CN110677093A - 一种无位置双电机控制器及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电机控制领域，具体涉及一种无位置双电机控制器及其控制方法。本发明提供的无位置控制器用一个MCU同时控制两个电机，节省了制造成本。同时其利用计时器触发方式获取电机电流数据，仅需使用二分之一个PWM周期进行数据采样，使用二分之一个PWM周期进行计算，实现在当前周期计算获得FOC数据，在下一个周期更新应用FOC数据，对电机控制精确度更高。

Description

一种无位置双电机控制器及其控制方法
技术领域
本发明涉及电机控制领域，具体涉及一种无位置双电机控制器及其控制方法
背景技术
随着生活水平的提高，我国家庭汽车的保有量逐年上升，但是汽车数量的上升，传统燃油汽车尾气的过度排放、对于不可再生能源的过度使用导致了污染、能源消耗等一系列危机，作为汽车大国的中国面临的环境问题更是日益严重，发展新能源汽车已经变得势在必行，因此新能源汽车应用的各项技术应运而生，其中，新能源汽车上的转向助力油泵和制动气泵是新能源汽车重要组件，其运作需要动力源，通常需要从高压蓄电池中取电，通过电机转化为机械能带动泵工作。但是传统的电机控制中的电流重构，需要利用一个完整的PWM控制周期进行电流数据采样，在第二个PWM周期内计算FOC，计算出的数据在第三个PWM周期内才生效。即，当前周期获取的电阻电压数据，在两个PWM周期后才能起到作用，从而使得电机控制精度受到影响。另外，传统的双电机控制电路，通常需要两个MCU分别控制一个电机，导致控制电路的成本高昂。
发明内容
为解决上述问题。本发明提供了一种只用一个MCU同时控制新能源汽车的两个电机的双电机控制器电路。
一种无位置双电机控制器，包括，
开关电源(SMPS Switching Mode Power Supply)，所述开关电源的输入端与低压蓄电池连接，接收供电，其还包括第一低压输出端、第一高压输出端和第二高压输出端；
所述第一低压输出端与隔离CAN收发器连接，用于为所述隔离CAN收发器供电；所述第一高压输出端与驱动电路连接，并为所述驱动电路供电；
所述第二高压输出端通过稳压电路与MCU连接；所述MCU的输入端与所述隔离CAN收发器连接；
所述MCU分别通过6路PWM输出与第一驱动IC、第二驱动IC连接，分别用于控制第一电机、第二电机。
进一步的，所述稳压电路为低压差线性稳压器(LDO低压差线性稳压器lowdropout voltage regulator)、开关电源(DCDC)或系统基础芯片(SBC，systembasicchip)。
进一步的，所述MCU与一ADC电压采集电路连接，用于采集电机母线电压。
进一步的，所述ADC电压采集电路为单电阻采样电路。
本发明同时提供了一种应用上述的控制器控制无位置双电机的方法，包括如下步骤工作：
步骤1在二分之一PWM周期内，通过计时器触发方式获取一个电机的电流、电压数据；具体获取方式为通过获取设置在电机母线上的单采样电阻两端电压，结该单采样电阻阻值计算电机母线电流。
步骤2在下一个二分之一PWM周期内，结合获取的第一电机的电流、电压数据，对第一电机进行FOC计算，获得第一电机的输出占空比和下一个周期的采样时间点；同时，通过计时器触发方式获取二个电机的电流、电压数据；
步骤3在下一个二分之一PWM周期内，结合获取的第二电机的电流、电压数据，对第二电机进行FOC计算，获得第二电机的输出占空比和下一个周期的采样时间点；同时，通过计时器触发方式获取一个电机的电流、电压数据；
步骤4重复执行步骤2、步骤3。
进一步的，第一电机、第二电机的母线上设置有一个单采样电阻，通过对单采样电阻两端电压的采集，结合单采样电阻阻值计算对应电机的电流数据。
本发明的有益效果为：本发明提供的无位置控制器用一个MCU同时控制两个电机，节省了制造成本。同时其利用计时器触发方式获取电机电流数据，仅需使用二分之一个PWM周期进行数据采样，使用二分之一个PWM周期进行计算，实现在当前周期计算获得FOC数据，在下一个周期更新应用FOC数据，对电机控制精确度更高。
附图说明：
图1为本发明提供的无位置双电机控制器电路图。
图2是本发明中IGBT三相桥电路。
图3是本发明中进行FOC计算时序实施例示意图。
具体实施方式
实施例1：如图1、图2所示，本实施例提供了一种无位置双电机控制器，包括，
开关电源(SMPS Switching Mode Power Supply)，其输入端与低压蓄电池VBat连接，接收供电，其还包括第一低压输出端VDD、第一高压输出端VDrv_H和第二高压输出端VDux_H。
所述第一低压输出端VDD与隔离CAN收发器连接，用于为所述隔离CAN收发器供电；所述第一高压输出端VDrv_H与驱动电路(第一驱动IC、第二驱动IC)连接，并为所述驱动电路供电。
所述第二高压输出端VDux_H通过稳压电路与MCU连接；所述MCU的输入端与所述隔离CAN收发器连接；所述稳压电路为低压差线性稳压器(LDO低压差线性稳压器low dropoutvoltage regulator)、DCDC或SBC。
所述MCU分别通过6路PWM输出与第一驱动IC、第二驱动IC连接，分别用于控制第一电机、第二电机。第一驱动IC、第二驱动IC为IGBT驱动芯片，其使用自举电路。MCU为两个驱动芯片各自提供6路PWM输出。即共需12路PWM信号；因此MCU设置有较为丰富的定时器。所述MCU与一ADC电压采集电路连接，用于采集母线电压，具体的，如图2所示，IGBT三相桥使用单采样电阻(第一电机母线上的R1，第二电机母线上的R2)拓扑，在pwm周期的不同时间点，通过采集两个电机母线上单采样电阻的电压，结合单采样电阻阻值，获取电机母线电流)，进而实现三相电流重构，配合FOC的占空比输出，可以计算出三相电压。
