CN111525867B - 一种电机驱动控制平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机驱动控制平台，包括控制单元、驱动单元和配置单元，驱动单元包括锁相模块、通信模块、至少一个功率模块以及PWM监控模块，配置单元用于配置驱动单元处于第一驱动模式或者第二驱动模式，第一驱动模式为，控制单元与锁相模块相连接，锁相模块通过功率模块与PWM监控模块相连接，锁相模块采集PWM监控模块的反馈信号，第二驱动模式为，控制单元与PWM监控模块相连接，PWM监控模块与功率模块相连接，PWM监控模块采集功率模块的反馈信号，并生成比较信号，控制单元通过通信模块采集比较信号，并生成补偿信号，控制单元通过通信模块向PWM监控模块发送补偿信号。

Description

一种电机驱动控制平台

技术领域

本发明实施例涉及电机控制技术，尤其涉及一种电机驱动控制平台。

背景技术

纯电动汽车(BEV)、混合动力电动汽车(HEV)以及燃料电池电动汽车(FCEV)由于各自需求不同，其电驱动系统构型也各不相同。对于BEV与FCEV常采用三相永磁同步电机、三相异步电机、直流无刷电机等三相电机，以及双三相电机、对称六相电机等多相电机。而对于HEV则需要电动机与发电机结合的双电机系统构型。各种不同的驱动系统构型对控制系统在算法与硬件上都有不同的要求，目前，针对不同的驱动系统构型需开发专用的控制系统硬件，硬件的通用性低，难以复用，维护困难，难以实现平台化。

发明内容

本发明提供一种电机驱动控制平台，以达到降低控制系统硬件的开发周期、开发费用与维护难度的目的。

第一方面，本发明实施例提供了一种电机驱动控制平台，包括控制单元、驱动单元和配置单元，

所述驱动单元包括锁相模块、通信模块、至少一个功率模块以及PWM监控模块，所述配置单元用于配置所述驱动单元处于第一驱动模式或者第二驱动模式，

所述第一驱动模式为，所述控制单元与所述锁相模块相连接，所述锁相模块通过所述功率模块与所述PWM监控模块相连接，所述锁相模块采集所述PWM监控模块的反馈信号，

所述第二驱动模式为，所述控制单元与所述PWM监控模块相连接，所述PWM监控模块与所述功率模块相连接，所述PWM监控模块采集所述功率模块的反馈信号，并生成比较信号，所述控制单元通过所述通信模块采集所述比较信号，并生成补偿信号，所述控制单元通过所述通信模块向所述PWM监控模块发送所述补偿信号。

进一步的，所述驱动单元处于所述第一驱动模式时，所述锁相模块包括PWM生成器和延时器，所述PWM监控模块包括滤波器和比较器，

所述控制单元与所述PWM生成器相连接，所述PWM生成器通过所述延时器与所述功率模块相连接，所述功率模块与所述滤波器相连接，所述滤波器与所述比较器相连接，所述比较器采集所述滤波器的滤波信号，并将所述滤波信号反馈至所述PWM生成器。

进一步的，所述驱动单元处于所述第二驱动模式时，所述PWM监控模块包括PWM生成器、滤波器和比较器，

所述PWM生成器与所述功率模块相连接，所述功率模块与所述滤波器相连接，所述比较模块采集所述滤波器的滤波信号以及所述PWM生成器的PWM信号并生成比较信号，所述控制单元通过所述通信模块采集所述比较信号，所述控制单元根据所述比较信号生成补偿信号，所述控制单元通过所述通信模块向所述PWM生成器发送所述补偿信号。

进一步的，还包括故障处理模块，所述故障处理模块与所述功率模块相连接。

进一步的，所述控制单元包括MCU、电流采集模块和角度采集模块，

所述MCU与所述电流采集模块以及所述角度采集模块相连接，所述电流采集模块、所述角度采集模块与被控电机相连接。

进一步的，所述控制单元还包括CAN接口以及I/O接口。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明提出的控制平台包括驱动单元，其中驱动单元包括锁相模块、通信模块、功率模块以及PWM监控模块，通过配置单元可以使驱动单元处于不同的驱动模式，在不改变硬件系统的前提下，控制平台可用于多种电机的驱动控制场景，有效地降低控制系统硬件的开发周期、开发费用与维护难度。

附图说明

图1是实施例一中的控制平台结构框图；

图2是实施例一中的第一驱动模式结构框图；

图3是实施例一中的第二驱动模式结构框图；

图4是实施例二中的第一驱动模式结构框图；

图5是实施例二中的第二驱动模式结构框图；

图6是实施例二中的隔离栅极驱动并联型功率模块；

图7是实施例二中的栅极驱动并联型功率模块；

图8是实施例二中的第二驱动模式另一种结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1是实施例一中的控制平台结构框图，参考图1，控制平台包括控制单元100、驱动单元200和配置单元300。

