CN111064393A - 一种多轴永磁同步电机控制装置 - Google Patents

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李磊
李桂阳
张雷
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Suzhou Lvkon Transmission S&T Co Ltd
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Suzhou Lvkon Transmission S&T Co Ltd
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    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • H02P6/04—Arrangements for controlling or regulating the speed or torque of more than one motor

Abstract

本发明公开了一种多轴永磁同步电机控制装置，包括：微处理器，用于发送控制指令以及对运行参数进行数据处理；以及FPGA模块，与微处理器通讯连接，并根据微处理器发送的控制指令控制永磁同步电机的运转；以及多个采集模块，每个采集模块对应一个永磁同步电机，采集对应电机的运行参数，并将运行参数传输给PFGA模块；本发明通过FPGA模块与微处理器架构，利用FPGA模块的并行处理数据的能力，实现旋转变压器位置解码和PMSM矢量控制算法，并同时控制多轴永磁同步电机，实现低成本多轴永磁同步电机控制，而且解决了多轴电机之间同步的问题。

Description

一种多轴永磁同步电机控制装置
技术领域
本发明涉及永磁同步电机控制装置领域，特别涉及一种多轴永磁同步电机控制装置。
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，矢量控制需要电机的三相电流信号、电机位置信号等关键信息。目前PMSM控制器主要采用“DSP+旋变解码专用芯片”架构，该架构对于单轴PMSM控制可以满足要求；但控制多轴PMSM采用该架构，不仅成本剧增，而且电机之间的同步也需要通信，增加软件控制算法的复杂性。
发明内容
为了解决现有的多个永磁同步电机控制成本高、控制算法复杂的问题，本发明提供一种低成本的多种永磁同步电机控制装置。
为了实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一种多轴永磁同步电机控制装置，包括：微处理器，用于发送控制指令以及对运行参数进行数据处理；以及FPGA模块，与微处理器通讯连接，并根据微处理器发送的控制指令控制永磁同步电机的运转；以及多个采集模块，每个采集模块对应一个永磁同步电机，采集对应电机的运行参数，并将运行参数传输给PFGA模块。
在上述技术方案中，进一步的，所述FPGA模块包括：并行通讯模块，用于与微处理器之间进行通讯；以及多个电机控制模块，每个电机控制模块对应一个永磁同步电机，用于对采集模块采集到的参数进行处理并做出相应反馈；以及故障监测模块，用于监测永磁同步电机的运行参数；以及中断处理模块，用于对永磁同步电机出现的故障进行处理并将数据传输给微处理器。
在上述技术方案的基础上，进一步的，所述电机控制模块包括：旋变解码模块，用于解析从采集单元采集的运行参数中解析出永磁同步电机的位置、速度信息；以及FOC算法模块，根据旋转解码模块解析是数据进行电流环运算，并输出结果至永磁同步电机；以及ADC接口模块，用于接收采集模块采集的运行参数。
另外，所述运行参数包括永磁同步电机的三相电流、调幅信号。
进一步的，所述FOC算法模块将脉宽调制信号占空比发送至驱动电路。
在上述技术方案中，所述故障监测模块监测的数据包括永磁同步电机的三相电流信号、温度信号。
在上述技术方案中，优选的，所述采集模块包括电流传感器，电流传感器采集永磁同步电机的三相电流。
本发明相对于现有技术的有益效果是：本发明通过FPGA模块与微处理器架构，利用FPGA模块的并行处理数据的能力，实现旋转变压器位置解码和PMSM矢量控制算法，并同时控制多轴永磁同步电机，实现低成本多轴永磁同步电机控制，而且解决了多轴电机之间同步的问题。
附图说明
图1是本发明的结构框架图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供一种能够低成本的，能够实现多轴电机之间同步问题的控制装置，如图1所示，该多轴永磁同步电机控制装置包括微处理器(以下简称MCU)，FPGA模块以及采集模块。
