的输入端，还用于在ipark变换完成后将ipark变换的结果输出；
所述pid调节模块还输出标识其运算状态的标志值，输入控制单元检测所述标志值判断pid调节模块处在运算前或者运算结束状态；
所述输入控制单元，用于接收clarke模块、cordic模块和pid调节模块发送的标志值，所述标志值分别标记为：clarke_ok、cordic_ok和pid_ok；
所述输入控制单元通过数据选择器来选择将所述A或者B传输给运算单元；
用所述cordic_ok、clarke_ok、pid_ok信号的不同状态组合来判断何时进行park变换，何时进行ipark变换，从而选择不同的数据输入。
2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机磁场定向控制模块，其特征在于，所述标志值为布尔量。
3.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机磁场定向控制模块，其特征在于，所述输出控制单元包括第一节拍计数器和第二节拍计数器，所述第一节拍计数器用于自数3次后将park变换的结果传输给pid调节模块的输入端，所述第二节拍计数器用于自数3次后将ipark变换的结果输出。
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