示例性的，控制单元100为MCU，控制单元100用于根据被控电机状态生成驱动控制指令，驱动单元200与控制单元100通信连接，用于根据驱动控制指令生成驱动信号，例如PWM驱动信号，驱动单元200通过PWM驱动信号直接驱动电机工作。示例性的，驱动单元200的硬件平台选用FPGA或者CPLD，配置单元300为能与驱动单元通信连接，且具备程序编辑能力的电子设备，例如计算机。

图2是实施例一中的第一驱动模式结构框图，图3是实施例一中的第二驱动模式结构框图，参考图2和图3，驱动单元包括锁相模块201、通信模块204、至少一个功率模块202以及PWM监控模块203，配置单元用于配置驱动单元200处于第一驱动模式或者第二驱动模式。

示例性的，锁相模块201用于使经过功率模块202后向被控电机输出的PWM驱动信号的频率、相位与驱动单元200生成的初始PWM驱动信号的频率、相位相同。功率模块202为基于IGBT、MOS器件的开关模块，功率模块202主要作为被控电机的驱动电路，实际使用时驱动单元200通过功率模块202与被控电机直接相连接。PWM监控模块203主要用于采集经过功率模块202后的PWM驱动信号和初始PWM驱动信号，并计算两者的相位差。

参考图2，第一驱动模式为，控制单元100与锁相模块201相连接，锁相模块201通过功率模块202与PWM监控模块203相连接，锁相模块201采集PWM监控模块203的反馈信号。

示例性的，第一驱动模式可以应用于大功率电驱系统的应用场景，大功率电器系统中，通常采用IGBT并联的方式提高系统的驱动能力，以隔离栅极驱动并联连接的IGBT模块(功率模块)为例，此时控制平台中配置两个功率模块，锁相模块201采集PWM监控模块203的反馈信号，其中反馈信号为经过第一功率模块的驱动信号和经过第二功率模块的驱动信号的相位差，锁相模块201根据相位差调整其中一个功率模块输入驱动信号的相位，以保证PWM驱动信号到达两个功率模块是时是同步的，以保证功率模块的均流效果。

参考图3，第二驱动模式为，控制单元与PWM监控模块203相连接，PWM监控模块203与功率模块202相连接，PWM监控模块203采集功率模块202的反馈信号，并生成比较信号，控制单元100通过通信模块204采集比较信号，并生成补偿信号，控制单元100通过通信模块204向PWM监控模块203发送补偿信号。

示例性的，第二驱动模式可以应用于三相永磁同步电机、三相异步电机、直流无刷电机的驱动控制场景。此时，控制平台中配置一个功率模块，PWM监控模块203采集的反馈信号为经功率模块202输出的PWM驱动信号对应的电压值，PWM监控模块203通过比较初始驱动信号电压值和反馈信号的电压值生成比较信号，控制单元100根据比较信号生成补偿信号，补偿信号用于PWM监控模块203生成初始驱动信号时的死区补偿。

本实施例提出的控制平台包括驱动单元，其中驱动单元包括锁相模块、通信模块、功率模块以及PWM监控模块，通过配置单元可以使驱动单元处于不同的驱动模式，在不改变硬件系统的前提下，控制平台可用于多种电机的驱动控制场景，有效地降低控制系统硬件的开发周期、开发费用与维护难度。

实施例二

图4是实施例二中的第一驱动模式结构框图，参考图4，在实施例一的基础上，驱动单元处于第一驱动模式时，锁相模块包括PWM生成器1和延时器2，PWM监控模块包括滤波器3和比较器4。

控制单元100与PWM生成器1相连接，PWM生成器1通过延时器2与功率模块(202-1，202-2)相连接，功率模块与滤波器3相连接，滤波器3与比较器4相连接，比较器4采集滤波器3的滤波信号，并将滤波信号反馈至PWM生成器1。

示例性的，本实施例中驱动单元的硬件平台选用CPLD，并选用Verilog设计CPLD中的PWM生成器、延时器、滤波器和比较器。其中PWM生成器用于根据驱动控制指令生成PWM波。延时器用于调整PWM波的相位、滤波器用于信号滤波，比较器用于比较输入信号的相位。

示例性的，第一驱动模式的应用场景为大功率三相电机控制，图6是实施例二中的隔离栅极驱动并联型功率模块，参考图6，该应用场景中功率模块为隔离栅极驱动并联连接的IGBT模块，为使功率模块达到较为理想的均流效果，因此需要保证输入到各功率模块中的PWM信号同步，处于第一驱动模式时，驱动平台的工作过程包括：

