CN109274294A - 基于WinCE的永磁同步电机状态监测和控制一体化 - Google Patents

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王德成
张寿丰
黄元
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/08—Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor
    • H02P6/085—Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor in a bridge configuration

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  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

本发明涉及一种基于WinCE操作系统的集永磁同步电机运行状态监测和控制一体化方法。以ARM作为控制核心通过SVPWM控制功率开关管的开通和关断，实现对永磁同步电机的控制；以触摸屏为电机参数显示接口，基于WinCE操作系统，实现参数的实时图形化显示；通过触摸屏方便的实现永磁同步电机运行状态的设置。

Description

基于WinCE的永磁同步电机状态监测和控制一体化
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域，具体涉及一种基于WinCE操作系统的集永磁同步电机运行状态监测和控制一体化方法。
背景技术
随着自动化系统的快速普及，以及电力电子技术的快速发展，交流电机调速系统得到广泛应用。永磁同步电机具有重量轻、损耗小、运行可靠等特点，使其在交流电机调速系统中占据了重要地位。在实际应用中，永磁同步电机调速系统不仅需要控制电机按照给定指令运行，还需要实时监测电机的运行参数。永磁同步电机调速系统大多采用传统的嵌入式CPU作为主控芯片进行控制，对电机运行参数的监测需要复杂的外部设计实现。因此，针对上述问题，本发明提出了一种基于WinCE操作系统的集永磁同步电机运行状态监测和控制一体化方法。
文献《基于DSP的开关磁阻电机调速系统的设计》给出了一种电机调速系统，通过数码管显示电机转速，并利用控制板按键控制电机；文献《基于DSP的永磁同步电机控制系统》给出了一种永磁同步电机控制系统，采用DSP作为主控芯片，结合LCD液晶显示屏显示电机运行参数；文献《基于嵌入式操作系统μCOS的永磁同步电机控制系统的研究》给出了一种基于μCOS系统的永磁同步电机控制系统，通过串口通信模块将数据发送到上位机上进行实时显示，便携性和集成度较低。上述三种文献给出了电机状态参数监测的主要方式：数码管、LCD液晶显示屏、上位机。这些设计方法对应的程序繁琐复杂，且参数观测方式较为单一。文献《永磁同步电机伺服控制系统研究》中对于改变电机的运行状态，主要通过按键中断以及外部通信接口实现电机的启动、加速、减速等运行状态。这种实现方法灵活性较差，同时按键控制存在一定的滞后性，不利于电机的实时精确控制。触摸屏和ARM的出现，为永磁同步电机运行状态监测和控制，在复杂性和灵活性设计方面，提供新的思路。
发明内容
为了优化永磁同步电机运行状态监测和控制设计，本发明提供一种基于WinCE操作系统的集永磁同步电机运行状态监测和控制一体化设计方法，以ARM作为控制核心，通过SVPWM控制功率开关管的开通和关断，实现对永磁同步电机的控制；以触摸屏为电机参数显示接口，基于WinCE操作系统，实现参数的实时图形化显示；通过触摸屏实现永磁同步电机运行状态的设置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：基于WinCE操作系统的集永磁同步电机运行状态监测和控制一体化设计方法，包括：驱动控制器、触摸屏、永磁同步电机、电源模块。驱动控制器根据电机运行时的电流和转速，通过SVPWM控制功率开关管的开通和关断，实现对永磁同步电机的控制；触摸屏用于电机运行状态的设置及显示；永磁同步电机运行参数如电流、转速等经过信号调理电路之后反馈到驱动控制器，借助于触摸屏进行实时显示。
所述的驱动控制器由控制电路和驱动电路两部分组成。控制电路以ARM芯片作为CPU。驱动电路采用三相全控桥，将直流母线电压变换成三相交流电，给永磁同步电机的定子供电，使得电机具有宽调速范围、高稳速精度、快速动态响应等良好性能。
