CN109617460A - 一种基于矢量控制的电机控制设备 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电机控制器技术领域，尤其涉及一种基于矢量控制的电机控制设备，包括：保护模块，驱动电源模块，逆变模块，位置检测模块，DSP设计模块、永磁同步电机、温度传感器，驱动电源模块、逆变模块、永磁同步电机依次连接，永磁同步电机上设置有位置检测模块，永磁同步电机与逆变模块还分别连接温度传感器，位置检测模块与温度传感器分别连接DSP设计模块，DSP设计模块前端还设有保护模块。本发明所述基于矢量控制的电机控制设备，克服了PMSM矢量控制非线性时变的劣势，保证了电机不受外界的影响，使得电机稳定的输出，提高电机的综合性能。

Description

一种基于矢量控制的电机控制设备
技术领域
本发明属于电机控制器技术领域，尤其涉及一种基于矢量控制的电机控制设备。
背景技术
矢量控制的核心思想是将电机的三相电流、电压、磁链变换到以转子磁链定向的两相旋转坐标系，定子电流被分解为相互正交的两个分量，一个与转子磁链方向相同，代表定子电流的励磁分量，另一个与转子磁链方向正交，代表定子电流的转矩分量。保持电子电流的励磁分量不变，控制转矩分量，这就相当于直流电机控制中保持励磁电流不变，而通过控制电枢电流来控制电机的转矩一样，使系统具有较好的动态特性。矢量控制的优点是有良好的转矩响应，精确的速度控制。
如中国专利申请号为：CN201610596989.6的专利公布了一种电机矢量控制方法、装置和飞行器，所述方法，包括以下步骤：接收脉冲位置调制PPM信号；根据PPM信号获取电机的第一给定电压信号；采用d轴给定电流为0的控制方式以获取电机的d轴电压；根据第一给定电压信号和电机的d轴电压计算下一时刻电机的q轴电压，并根据电机的d轴电压和下一时刻电机的q轴电压对电机进行矢量控制。该方法采用直接电压给定的方式对电机进行最大转矩控制，不仅能够减小采用方波控制产生的转矩脉动，减小振动和噪音，而且解决了采用速度闭环控制时造成的失控和机身剧烈抖动的问题。但是该控制装置不能直接应用于纯电动车的控制。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于矢量控制的电机控制设备，把交流电机模拟成直流电机的控制规律进行控制。
所述电机控制设备，包括：保护模块，驱动电源模块，逆变模块，位置检测模块，DSP设计模块、永磁同步电机、温度传感器，其中，驱动电源模块、逆变模块、永磁同步电机依次连接，永磁同步电机上设置有位置检测模块，永磁同步电机与逆变模块还分别连接温度传感器，位置检测模块与温度传感器分别连接DSP设计模块，DSP设计模块前端还设有保护模块；
保护模块：包括依次连接的全波整流器、比较器、三极管、电流传感器，用于保护驱动电源避免短路；
驱动电源模块：包括依次连接的PWM整流电路、滤波电路、稳压电路，用于为逆变模块的逆变桥驱动电路提供稳定的12V直流电源；
逆变模块：包括依次连接的预充电路、滤波电容、绝缘栅双极型晶体管芯片，用于将动力电池的直流电转化为交流电；
位置检测模块：包括分别安装在电机上的旋转变压器、位置传感器、速度传感器，位置检测模块连接DSP设计模块，位置传感器、速度传感器用于反馈永磁同步电机的转速与转子位置；
DSP设计模块：用于控制电机的转速与位置利用的距离，以及将采集的信号传输给DSP 设计模块进行信号判断。
进一步地，保护模块中，全波整流器型号采用FXD125、比较器型号采用LM311D、三极管型号采用LM337、电流传感器型号采用ACS712_05B。
进一步地，驱动电源模块中，PWM整流电路型号采用CM6901X SOP-16、滤波电路采用 220UF 1KV的电解电容、稳压电路采用LM317式的3端稳压器。
进一步地，DSP设计模块采用的型号是MC9S12XDT。