步骤1.控制单元100生成一个PWM信号的驱动控制指令。

示例性的，本步骤中控制单元100生成的驱动控制指令包括SPWM正弦波或者SVPWM正弦波，以及功率模块中各开关器件的导通时间。

步骤2.PWM生成器1根据驱动控制指令生成两组PWM信号，并输入到功率模块202-1和功率模块202-2中。

示例性的，本步骤中PWM生成器根据各开关器件的导通时间计算三相电机各相电压矢量的占空比，进而得到控制三相电机的PWM波。

步骤3.比较器1采集经过滤波器3处理的，从功率模块202-1和功率模块202-2中输出的PWM信号，并比较两个PWM信号的相位。

示例性的，比较器包括多个异或门，每个异或门用于计算两组PWM信号中作用于三相电机同相的PWM波的相位差。具体的，异或门的输入为作用于三相电机同相的两路PWM波，根据异或门输出波形的占空比可以得到该两路PWM波的相位差。

步骤4.延时器2接收比较器发送的相位差，调整两组PWM信号的相位，使两组PWM信号同步。

示例性的，延时器2将其中一组PWM信号中每个PWM波的高低电平翻转时间作为相位调整的基准，相应调整另一组PWN信号中每个PWM波的高低电平翻转时间，以使两组PWN信号同步。具体的，异或门输出波形相邻两上升沿的间隔时间与基准PWM波相邻两上升沿的间隔时间相同，根据异或门输出波形的占空比和相邻两上升沿的间隔时间可以得出相位差对应的时间间隔，根据该时间间隔相应的延后或提前待调整PWM波高低电平的翻转时间，进而使两组PWM信号同步。

图5是实施例二中的第二驱动模式结构框图，参考图5，驱动单元处于第二驱动模式时，PWM监控模块包括PWM生成器1、滤波器3和比较器4。

PWM生成器1与功率模块202相连接，功率模块202与滤波器3相连接，比较模块4采集滤波器3的滤波信号以及PWM生成器1的PWM信号并生成比较信号，控制单元100通过通信模块204采集比较信号，控制单元100根据比较信号生成补偿信号，控制单元100通过通信模块204向PWM生成器1发送补偿信号。

示例性的，第二驱动模式的应用场景为三相永磁同步电机、三相异步电机、直流无刷电机的驱动控，图7是实施例二中的栅极驱动并联型功率模块，参考图7，该应用场景中功率模块为栅极驱动并联连接的IGBT模块，处于第二驱动模式时，驱动平台的工作过程包括：

步骤1.控制单元100生成一个PWM信号的驱动控制指令。

示例性的，本步骤中控制单元100生成的驱动控制指令包括SPWM正弦波或者SVPWM正弦波，以及功率模块中各开关器件的导通时间。

步骤2.PWM生成器1根据驱动控制指令生成一组PWM信号，并输入到功率模块202中。

本步骤中，PWM生成器1生成的PWM信号中包含死区时间，其中死区时间的数值取经验值。

步骤3.比较器4采集经过滤波器3处理的，从功率模块202中输出的PWM信号，以及PWM生成器1生成的初始PWM信号，并比较两个PWM信号的相位。

步骤4.控制单元100通过通信模块204接收比较器发送的两个PWM信号的相位差，进而调整驱动控制指令，使经过功率模块输出的PWM波贴近理想波形。

示例性的，本步骤中通过调整SPWM正弦波的相位达到调整驱动控制指令的目的，调整正弦波的相位时，可以改变原正弦波的频率，经过指定周期后，将频率恢复为原始值，进而使正弦波偏移指定的相位，其中采用的公式为：

式中，P_d为正弦波偏移相位，N为设定的周期数，f为原始频率，f′为变频频率，其中P_d的数值可以通过模糊控制的方式获得，构建模糊规则时，模糊控制的输入为从功率模块202中输出的PWM信号与PWM生成器1生成的初始PWM信号的相位差，模糊控制的输出为P_d。确定相位偏移量P_d后，即可根据上式计算出所需的变频频率f′。

步骤5.PWM生成器1通过通信模块204接收经过补偿的驱动控制指令，重新生成PWM信号。

示例性的，第二驱动模式的应用场景还包括双相电机、双电机的驱动控制，此时，图8是实施例二中的第二驱动模式另一种结构框图，参考图8，此时驱动平台中配置两组PWM生成器(1-1,1-2)、功率模块(202-1,202-2)、比较器(4-1,4-2)和滤波器(3-1,3-2)。其中，PWM生成器1-1与功率模块202-1相连接，功率模块202-1与滤波器3-1相连接，比较模块4-1采集滤波器3-1的滤波信号以及PWM生成器1-1的PWM信号并生成第一比较信号，控制单元100通过通信模块204采集第一比较信号，控制单元100根据第一比较信号生成第一补偿信号，控制单元100通过通信模块204向PWM生成器1-1发送第一补偿信号；PWM生成器1-2与功率模块202-2相连接，功率模块202-2与滤波器3-2相连接，比较模块4-2采集滤波器3-2的滤波信号以及PWM生成器1-2的PWM信号并生成第二比较信号，控制单元100通过通信模块204采集第二比较信号，控制单元100根据第二比较信号生成第二补偿信号，控制单元100通过通信模块204向PWM生成器1-2发送第二补偿信号。此时，驱动平台的工作过程包括：

