CN109194230A - 一种永磁同步电机控制算法中电流环硬件加速方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种永磁同步电机控制算法中电流环硬件加速方法，其通过MCU和FPGA组合的架构方式，利用FPGA并行处理数据的能力，实现永磁同步电机控制算法中的电流环。其包括MCU、FPGA，FPGA负责运算电流环，FPGA从MCU获取电流指令，从电流传感器采样三相电流，从旋变解码芯片获取转子位置，在内部运算电流环，之后将PWM占空比发送至驱动电路。
Description
技术领域
本发明涉及电机加减载控制的技术领域，具体为一种永磁同步电机控制算法中电流环硬件加速方法。
背景技术
新能源车用电机一般采用永磁同步电机(PMSM)，PMSM的控制多采用矢量控制技术，电流环是其中的重要环节。电流环运算需要一定的时间资源。在现有的硬件水平下，该时间资源限制了电流环控制的带宽。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种永磁同步电机控制算法中电流环硬件加速方法，其通过MCU和FPGA组合的架构方式，利用FPGA并行处理数据的能力，实现永磁同步电机控制算法中的电流环。
一种永磁同步电机控制算法中电流环硬件加速方法，其特征在于：其包括MCU、FPGA，FPGA负责运算电流环，FPGA从MCU获取电流指令，从电流传感器采样三相电流，从旋变解码芯片获取转子位置，在内部运算电流环，之后将脉宽调制信号(PWM)占空比发送至驱动电路。
其进一步特征在于：
所述FPGA包括通信模块、算法处理单元模块、电流采样模块、位置读取模块、PWM模块，所述MCU发出的电流指令传递至通信模块，所述通信模块将电流指令传递至算法处理单元模块，外部的电流传感器将三相电流信号接入至所述电流采样模块，旋变解码芯片将转子位置信号导入至所述位置读取模块，所述算法处理单元模块通过读取三相电流信号、转子位置信号后内部运算电流环，之后将PWM占空比输出至PWM模块，然后所述PWM模块将PWM占空比发送至外部驱动电路；
所述通信模块用于MCU与FPGA之间的通信，即从MCU获取电流指令；
所述电流采样模块用于采集三相电流信号送给算法处理单元；
所述位置读取模块用于与旋变解码芯片进行通讯，将得到的转子信号送给算法处理单元；
所述算法处理单元模块包括指令处理单元、解耦模块、空间矢量调制和故障监测模块；所述指令处理模块根据故障信号处理指令信号，若发生故障，则将指令置为0，否则将指令下发至解耦模块；所述解耦模块以电流指令信号、转子位置信号、三相电流信号为输入，运行电流环解耦控制算法，输出电压控制信号至空间矢量调制模块；所述空间矢量调制模块根据电压控制信号计算PWM驱动信号占空比，并下发至PWM模块；所述故障监测模块监测控制算法是否出错，并将故障信号反馈给指令处理模块；
所述PWM模块根据算法处理单元中的PWM驱动信号占空比产生互补的PWM驱动波形，输出至驱动电路。
采用本发明后，通过MCU+FPGA的电机控制架构，利用FPGA并行处理数据的能力，实现永磁同步电机控制算法中的电流环，在不改变开关频率的条件下扩展电流环的带宽，利用MCU的灵活性和FPGA处理数据的快速性，提高位置环和速度环的性能。
附图说明
图1为本发明的电流环硬件加速方法示意框图；
图2为本发明的算法处理单元模块内部逻辑示意框图。
具体实施方式
一种永磁同步电机控制算法中电流环硬件加速方法，见图1、图2：其包括MCU、FPGA，FPGA负责运算电流环，FPGA从MCU获取电流指令，从电流传感器采样三相电流，从旋变解码芯片获取转子位置，在内部运算电流环，之后将脉宽调制信号(PWM)占空比发送至驱动电路。
FPGA包括通信模块、算法处理单元模块、电流采样模块、位置读取模块、PWM模块，MCU发出的电流指令传递至通信模块，通信模块将电流指令传递至算法处理单元模块，外部的电流传感器将三相电流信号接入至电流采样模块，旋变解码芯片将转子位置信号导入至位置读取模块，算法处理单元模块通过读取三相电流信号、转子位置信号后内部运算电流环，之后将PWM占空比输出至PWM模块，然后PWM模块将PWM占空比发送至外部驱动电路；
