CN113162480A - 一种不同类型电动机通用控制系统 - Google Patents

一种不同类型电动机通用控制系统 Download PDF

Info

Publication number
CN113162480A
CN113162480A CN202011502477.1A CN202011502477A CN113162480A CN 113162480 A CN113162480 A CN 113162480A CN 202011502477 A CN202011502477 A CN 202011502477A CN 113162480 A CN113162480 A CN 113162480A
Authority
CN
China
Prior art keywords
motor
module
control module
motors
different types
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202011502477.1A
Other languages
English (en)
Inventor
吴凌蛟
严涛
邓林
王波
刘静妮
王俊奎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AVIC Chengdu Aircraft Design and Research Institute
Original Assignee
AVIC Chengdu Aircraft Design and Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by AVIC Chengdu Aircraft Design and Research Institute filed Critical AVIC Chengdu Aircraft Design and Research Institute
Priority to CN202011502477.1A priority Critical patent/CN113162480A/zh
Publication of CN113162480A publication Critical patent/CN113162480A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H02P5/00—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors
    • H02P5/46—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors for speed regulation of two or more dynamo-electric motors in relation to one another

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Control Of Multiple Motors (AREA)

Abstract

本发明属于电机控制技术领域，公开了一种不同类型电动机通用控制系统。模型实时接收上层控制器下发的参考速度和机位号，模型按照接收到机位号，选择是使能BLDC_Motor模块还是PMSM_Motor模块，各自的控制模块运行后，输出占空比信号和使能信号，作为PWM模块的输入。目前机位号1、2和5分别对应的是环控低温泵、环控高温泵和空压机，该类电机为PMSM电机，机位号3和4对应的是燃油供油泵和燃油电动泵，该类电机为BLDC电机。