进一步地，DSP设计模块还包括外部存储器、时钟电路、驱动电路，外部存储器的型号为ATMEL24C08芯片，时钟电路采用PCF8563模块，驱动电路采用AQMH2407ND模块。
进一步地，所述电机控制设备与车载的VCU、MCU、DC-DC、显示仪表、打车显示仪器并联在车载的CAN总线上，同时设置两个串联的120欧姆的终端电阻。
本发明的有益效果是：
1.本发明所述基于矢量控制的电机控制设备，克服了PMSM矢量控制非线性时变的劣势，保证了电机不受外界的影响，使得电机稳定的输出，提高电机的综合性能。
2.本发明所述基于矢量控制的电机控制设备属于闭环控制，相对于V/F开环控制，能够同时进行功能反馈，防止电机失控，提升安全性能。
附图说明
图1为本发明所述电机控制设备的连接结构示意图；
图中：1-保护模块、2-驱动电源模块、3-逆变模块、4-位置检测模块、5-DSP设计模块、 6-永磁同步电机、7-温度传感器。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明做进一步说明。
所述电机控制设备，包括：保护模块1，驱动电源模块2，逆变模块3，位置检测模块4， DSP设计模块5、永磁同步电机6、温度传感器7。
驱动电源模块2、逆变模块3、永磁同步电机6依次连接，永磁同步电机6上设置有位置检测模块4，永磁同步电机6与逆变模块3还分别连接温度传感器7，位置检测模块4与温度传感器7分别连接DSP设计模块5，DSP设计模块5前端还设有保护模块1。
保护模块1：包括依次连接的全波整流器(图中未示出)、比较器(图中未示出)、电流传感器(图中未示出)，保护模块1用于保护驱动电源避免短路。
利用电流传感器采集尖峰电流信号，并将尖峰电流信号装换为三相电压信号，将其传送至保护全波整流器，三相电压信号通过全波整流将交流电装换为直流电送到比较器的反相输入端，同时和正向输入端预置的电压进行比较，如果比预置的电压小，则A+>A-，输出为高电平，与三极管相结合，利用三极管的开关性，导通为饱和，断开则截止，保证输入为低电平信号；反之，如果A+<A-，则三级管截止，输出为高电平，此时通过二极管的单相导电性将反馈电压传送给比较器，反相端的电压高于同相端的电压，输出为高电平，使得此时的信号无法触发逆变电路导通，解决电流过大的时候出现的损坏绝缘栅双极型晶体管芯片的缺点。
驱动电源模块2：包括依次连接的整流电路(图中未示出)、滤波电路(图中未示出)、稳压电路(图中未示出)，驱动电源模块2用于为逆变模块3的逆变桥驱动电路(图中未示出)提供稳定的12V直流电源。
通过使用整流电路，滤波电路，稳压电路，整流电路通过使用变压器将输入电压装换为所需要的12V电压，然后通过滤波电路将脉动的成分滤除，再通过LM317可调式稳压电路，将其滤除掉为所需要的12V的稳定直流电压。
逆变模块3：包括预充电路(图中未示出)、滤波电容(图中未示出)、绝缘栅双极型晶体管芯片(图中未示出)，逆变模块3用于将动力电池的直流电转化为交流电。
位置检测模块4：包括旋转变压器(图中未示出)，位置传感器(图中未示出)，速度传感器(图中未示出)，分别安装在永磁同步电机6上，并连接DSP设计模块5，用于反馈永磁同步电机6的转速与转子位置；
位置检测模块4采用旋转变压器进行测试，通过励磁、正弦，余弦方法，旋转变压器的原边、副边绕组则随转子的角位移发生相对位置的改变，因而其输出电压的大小随转子角位移而发生变化,输出绕组的电压幅值与转子转角成正弦、余弦函数关系，或保持线性关系，或在一定转角范围内与转角成线性关系，采用环形式正余弦旋转变压器，环形式正余弦旋转变压器嵌套在电机上,它的绕组一个在定子上，一个在转子上，同心位置。转子上环形变压器绕组和信号变换的转子绕组相连，它的电信号的输入输出有环内变压器完成。
DSP设计模块5：DSP设计模块采用的型号是MC9S12XDT，
DSP设计模块5还包括外部存储器(图中未示出)、时钟电路(图中未示出)、驱动电路(图中未示出)，外部存储器的型号为ATMEL24C08芯片，时钟电路采用PCF8563模块，驱动电路采用AQMH2407ND模块，DSP设计模块5发送电信号给外部存储器和时钟电路，通过一个脉冲时间来检测电信号时间，并把电信号指令传输给驱动电路。