其中MCU用于发送控制指令以及对运行参数进行数据处理，MCU可采用单片机、PLC或者能够实现控制功能的其他微处理器。
FPGA模块与MCU通讯连接，并根据MCU发送的控制指令控制永磁同步电机的运转。FPGA模块包括并行通讯模块，并行通讯模块用于与MCU之间进行通讯；
多个电机控制模块，每个电机控制模块对应一个永磁同步电机，用于对采集模块采集到的参数进行处理并做出相应发反馈；电机1控制模块(包括电机1旋变解码模块，旋变解码模块用于解析从采集单元采集的运行参数中解析出永磁同步电机的位置、速度信息；电机1FOC算法模块，FOC算法模块根据旋转解码模块解析是数据进行电流环运算，并输出结果至永磁同步电机；电机1相电流和电机1旋变AM信号采集ADC接口模块)、电机n控制模块(包括电机n旋变解码模块、电机n FOC算法模块、电机n相电流和电机n旋变AM信号采集ADC接口模块)、故障监测模块和中断处理模块(IRQ)。
另外，还包括故障监测模块，用于监测永磁同步电机的运行参数；以及中断处理模块，用于对永磁同步电机出现的故障进行处理并将数据传输给MCU，故障监测模块监测的数据包括永磁同步电机的三相电流信号、温度信号。
多个采集模块，每个采集模块对应一个永磁同步电机，采集对应电机的运行参数，并将运行参数传输给PFGA模块，运行参数包括永磁同步电机的三相电流、调幅信号。采集模块包括电流传感器，电流传感器采集永磁同步电机的三相电流。
其中并行通信模块负责MCU与FPGA之间的通信，即从MCU获取电机1至电机n的控制指令、以及将电机1至电机n的相关控制信息上传给MCU。IRQ模块负责将监测到的电机1至电机n出现的故障进行处理并通知MCU。故障监测模块负责监测电机运行中各参数的状态。
电机1至电机n模块主要负责从AM信号中解析出位置、速度信息，根据三相电流和位置信息经过解耦和空间矢量调制输出互补的PWM驱动波形，输出至驱动电路。
该架构中FPGA实现n个PMSM的位置计算与FOC算法实现。
FPGA从MCU获取电机1至电机n的控制指令，从电流传感器采样电机1至电机n的三相电流，从模数转换器(ADC)读取电机1至电机n旋转变压器输出的调幅信号(AM)，在FPGA内部实现旋变解码和电流环运算，之后将脉宽调制信号(PWM)占空比发送至驱动电路。
该发明采用“MCU+FPGA”架构，利用FPGA并行处理数据的能力，实现旋转变压器位置解码和PMSM矢量控制算法，并同时控制多轴永磁同步电机。实现低成本多轴永磁同步电机控制，而且解决了多轴电机之间同步的问题。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种多轴永磁同步电机控制装置，其特征在于，包括：
微处理器，用于发送控制指令以及对运行参数进行数据处理；以及
FPGA模块，与微处理器通讯连接，并根据微处理器发送的控制指令控制永磁同步电机的运转；以及
多个采集模块，每个采集模块对应一个永磁同步电机，采集对应电机的运行参数，并将运行参数传输给PFGA模块。
2.根据权利要求1所述的多轴永磁同步电机控制装置，其特征在于，所述FPGA模块包括：
并行通讯模块，用于与微处理器之间进行通讯；以及
多个电机控制模块，每个电机控制模块对应一个永磁同步电机，用于对采集模块采集到的参数进行处理并做出相应反馈；以及
故障监测模块，用于监测永磁同步电机的运行参数；以及
中断处理模块，用于对永磁同步电机出现的故障进行处理并将数据传输给微处理器。
3.根据权利要求2所述的多轴永磁同步电机控制装置，其特征在于，所述电机控制模块包括：
旋变解码模块，用于解析从采集单元采集的运行参数中解析出永磁同步电机的位置、速度信息；以及
FOC算法模块，根据旋转解码模块解析是数据进行电流环运算，并输出结果至永磁同步电机；以及
ADC接口模块，用于接收采集模块采集的运行参数。
4.根据权利要求3所述的多轴永磁同步电机控制装置，其特征在于：所述运行参数包括永磁同步电机的三相电流、调幅信号。
5.根据权利要求3所述的多轴永磁同步电机控制装置，其特征在于：所述FOC算法模块将脉宽调制信号占空比发送至驱动电路。
6.根据权利要求1所述的多轴永磁同步电机控制装置，其特征在于：所述故障监测模块监测的数据包括永磁同步电机的三相电流信号、温度信号。
7.根据权利要求1所述的多轴永磁同步电机控制装置，其特征在于：所述采集模块包括电流传感器，电流传感器采集永磁同步电机的三相电流。
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