Description

一种不同类型电动机通用控制系统
技术领域
本发明属于电机控制技术领域，特别涉及一种不同类型电动机通用控制系统。
背景技术
歼击机上的泵，如供油泵、高(低)温泵、空压机、压缩机等，通常由泵体(含电机)和控制电机运行的控制器组成。针对不同的对象，需要定制开发一款专用的控制器，比如高温泵需要定制开发高温泵控制器，低温泵需要定制开发低温泵控制器等。现有的控制方式存在以下问题：
1.不同控制器之间无法进行替换；
2.给军方维护带来难度及复杂度；
3.对象多，供应商多，产品出现问题也较多；
4.各家控制算法各异，主机分析定位问题难；
发明内容
发明目的：提供一种不同类型电动机通用控制系统，适用于不同电机的控制。本发明技术方案如下：
一种不同类型电动机通用控制系统，包括：电流电压采集模块、第一电机控制模块、第二电机控制模块和PWM生成模块；
所述电流电压采集模块分别与第一电机控制模块和第二电机控制模块连接，所述电流电压采集模块用于采集各个电机的三相电流数据和三相电压数据并反馈至第一电机控制模块和第二电机控制模块；
所述第一电机控制模块和第二电机控制模块还分别与上位机连接，接收上位机下发的参考速度和机位号；
所述机位号用于使能第一电机控制模块或使能第二电机控制模块；
所述第一电机控制模块和第二电机控制模块还分别与PWM生成模块连接；
被使能的控制模块基于参考速度和电流电压采集模块反馈的电流、电压数据，产生占空比信号和使能信号作为PWM生成模块的输入；
PWM生成模块还接收来自上位机的机位号；
PWM生成模块根据机位号、占空比信号和使能信号生成PWM波控制与机位号相匹配的电机。
进一步，所述第一电机控制模块和第二电机控制模块用于控制两种不同类型的电机。
进一步，所述第一电机控制模块用于控制直流无刷电机。
进一步，所述第二电机控制模块用于控制永磁同步电机。
进一步，所述第一电机控制模块被使能后控制过程如下：
若参考转速大于500rpm，则开环起动直流无刷电机，若参考转速小于500rpm，则关闭PWM生成模块；
直流无刷电机开环启动后，估算直流无刷电机转速；
若直流无刷电机估算转速大于500rpm，则对直流无刷电机进行闭环控制，否则保持开环起动；
对直流无刷电机进行闭环控制后，若接收到新的参考转速小于500rpm，则对直流无刷电机进行减速控制，否则保持闭环控制；
对直流无刷电机进行减速控制后，若估算转速小于500rpm，则关闭PWM生成模块，否则保持减速控制；
进一步，所述第二电机控制模块被使能控制过程与第一电机控制模块控制过程相同。
进一步，所述直流无刷电机转速估算过程如下：根据电机的两相电流和三相电压数据得到线电流误差微分信号，并根据线电流误差微分信号获得直流无刷电机的线反电势曲线；根据线反电势曲线生成虚拟霍尔位置信号，并基于虚拟霍尔位置信号估算直流无刷电机转速。
进一步，所述永磁同步电机转速估算过程如下：通过改进的滑模观测器算法估算永磁同步电机转速；
所述改进的滑模观测器算法包括：在电流电压变换与相位角计算之间依次增加：切换控制函数和变截止频率低通滤波器。
有益效果
1)可以同时兼容有位置传感器算法、无位置传感器算法；
2)可以同时控制两种类型电机(永磁同步电机PMSM和直流无刷电机BLDC)；
3)可以同时控制多种对象电机，包括燃油泵\高低温泵\空压机等；
方便使用方维护控制器，有效降低成本，提高效率；
附图说明
图1为一种不同类型电动机通用控制系统原理图
图2为一种不同类型电动机通用控制算法流程图；
图3为直流无刷电机控制模块原理图；
图4为永磁同步电机控制模块原理图。
具体实施方式
下面对本专利实施方法进行详细说明，
本发明的控制律统一架构如图1所示，模型中主要包括四个部分：电流和电压采集设置模块、BLDC_Motor模块、PMSM_Motor模块、PWM模块。其中电流和电压采集设置模块主要是用来采集电机运行时的三相电流和三相电压，BLDC的控制需要用到电压采集和电流采集，PMSM的控制只需用到电流采集。
BLDC_Motor模块里面主要为燃油两个泵的控制算法，包括速度环、电流环、无传感器估算、虚拟霍尔、霍尔换相、以及相应的控制逻辑组成。其中最核心的内容为无传感器速度估算算法，BLDC与PMSM电机不同，BLDC电机在运行过程中仅需要确定六个离散的位置信号，在位置传感器控制中通常由霍尔信号提供六个换相点，完成BLDC电机的速度估算，而在无传感器速度估算算法中，因为无法通过霍尔传感器确定换相点，所以本方案提出了一种虚拟霍尔换相点的确定方法。首先，通过滑模观测器法，估计BLDC电机的线反电势，由于传统滑模观测器法容易引入噪声误差，故本方案建立了一个二阶滑微分器，用于较好地得到BLDC 电机的线电流误差微分信号。通过对BLDC电机的线电流误差微分信号，可以得到BLDC电机的线反电势曲线。由于BLDC电机的线反电势与电机转子位置相关，本方案通过线反电势曲线，生成了虚拟的霍尔位置信号，表征电机的相位状态。最后，通过虚拟的霍尔位置信号，得到BLDC电机速度估算结果。
PMSM_Motor模块里面主要为环控、空压机的控制算法，包括速度环、电流环、无传感器估算、SVPWM、坐标变换、以及相应的控制逻辑组成。其中最核心的内容为无传感器速度估算算法，根据PMSM电机的特性与试验过程中的数据结果，采用滑模观测器法进行PMSM电机的无传感器速度估算，但传统的滑模观测器法选用符号函数作为切换控制函数，这种不连续的开关特性导致抖振现象的产生，而为了保证高速时滑模观测器的稳定滑模增益选取较大又加重了低速时的抖振现象。所以传统滑模观测器算法会对低速状态下的速度估计造成较大误差，本方案提出了一种改进的滑模观测器算法，通过增加变截止频率滤波器，引入切换控制函数等方法，使改进后的滑模观测器算法能够在不同的速度下实现对抖振的动态补偿，达到电机控制过程中对速度估算算法的进度要求。
PWM模块主要用来实现PWM的产生以及使能的一些切换逻辑。
模型的运行框架如下：模型实时接收上层控制器下发的参考速度和机位号，模型按照接收到机位号，选择是使能BLDC_Motor模块还是PMSM_Motor模块，各自的控制模块运行后，输出占空比信号和使能信号，作为PWM模块的输入。目前机位号1、2和5分别对应的是环控低温泵、环控高温泵和空压机，该类电机为 PMSM电机，机位号3和4对应的是燃油供油泵和燃油电动泵，该类电机为BLDC 电机。模型整体的运行流程图如图2所示。
直流无刷电机转速估算过程如图3所示：根据电机的两相电流和三相电压数据得到线电流误差微分信号，并根据线电流误差微分信号获得直流无刷电机的线反电势曲线；根据线反电势曲线生成虚拟霍尔位置信号，并基于虚拟霍尔位置信号估算直流无刷电机转速。
永磁同步电机转速估算过程如图4所示：通过改进的滑模观测器算法估算永磁同步电机转速；滑模观测器算法包括：在电流电压变换与相位角计算之间依次增加：切换控制函数和变截止频率低通滤波器，抑制抖振现象。
切换控制函数Z(S)如下：
Figure BDA0002843861070000061
其中，S为滑膜观测器观测的电流值与实际检测电流的差值；
ε＝π/2*△1，△1为一正常数，通过改变△1以改变边界层ε的厚度以抑制抖振现象。
对于固定截止频率的低通滤波器，延迟角度△θ1的计算海域电机转速有关，因此本发明设计了一种截止频率按照转速变化的一阶低通滤波器；
变截止频率低通滤波器的截止频率为：
Figure BDA0002843861070000062
造成的转子位置延迟角度估计误差为：
Δθ1＝arctanN
其中，
Figure BDA0002843861070000063
为发动机转速，ωc为截止频率，N为一常数，一般取0.2-0.5，由一阶低通滤波器造成的延迟角度估计误差Δθ1为定值，方便补偿。
各模块的输入输出接口说明如下：
1)电流电压采集模块：
模块的输入为三个占空比PWM1、PWM2、PWM3和机号位jiweihao。
2)BLDC_Motor模块：
模块的输入为电流、电压、参考速度等，输出为三相占空比、 PWM使能等，具体如下表：
Figure BDA0002843861070000064
Figure BDA0002843861070000071
3)PMSM_Motor模块：
模块的输入为电流、电压、参考速度等，输出为三相占空比、 PWM使能等，具体如下表：
Figure BDA0002843861070000072
Figure BDA0002843861070000081
4)PWM模块：
模块的输入为BLDC模块算出来的占空比、PMSM模块算出来的占空比、使能信号等，具体如下表：
Figure BDA0002843861070000082
Figure BDA0002843861070000091