逆变模块3和永磁同步电机6分别设置温度传感器7，用于检测逆变模块3和永磁同步电机6的温度，起保护作用，温度传感器7连接DSP设计模块5。
连接CAN总线(图中未示出)：将所述电机控制设备与整车控制器VCU(图中未示出)、 MCU(图中未示出)、DC-DC(图中未示出)、显示仪表(图中未示出)、打车显示仪器(图中未示出)并联在CAN总线上，同时具有两个120欧姆的终端电阻(图中未示出)串联在一起，结构简单，维修的方便。
本发明所述电机控制设备的操作方式为：
将三相线(图中未示出)、旋变线(图中未示出)、接地线(图中未示出)连接，使永磁同步电机6运转，当永磁同步电机6运转的时候，采集永磁同步电机6的转子的信号，当转子转速没有达到指定的1000转时，将此时的1000转速记录，在重新清零，重新进行PI调节，使得永磁同步电机6调速时间变长；当电机转速到达1000或超过1000转时，检测定子电流，当定子电流为负的时候，将永磁同步电机6处于电动模式；当检测定子电流为正的时候，将永磁同步电机6处于发电模式，当处于电动模式的时候，同时调节定子电流和转矩电流，保证系统的准确性和稳定性，此时采用温度传感器7读取温度，通过CAN总线将温度传送回到整车控制器VCU中。
本发明不限于上述事实方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于矢量控制的电机控制设备，其特征在于，包括：保护模块，驱动电源模块，逆变模块，位置检测模块，DSP设计模块、永磁同步电机、温度传感器，其中，驱动电源模块、逆变模块、永磁同步电机依次连接，永磁同步电机上设置有位置检测模块，永磁同步电机与逆变模块还分别连接温度传感器，位置检测模块与温度传感器分别连接DSP设计模块，DSP设计模块前端还设有保护模块；
保护模块：包括依次连接的全波整流器、比较器、三极管、电流传感器，用于保护驱动电源避免短路；
驱动电源模块：包括依次连接的PWM整流电路、滤波电路、稳压电路，用于为逆变模块的逆变桥驱动电路提供稳定的12V直流电源；
逆变模块：包括依次连接的预充电路、滤波电容、绝缘栅双极型晶体管芯片，用于将动力电池的直流电转化为交流电；
位置检测模块：包括分别安装在电机上的旋转变压器、位置传感器、速度传感器，位置检测模块连接DSP设计模块，位置传感器、速度传感器用于反馈永磁同步电机的转速与转子位置；
DSP设计模块：用于控制电机的转速与位置利用的距离，以及将采集的信号传输给DSP设计模块进行信号判断。
2.根据权利要求1所述的一种基于矢量控制的电机控制设备，其特征在于，所述保护模块中，全波整流器型号采用FXD125、比较器型号采用LM311D、三极管型号采用LM337、电流传感器型号采用ACS712_05B。
3.根据权利要求1所述的一种基于矢量控制的电机控制设备，其特征在于，所述驱动电源模块中，PWM整流电路型号采用CM6901X SOP-16、滤波电路采用220UF 1KV的电解电容、稳压电路采用LM317式的3端稳压器。
4.根据权利要求1所述的一种基于矢量控制的电机控制设备，其特征在于，所述DSP设计模块采用的型号是MC9S12XDT。
5.根据权利要求4所述的一种基于矢量控制的电机控制设备，其特征在于，所述DSP设计模块还包括外部存储器、时钟电路、驱动电路，外部存储器的型号为ATMEL24C08芯片，时钟电路采用PCF8563模块，驱动电路采用AQMH2407ND模块。
6.根据权利要求1所述的一种基于矢量控制的电机控制设备，其特征在于，所述所述电机控制设备与车载的VCU、MCU、DC-DC、显示仪表、打车显示仪器并联在车载的CAN总线上，同时设置两个串联的120欧姆的终端电阻。
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