通信模块用于MCU与FPGA之间的通信，即从MCU获取电流指令。
电流采样模块用于采集三相电流信号送给算法处理单元；
位置读取模块用于与旋变解码芯片进行通讯，将得到的转子信号送给算法处理单元；
算法处理单元模块包括指令处理单元、解耦模块、空间矢量调制和故障监测模块；指令处理模块根据故障信号处理指令信号，若发生故障，则将指令置为0，否则将指令下发至解耦模块；解耦模块以电流指令信号、转子位置信号、三相电流信号为输入，运行电流环解耦控制算法，输出电压控制信号至空间矢量调制模块；空间矢量调制模块根据电压控制信号计算PWM驱动信号占空比，并下发至PWM模块；故障监测模块监测控制算法是否出错，并将故障信号反馈给指令处理模块；
其中电流环解耦控制算法另行编写，不在本发明的保护范围内，故不再赘述；
PWM模块根据算法处理单元中的PWM驱动信号占空比产生互补的PWM驱动波形，输出至驱动电路。
文中MCU的中文名称为主控芯片，FPGA的中文名称为现场可编程门阵列器件。
其工作原理如下：通过MCU+FPGA的电机控制架构，利用FPGA并行处理数据的能力，实现永磁同步电机控制算法中的电流环，在不改变开关频率的条件下扩展电流环的带宽，利用MCU的灵活性和FPGA处理数据的快速性，提高位置环和速度环的性能。
以上对本发明的具体实施例进行了详细说明，但内容仅为本发明创造的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明创造的实施范围。凡依本发明创造申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。
Claims (7)
1.一种永磁同步电机控制算法中电流环硬件加速方法，其特征在于：其包括MCU、FPGA，FPGA负责运算电流环，FPGA从MCU获取电流指令，从电流传感器采样三相电流，从旋变解码芯片获取转子位置，在内部运算电流环，之后将PWM占空比发送至驱动电路。
2.如权利要求1所述的一种永磁同步电机控制算法中电流环硬件加速方法，其特征在于：所述FPGA包括通信模块、算法处理单元模块、电流采样模块、位置读取模块、PWM模块，所述MCU发出的电流指令传递至通信模块，所述通信模块将电流指令传递至算法处理单元模块，外部的电流传感器将三相电流信号接入至所述电流采样模块，旋变解码芯片将转子位置信号导入至所述位置读取模块，所述算法处理单元模块通过读取三相电流信号、转子位置信号后内部运算电流环，之后将PWM占空比输出至PWM模块，然后所述PWM模块将PWM占空比发送至外部驱动电路。
3.如权利要求2所述的一种永磁同步电机控制算法中电流环硬件加速方法，其特征在于：所述通信模块用于MCU与FPGA之间的通信，即从MCU获取电流指令。
4.如权利要求3所述的一种永磁同步电机控制算法中电流环硬件加速方法，其特征在于：所述电流采样模块用于采集三相电流信号送给算法处理单元。
5.如权利要求4所述的一种永磁同步电机控制算法中电流环硬件加速方法，其特征在于：所述位置读取模块用于与旋变解码芯片进行通讯，将得到的转子信号送给算法处理单元。
6.如权利要求2所述的一种永磁同步电机控制算法中电流环硬件加速方法，其特征在于：所述算法处理单元模块包括指令处理单元、解耦模块、空间矢量调制和故障监测模块；所述指令处理模块根据故障信号处理指令信号，若发生故障，则将指令置为0，否则将指令下发至解耦模块；所述解耦模块以电流指令信号、转子位置信号、三相电流信号为输入，运行电流环解耦控制算法，输出电压控制信号至空间矢量调制模块；所述空间矢量调制模块根据电压控制信号计算PWM驱动信号占空比，并下发至PWM模块；所述故障监测模块监测控制算法是否出错，并将故障信号反馈给指令处理模块。
7.如权利要求2所述的一种永磁同步电机控制算法中电流环硬件加速方法，其特征在于：所述PWM模块根据算法处理单元中的PWM驱动信号占空比产生互补的PWM驱动波形，输出至驱动电路。
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