所述的ARM运行WinCE操作系统。该操作系统是一种具有开放、可裁剪等特性的实时嵌入式窗口操作系统，与个人计算机使用的Windows操作系统差异不大，图形化显示程度高，便于操作人员的接受。
所述的电机运行参数，包括电机的当前转速、相电流等能够测量的参数。图形化的永磁同步电机运行参数监测，通过WinCE操作系统下开发相应的图形化显示软件实现。
所述的电机运行状态改变，通过WinCE操作系统下开发相应的软件，接收由触摸屏输入的状态改变信息。
由以上本发明的技术方案可知，本发明的有益效果是：1)采用ARM作为控制核心，处理速度更快，为高精度的永磁同步电机控制提供硬件平台；2)以触摸屏为电机参数显示接口，基于WinCE操作系统，能够实现参数的实时图形化显示；3)通过触摸屏能够方便的实现永磁同步电机运行状态的设置。
附图说明
图1为基于WinCE操作系统的集永磁同步电机运行状态监测和控制一体化的整体结构框图。
图中，1—驱动控制器，2—永磁同步电机，3—电源模块，4—触摸屏。
图2为基于WinCE操作系统的集永磁同步电机运行状态监测和控制一体化的驱动控制器结构框图。
图中，1—驱动控制器，2—永磁同步电机，3—电源模块，5—ARM处理器，6—隔离保护电路，7—功率驱动电路，8—相电流和直流母线电压采样电路，9—过压保护电路，10—过流保护电路。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施对本发明进一步说明。
图1是本发明的整体结构图，由驱动控制器1、永磁同步电机2、电源模块3、触摸屏4组成。
图2是本发明的驱动控制器结构框图。
驱动控制器1由控制电路和驱动电路两部分组成。控制电路核心为ARM处理器5，采用的是三星S3C2416微处理器。该处理器内核为ARM926EJ，CPU的系统频率为400MHz。输入电压为3.3V，工作温度为-10℃～70℃。
永磁同步电机2的主要性能如下：无刷，额定线电压24V，额定功率31W，额定电流1.56A，额定力矩0.1N.M，额定转速3000r/min，自带编码器线数为1000线，反电动势为4.3V/1000r/Min，电机设计磁钢选用钕铁錋，铁芯材料选用DW360。
电源模块3的供电电源为+24V，用于给各个模块电路供电。24V电压可直接用于驱动电机；+15V电压由LM2575S-ADJ降压产生，用于驱动芯片的供电；+5V电压由DC-DC模块HZD05B-24S05通过转换24V产生，用于主控板和其他芯片的供电。
触摸屏4为群创7寸显示屏，分辨率为800*480，使用温度为-30℃到85℃。
为了避免强电对ARM处理器的影响，本发明需要对ARM处理器5产生的PWM信号进行隔离。隔离电路6采用ADI公司生产的隔离芯片ADUM1401进行设计。该芯片的隔离技术采用ADI公司的iCoupler磁耦隔离。与光电隔离器件相比，这种技术由于采用了高速CMOS工艺及芯片级的变压器技术，在性能、功耗、体积等方面具有较好的特性。
功率驱动电路7为驱动功率器的核心电路。功率驱动电路7主要包括三相逆变器电路和驱动电路两部分。逆变器电路采用六个功率MOSFET器件构成的三相桥式结构。MOSFET采用IR公司生产的功率IRF3412。驱动电路芯片采用的是IR公司提供的IR2103S芯片。
相电流采样主要用于提供速度控制过程中电流闭环反馈信号。采样电路中的电流传感器采用Allgrog公司生产的ACS712芯片设计。
相电流过流和母线电压过压是电机运行时常遇到的故障问题。这些故障不仅会影响电机的正常运行，同时还有可能烧毁MOSFET器件。因此，在驱动控制器1中加入过压保护电路9和过流保护电路10，以保障整个系统安全稳定运行。过压过流保护电路基于LM393芯片构成的电压比较电路，进行设计。电压比较电路一端设置一个阈值电压值，另一端连接信号采样电路的输出端。当电机正常运行时，信号采样电路的输得端电压小于设置的阈值电压，使比较电路输出低电平，表明系统正常运行。过压过流保护电路不工作；当电机发生过压过流现象时，信号采样电路的输出端电压高于设置的阈值电压，使比较电路输出高电平反馈给处理器。处理器收到高电平后，关断PWM信号输出，停止电机运行，保护整个系统。