步骤1.控制单元100生成两个PWM信号的驱动控制指令。

步骤2.PWM生成器1-1根据第一驱动控制指令生成一组PWM信号，并输入到功率模块202-1中，PWM生成器1-2根据第二驱动控制指令生成一组PWM信号，并输入到功率模块202-2中。

步骤3.比较器4-1采集经过滤波器3-1处理的，从功率模块202-1中输出的第一PWM信号，以及PWM生成器1-1生成的第一初始PWM信号，并比较两个PWM信号的第一相位；比较器4-2采集经过滤波器3-2处理的，从功率模块202-2中输出的第二PWM信号，以及PWM生成器1-2生成的第二初始PWM信号，并比较两个PWM信号的第二相位。

步骤4.控制单元100通过通信模块204接收第一相位差以及第二相位差，进而调整第一、第二驱动控制指令。

步骤5.PWM生成器1-1通过通信模块204接收经过补偿的第一驱动控制指令，重新生成PWM信号；PWM生成器1-2通过通信模块204接收经过补偿的第二驱动控制指令，重新生成PWM信号。

上述各步骤中具体的实现方式与三相永磁同步电机应用场景中记载的内容相同。

作为一种可实施方案，配置单元还包括故障处理模块，故障处理模块与功率模块相连接。

示例性的，故障处理模块用于检测功率模块是否出现过流、过压等故障，当出现上述故障时使电机进入空转状态，避免出现危险。

作为一种可实施方案，控制单元包括MCU、电流采集模块和角度采集模块，

MCU与电流采集模块以及角度采集模块相连接，电流采集模块、角度采集模块与被控电机相连接。

示例性的，电流采集模块用于采集电机各相的电流值，角度采集模块用于采集电机的电角度与角速度，MCU根据电流值、电角度与角速度生成驱动控制指令。

作为一种可实施方案，控制单元还包括CAN接口以及I/O接口。CAN接口和I/O接口用于驱动控制平台与整车进行通信。

本实施例提出的控制平台同时适用于三相电机、双三相电机、双电机系统的驱动控制，通过配置单元可以使驱动单元处于不同的驱动模式，驱动控制平台应用与不同的场景时，无需改变驱动控制平台的硬件系统，从而可以有效地降低控制系统硬件的开发周期，提高驱动控制平台的复用性。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (4)

1.一种电机驱动控制平台，其特征在于，包括控制单元、驱动单元和配置单元，

其中，驱动单元由PWM生成器、延时器、至少一个功率模块、滤波器以及比较器构成，或者由通信模块、PWM生成器、至少一个功率模块、比较器以及滤波器构成，所述配置单元用于配置驱动单元处于第一驱动模式或者第二驱动模式；

驱动单元处于所述第一驱动模式时，驱动单元包括PWM生成器、延时器、至少一个功率模块、滤波器以及比较器；

所述控制单元与PWM生成器相连接，PWM生成器通过延时器与功率模块相连接，功率模块与滤波器相连接，滤波器与比较器相连接，比较器采集滤波器的滤波信号，并将滤波信号反馈至延时器；

驱动单元处于所述第二驱动模式时，驱动单元包括通信模块、PWM生成器、至少一个功率模块、比较器以及滤波器；

PWM生成器与功率模块相连接，功率模块与滤波器相连接，比较器采集滤波器的滤波信号以及PWM生成器的PWM信号并生成比较信号，控制单元通过通信模块采集所述比较信号，控制单元根据所述比较信号生成补偿信号，所述控制单元通过所述通信模块向PWM生成器发送所述补偿信号。

2.如权利要求1所述的控制平台，其特征在于，还包括故障处理模块，所述故障处理模块与功率模块相连接。

3.如权利要求1所述的控制平台，其特征在于，所述控制单元包括MCU、电流采集模块和角度采集模块，

所述MCU与所述电流采集模块以及所述角度采集模块相连接，所述电流采集模块、所述角度采集模块与被控电机相连接。

4.如权利要求1所述的控制平台，其特征在于，所述控制单元还包括CAN接口以及I/O接口。

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