Claims (8)

1.一种不同类型电动机通用控制系统，其特征在于：所示系统包括：电流电压采集模块、第一电机控制模块、第二电机控制模块和PWM生成模块；
所述电流电压采集模块分别与第一电机控制模块和第二电机控制模块连接，所述电流电压采集模块用于采集各个电机的三相电流数据和三相电压数据并反馈至第一电机控制模块和第二电机控制模块；
所述第一电机控制模块和第二电机控制模块还分别与上位机连接，接收上位机下发的参考速度和机位号；
所述机位号用于使能第一电机控制模块或使能第二电机控制模块；
所述第一电机控制模块和第二电机控制模块还分别与PWM生成模块连接；
被使能的控制模块基于参考速度和电流电压采集模块反馈的电流、电压数据，产生占空比信号和使能信号作为PWM生成模块的输入；
PWM生成模块还接收来自上位机的机位号；
PWM生成模块根据机位号、占空比信号和使能信号生成PWM波控制与机位号相匹配的电机。
2.根据权利要求1所述的一种不同类型电动机通用控制系统，其特征在于：所述第一电机控制模块和第二电机控制模块用于控制两种不同类型的电机。
3.根据权利要求2所述的一种不同类型电动机通用控制系统，其特征在于：所述第一电机控制模块用于控制直流无刷电机。
4.根据权利要求2所述的一种不同类型电动机通用控制系统，其特征在于：所述第二电机控制模块用于控制永磁同步电机。
5.根据权利要求3所述的一种不同类型电动机通用控制系统，其特征在于：所述第一电机控制模块被使能后控制过程如下：
若参考转速大于500rpm，则开环起动直流无刷电机，若参考转速小于500rpm，则关闭PWM生成模块；
直流无刷电机开环启动后，估算直流无刷电机转速；
若直流无刷电机估算转速大于500rpm，则对直流无刷电机进行闭环控制，否则保持开环起动；
对直流无刷电机进行闭环控制后，若接收到新的参考转速小于500rpm，则对直流无刷电机进行减速控制，否则保持闭环控制；
对直流无刷电机进行减速控制后，若估算转速小于500rpm，则关闭PWM生成模块，否则保持减速控制。
6.根据权利要求5所述的一种不同类型电动机通用控制系统，其特征在于：所述第二电机控制模块被使能控制过程与第一电机控制模块控制过程相同。
7.根据权利要求5所述的一种不同类型电动机通用控制系统，其特征在于：所述直流无刷电机转速估算过程如下：根据电机的两相电流和三相电压数据得到线电流误差微分信号，并根据线电流误差微分信号获得直流无刷电机的线反电势曲线；根据线反电势曲线生成虚拟霍尔位置信号，并基于虚拟霍尔位置信号估算直流无刷电机转速。
8.根据权利要求5所述的一种不同类型电动机通用控制系统，其特征在于：所述永磁同步电机转速估算过程如下：通过改进的滑模观测器算法估算永磁同步电机转速；
所述改进的滑模观测器算法为：在电流电压变换与相位角计算之间依次增加：切换控制函数和变截止频率低通滤波器。
CN202011502477.1A 2020-12-17 2020-12-17 一种不同类型电动机通用控制系统 Pending CN113162480A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011502477.1A CN113162480A (zh) 2020-12-17 2020-12-17 一种不同类型电动机通用控制系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011502477.1A CN113162480A (zh) 2020-12-17 2020-12-17 一种不同类型电动机通用控制系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113162480A true CN113162480A (zh) 2021-07-23

