CN107666263A - 多相电机控制系统 - Google Patents

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CN107666263A CN201610615974.XA CN201610615974A CN107666263A CN 107666263 A CN107666263 A CN 107666263A CN 201610615974 A CN201610615974 A CN 201610615974A CN 107666263 A CN107666263 A CN 107666263A
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Abstract

本发明涉及一种多相电机控制系统，包括位置或速度检测模块、监测与操作模块、CPU模块、分控制模块和变流模块，位置或速度检测模块、监测与操作模块、CPU模块和分控制模块之间通过地址、数据总线实现数据传输，位置或速度检测模块、监测与操作模块和分控制模块通过故障总线分别将故障信息传输至CPU模块，CPU模块通过同步信号总线将数据传输至分控制模块。采用本发明技术方案的多相电机控制系统，具有扩展性好，能适应不同相数电机的控制需求，有利于多相电机变频调速装置的系列化，DSP芯片核心运算的优势得以发挥的特点。

Description

多相电机控制系统
技术领域
本发明涉及一种多相电机控制系统。
背景技术
模块化设计以其通用化、系列化、标准化，能够以最少的要素组合构建最多的产品品种等诸多优点在工业中得到越来越广泛的应用。传统的电机控制系统面向某一具体产品，是由下而上的设计。模块化设计是面向整个产品族系统，首先由上而下着眼于产品族系统分解和组合所得的通用模块体系。传统模拟信号采样由CPU执行，采样通道数量固定导致扩展性差；传统控制系统中DSP除了进行核心算法计算外，还要检测、控制外围接口，占用了DSP大量的处理时间；使DSP核心运算的优势难以发挥。
发明内容
本发明的目的在于解决上述技术问题，提供一种多相电机控制系统，具有扩展性好，能适应不同相数电机的控制需求，有利于多相电机变频调速装置的系列化，DSP芯片核心运算的优势得以发挥的特点。
为解决上述技术问题，本发明采用了一种多相电机控制系统，包括位置或速度检测模块、监测与操作模块、CPU模块、分控制模块和变流模块，其中，所述位置或速度检测模块、监测与操作模块、CPU模块和分控制模块之间通过地址、数据总线实现数据传输，所述位置或速度检测模块、监测与操作模块和分控制模块通过故障总线分别将故障信息传输至CPU模块，所述CPU模块通过同步信号总线将数据传输至所述分控制模块，所述分控制模块与所述变流模块一一对应设置且二者之间数据相互传输，所述位置或速度检测模块将电机速度传感器提供的速度信息通过ABZ信号或并行总线发送至CPU模块。
进一步地，上述技术方案中，所述位置或速度检测模块、监测与操作模块、CPU模块和分控制模块之间采用背板通用总线的连接方式。
进一步地，上述技术方案中，所述分控制模块为一个或至少两个。
进一步地，上述技术方案中，所述监测与操作模块采用CPLD芯片，CPLD内部设置了数据缓冲寄存器，用于存放ADC转换后的数据和开关量状态数据以供CPU模块通过总线读取，同时将CPU模块给定的外设操作数据锁定到该寄存器用于设备操作。
进一步地，上述技术方案中，所述CPU模块采用DSP芯片，ABZ信号送入DSP的QEP完成ABZ速度信息计算，故障信号送入到DSP的中断引脚，以便设备发生故障时DSP能做出快速响应；DSP的定时器中断到来时，向各分控制模块发出同步信号，以实现各分控制模块载波同步和载波移相，有助于电机振动噪声、谐波抑制等性能提高。
进一步地，上述技术方案中，所述分控制模块采用FPGA芯片，CPU模块将载波频率、载波相位、死区时间、最小脉宽、更新点设置等信息通过并行总线传到FPGA芯片的缓冲寄存器，经数据处理后生成驱动所需的载波，与所述CPU模块发出的实时调制波相比较产生驱动参考波，所述FPGA芯片根据死区设定时间和最小脉宽限制对驱动参考波进行处理后生成变流模块功率器件所需的驱动信号，经电光变换后传送到变流模块。
进一步地，上述技术方案中，所述位置或速度检测模块包三个转速信号转换电路，所述转速信号转换电路分别与电机速度传感器的输入输出接口相匹配。
本发明采用采样分散处理，变流模块的模拟信号送到各自对应的分控制模块，解决了传统模拟信号采样由CPU执行，采样通道数量固定导致扩展性差的问题；采用背板通用总线形式，模块的种类和数量可根据系统要求进行配置，适应不同相数电机的控制需求，有利于多相电机变频调速装置的系列化；传统控制系统中DSP芯片除了进行核心算法计算外，还要检测、控制外围接口，占用了DSP芯片大量的处理时间，而本系统中各模块均有处理器，各模块通过各自的处理器将信息处理后再通过并行总线接口与DSP芯片直接交互，不需DSP芯片处理外围接口，DSP芯片只需完成核心算法，减轻了DSP芯片的计算负担，使DSP芯片核心运算的优势得以发挥。
附图说明
图1是本发明结构框图；
图2是本发明的位置或速度检测模块结构图；
图3是本发明的监测与操作模块结构图；
图4是本发明的CPU模块结构图；
图5是本发明的分控制模块控制原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明提供一种多相电机控制系统，包括位置或速度检测模块、监测与操作模块、CPU模块、分控制模块和变流模块，其中，位置或速度检测模块、监测与操作模块、CPU模块和分控制模块之间通过地址、数据总线实现数据传输且上述各模块采用背板通用总线的连接方式，位置或速度检测模块、监测与操作模块和分控制模块通过故障总线分别将故障信息传输至CPU模块，CPU模块通过同步信号总线将数据传输至所述分控制模块，分控制模块为三个，分控制模块与变流模块一一对应设置且二者之间数据相互传输，位置或速度检测模块将电机速度传感器提供的速度信息通过ABZ信号或并行总线发送至CPU模块。