本实施例中，设置有十四个定时器，其中，6个定时器用于输出控制第一电机的pwm；6个定时器用于输出控制第二电机的pwm；2个定时器用于在pwm周期内，触发ADC采样。所有定时器在同一时刻开始，当定时器的计时到达设定值时，进行状态改变。
实施例2：如图3所示，本实施例挺高一种应用实施例1所提供的控制器电路进行控制无位置双电机的方法，包括如下步骤工作：
步骤1在二分之一PWM周期时间内，通过计时器触发方式获取第一电机的电流、电压数据，具体获取方式为通过获取设置在电机母线上的单采样电阻两端电压，结该单采样电阻阻值计算电机母线电流。
步骤2在下一个二分之一PWM周期时间内，结合获取的第一电机的电流、电压数据，对第一电机进行FOC计算，获得第一电机的输出占空比和下一个周期的采样时间点，并输出；同时，通过计时器触发方式获取二个电机的电流、电压数据；
步骤3在下一个二分之一PWM周期时间内，结合获取的第二电机的电流、电压数据，对第二电机进行FOC计算，获得第二电机的输出占空比和下一个周期的采样时间点，并输出；同时，通过计时器触发方式获取一个电机的电流、电压数据；
步骤4重复执行步骤2、步骤3。
具体实施例中，在第一电机、第二电机的母线上分别设置有一个单采样电阻，通过对单采样电阻两端电压的采集，结合单采样电阻阻值计算对应电机的电流数据。
具体的，如图3所示，以pwm周期100us为例解释详细解释MCU的计算资源时序：
第一个50us：为了电流重构，需要在特定时间采集采样第一电机(电机A)的母线电流两次，本实施例使用计时器触发的方式采集采样电阻电压，然后计算获得母线电流，采样过程不消耗MCU资源。
第二个50us：在50us开始时刻采集电机A的母线电压。结合母线电压和上一个50us获取的母线电流，进行相电压和相电流的重构，并对电机A进行FOC计算，获得输出占空比和下一个周期的采样时间点；数据均准备好后，在该50us结束的时候生效输出。同时在该50us期间，对第二电机(电机B)单采样电阻进行两次电压采样，仍使用计时器触发的方式，不消耗单片机(MCU)资源，不影响FOCA(电机A的FOC)的计算。
第三个50us：在50us开始时刻采集电机B的母线电压。结合母线电压和上一个50us获取的母线电流，进行相电压和相电流的重构，并对电机B进行FOC计算。获得输出占空比和下一个周期的采样时间点，这些数据均准备好后，在该50us结束的时候输出生效。在该50us期间，通过计时器触发方式，对电机A进行两次电阻电压采样，不消耗单片机(MCU)资源，不影响FOCB(电机B的FOC)的计算。
本发明中，由于电机没有位置传感器，算法需要能够估算出电机位置进行控制。获得三相电压和三相电流之后，设计滑膜观测器估算出电机当前的位置。使用估算的角度参与到FOC计算中。
以上所述的，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述的权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种无位置双电机控制器，其特征在于，包括，
开关电源，所述开关电源的输入端与低压蓄电池连接，接收供电，其还包括第一低压输出端、第一高压输出端和第二高压输出端；
所述第一低压输出端与隔离CAN收发器连接，用于为所述隔离CAN收发器供电；所述第一高压输出端与驱动电路连接，并为所述驱动电路供电；
所述第二高压输出端通过稳压电路与MCU连接；所述MCU的输入端与所述隔离CAN收发器连接；
所述MCU分别通过6路PWM输出与第一驱动IC、第二驱动IC连接，分别用于控制第一电机、第二电机。
2.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述稳压电路为低压差线性稳压器、DCDC或系统基础芯片。
3.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述MCU与一ADC电压采集电路连接，用于采集母线电压。
4.如权利要求3所述的控制器，其特征在于，所述ADC电压采集电路为单电阻采样电路。
5.一种应用权利要求1-4任一项所述的控制器控制无位置双电机的方法，其特征在于，包括如下步骤工作：
步骤1在二分之一PWM周期内，通过计时器触发方式获取第一电机母线的电流数据和电压数据；
步骤2在下一个二分之一PWM周期内，结合获取的第一电机的电流、电压数据，对第一电机进行FOC计算，获得第一电机的输出占空比和下一个周期的采样时间点；同时，通过计时器触发方式获取二个电机的电流、电压数据；
步骤3在下一个二分之一PWM周期内，结合获取的第二电机的电流、电压数据，对第二电机进行FOC计算，获得第二电机的输出占空比和下一个周期的采样时间点；同时，通过计时器触发方式获取一个电机的电流、电压数据；
步骤4重复执行步骤2、步骤3。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，第一电机、第二电机的母线上分别设置有一个单采样电阻，通过对单采样电阻两端电压的采集，结合单采样电阻阻值计算对应电机的电流数据。
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