本发明具体实施过程中，首先ARM处理器5产生PWM信号，然后经过隔离保护电路6，实现控制系统和驱动系统的隔离。经过隔离保护电路6的PWM信号，作为控制信号，控制功率驱动电路7中的驱动芯片。驱动芯片根据PWM的高低电平信号，实现对MOSFET器件的开通和关断，达到对永磁同步电机2控制的目的。同时，驱动控制器1还提供了相电流和直流母线电压采样电路8，用以采样电机运行时的相电流和母线电压。采集到的相电流和母线电压经过过流保护电路10和过压保护电路9后，反馈给ARM处理器5。ARM处理器5通过检测电机运行状态信息，包括转子位置、转速、相电流、母线电压等，结合所采用的控制策略，改变PWM输出信号的占空比。WinCE操作系统下实现永磁同步电机转速控制，主要由4部分组成，分别是：速度检测模块、速度电流双闭环PID控制器、坐标变换模块、SVPWM逆变模块。
嵌入式操作系统WinCE的启动过程，如下所述。在WinCE操作系统通过上电后，首先进入BootLoader阶段。在BootLoader阶段，系统完成对处理器部件的初始化，分配内存空间，配置系统时钟，为内核调用做好准备。此后，系统进行初始化内核。在内核化过程中，主要监测CPU和体系结构性能。系统结构和内核初始化完成后，挂载文件系统。然后，系统启动用户空间的Init进程，启动初始化脚本。完成以上操作之后，系统进入显示的图形界面，操作人员可以进行图形化的电机参数监测以及运行状态设置。
本发明软件部分的具体实施过程中，触摸屏输入信号的感知以及图形化的设计是两个重要步骤。
触摸屏输入信号的感知，通过用户操作触摸屏，产生不同的指令消息，利用WinCE操作系统对这些消息信号进行处理。WinCE操作系统通过BEGIN_MESSAGE_MAP函数进行消息映射，为每个消息处理函数提供一个入口；通过END_MESSAGE_MAP函数结束消息映射；通过GetSystemMenu函数获得系统界面菜单功能。当用户通过触摸屏操作系统界面菜单时，系统内部会根据用户的操作，在队列中产生相应的消息信号。操作系统再通过GetMessage函数获取队列中的消息进行进一步处理。
图形化显示的设计，用于当系统获得永磁同步电机的运行参数后，在界面上实时显示电机的运行参数。操作系统通过GetMessage函数获取系统采集的电机运行参数；通过调用BeginPaint函数，得到与指定窗口相关联的设备上下文，即确定需要图形化的区域；通过DrawPoints函数将电机的运行参数具体化，将运行参数实时绘制在软件界面；在图形化显示结束后，利用EndPaint函数结束绘制。通过上述操作，实现电机运行参数图形化设计。

Claims (1)

1.基于WinCE的集永磁同步电机运行状态监测和控制一体化，其特征在于：1)采用ARM作为控制核心，处理速度更快，为高精度的永磁同步电机控制提供硬件平台；2)以触摸屏为电机参数显示接口，实现参数的实时图形化显示；3)通过触摸屏，实现永磁同步电机运行状态的设置；4)基于WinCE操作系统移植，实现上述功能。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117728735A (zh) * 2024-02-02 2024-03-19 深圳市昱森机电有限公司 电机的驱动控制方法、装置、设备及存储介质

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201584938U (zh) * 2009-12-16 2010-09-15 南车资阳机车有限公司 燃气发电机组控制系统

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201584938U (zh) * 2009-12-16 2010-09-15 南车资阳机车有限公司 燃气发电机组控制系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘自红: "《基于ARM9的直流电机测控定位控制》", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库（电子期刊）》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117728735A (zh) * 2024-02-02 2024-03-19 深圳市昱森机电有限公司 电机的驱动控制方法、装置、设备及存储介质
CN117728735B (zh) * 2024-02-02 2024-04-30 深圳市昱森机电有限公司 电机的驱动控制方法、装置、设备及存储介质

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