如图2所示，位置或速度检测模1块采用CPLD芯片，主要实现电机位置或电机转速的数据转换。常见的电机速度传感器有增量式编码盘、绝对式编码盘及旋转变压器，由于不同速度传感器的信号接口不同，位置或速度检测模块配置了3种转速信号转换电路，分别与上述3种电机速度传感器输入输出接口相匹配，CPLD芯片将获取的速度信息通过ABZ信号或并行总线发送到CPU模块。
如图3所示，监测与操作模块采用CPLD芯片，监测与操作模块主要实现设备级的开关状态检测(如断路器开关、熔断器状态等)、设备级开关的操作(如断路器开关、预充电开关控制等)、变流模块和电机温度监测等功能。由于温度信号为非实时性信号，CPLD芯片通过SPI总线来获取温度数据，CPLD芯片内部设置了数据缓冲寄存器，用于存放ADC转换后的数据和开关量状态数据以供CPU模块通过总线读取，同时将CPU模块给定的外设操作数据锁定到该寄存器用于设备操作。当检测到故障时，如过温、状态异常等，CPLD芯片产生一个故障信号，用于其他模块的快速响应。
如图4所示，CPU模块采用DSP芯片，DSP芯片通过总线可获取其他模块的采集数据(如位置数据、设备或电机温度、开关状态、故障信息、电压电流数据等)，同时通过总线完成设备操作以及向分控制模块传送载波周期、死区参数、最小脉宽设置和实时调制波数据以实现变流模块中功率器件的驱动。ABZ信号送入DSP的QEP完成ABZ速度信息计算，故障信号送入到DSP的中断引脚，以便设备发生故障时DSP能做出快速响应；DSP的定时器中断到来时，向各分控制模块发出同步信号，以实现各分控制模块载波同步和载波移相，有助于电机振动噪声、谐波抑制等性能提高。
采取模块化设计后，CPU不需要对ADC、开关量输入输出、等待等操作，降低了CPU运算周期，充分利用了CPU资源。
如图5所示，分控制模块主要实现驱动信号生成、功率器件驱动故障判定、变流模块开关量采集、变流模块电压电流检测与ADC转换、模拟信号硬件报警等功能。分控制模块采用FPGA芯片，CPU模块将载波频率、载波相位、死区时间、最小脉宽、更新点设置等信息通过并行总线传到FPGA芯片的缓冲寄存器，经数据处理后生成驱动所需的载波，与所述CPU模块发出的实时调制波相比较产生驱动参考波，FPGA芯片根据死区设定时间和最小脉宽限制对驱动参考波进行处理后生成变流模块功率器件所需的驱动信号，经电光变换后传送到变流模块。变流模块反馈的光纤信号经光电变换后送到FPGA，FPGA根据故障使能对反馈信号进行判断和驱动封锁。变流模块的开关量信号经分控制模块隔离后送到FPGA，FPGA将开关状态信息存入缓冲寄存器后供CPU模块读取。CPU模块将开关量输出信息送入FPGA，FPGA输出的信号经隔离后对变流模块的开关等进行控制。变流模块的电压电流传感器信号经模块的信号调理电路后送到ADC，FPGA完成ADC的操作与数据读取，并将变换模数变换后的数据存入寄存器以供CPU模块读取，同时，为了提高过压或过流的保护速度，模块对过压过流进行了硬件判断并产生故障信号来进行硬件保护。
本发明的说明书和附图被认为是说明性的而非限制性的，在本发明基础上，本领域技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中一些技术特征做出一些替换和变形，均在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.多相电机控制系统，包括位置或速度检测模块、监测与操作模块、CPU模块、分控制模块和变流模块，其特征在于：所述位置或速度检测模块、监测与操作模块、CPU模块和分控制模块之间通过地址、数据总线实现数据传输，所述位置或速度检测模块、监测与操作模块和分控制模块通过故障总线分别将故障信息传输至CPU模块，所述CPU模块通过同步信号总线将数据传输至所述分控制模块，所述分控制模块与所述变流模块一一对应设置且二者之间数据相互传输，所述位置或速度检测模块将电机速度传感器提供的速度信息通过ABZ信号或并行总线发送至CPU模块。
2.根据权利要求1所述的多相电机控制系统，其特征在于：所述位置或速度检测模块、监测与操作模块、CPU模块和分控制模块之间采用背板通用总线的连接方式。
3.根据权利要求1所述的多相电机控制系统，其特征在于：所述分控制模块为一个或至少两个。
4.根据权利要求1所述的多相电机控制系统，其特征在于：所述监测与操作模块采用CPLD芯片。
5.根据权利要求1所述的多相电机控制系统，其特征在于：所述CPU模块采用DSP芯片，ABZ信号送入DSP芯片的QEP完成ABZ速度信息计算，故障信号送入到DSP芯片的中断引脚；DSP芯片的定时器中断到来时，向各分控制模块发出同步信号，以实现各分控制模块载波同步和载波移相。
6.根据权利要求1所述的多相电机控制系统，其特征在于：所述分控制模块采用FPGA芯片。
7.根据权利要求1所述的多相电机控制系统，其特征在于：所述位置或速度检测模块包括三个转速信号转换电路，所述转速信号转换电路分别与电机速度传感器的输入输出接口相匹配。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108365786A (zh) * 2018-03-20 2018-08-03 福州欣联达电子科技有限公司 一种用于电机的控制模式切换方法

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