Family

ID=76882688

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011502477.1A Pending CN113162480A (zh) 2020-12-17 2020-12-17 一种不同类型电动机通用控制系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113162480A (zh)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102664584A (zh) * 2012-05-23 2012-09-12 东南大学 一种通用型三相电机控制器设计结构
CN104113254A (zh) * 2014-06-27 2014-10-22 南京航空航天大学 一种调压调磁电机控制方法
CN104601076A (zh) * 2015-02-15 2015-05-06 电子科技大学 用于电动汽车电动机的无传感器滑模观测器设计方法
CN205310270U (zh) * 2015-10-13 2016-06-15 上海宾奥智能机器人科技有限公司 通用移动底盘控制系统
CN108828999A (zh) * 2018-06-19 2018-11-16 南京恩瑞特实业有限公司 可实现“积木式”组合的通用化雷达伺服系统
CN108945373A (zh) * 2018-08-06 2018-12-07 江苏科技大学 集成式水下推进器驱动系统及控制方法
CN110995094A (zh) * 2019-12-09 2020-04-10 哈尔滨工业大学 一种低载波比控制下的永磁同步电机位置和速度估算方法
CN111865167A (zh) * 2019-04-03 2020-10-30 安徽大学 一种基于滑模观测器的pmslm无位置传感器矢量控制方法
CN112003526A (zh) * 2020-08-20 2020-11-27 苏州崧崧智能控制技术有限公司 一种基于低抖振滑模观测器的高速永磁同步电机无感控制系统及方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102664584A (zh) * 2012-05-23 2012-09-12 东南大学 一种通用型三相电机控制器设计结构
CN104113254A (zh) * 2014-06-27 2014-10-22 南京航空航天大学 一种调压调磁电机控制方法
CN104601076A (zh) * 2015-02-15 2015-05-06 电子科技大学 用于电动汽车电动机的无传感器滑模观测器设计方法
CN205310270U (zh) * 2015-10-13 2016-06-15 上海宾奥智能机器人科技有限公司 通用移动底盘控制系统
CN108828999A (zh) * 2018-06-19 2018-11-16 南京恩瑞特实业有限公司 可实现“积木式”组合的通用化雷达伺服系统
CN108945373A (zh) * 2018-08-06 2018-12-07 江苏科技大学 集成式水下推进器驱动系统及控制方法
CN111865167A (zh) * 2019-04-03 2020-10-30 安徽大学 一种基于滑模观测器的pmslm无位置传感器矢量控制方法
CN110995094A (zh) * 2019-12-09 2020-04-10 哈尔滨工业大学 一种低载波比控制下的永磁同步电机位置和速度估算方法
CN112003526A (zh) * 2020-08-20 2020-11-27 苏州崧崧智能控制技术有限公司 一种基于低抖振滑模观测器的高速永磁同步电机无感控制系统及方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
史婷娜: "基于二阶滑模观测器的无刷直流电机转子位置估计", 《天津大学学报》 *
陈隆昌等: "《控制电机》", 30 April 2013 *
韩邦成: "改进滑模观测器的磁悬浮高速PMSM转子位置预测方法", 《电机与控制学报》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102437813B (zh) 一种基于无速度传感器的永磁同步电机的转子角度、转速估计方法
CN106330046B (zh) 基于特定负载的五相容错永磁电机无位置传感器控制方法
CN110350835A (zh) 一种永磁同步电机无位置传感器控制方法
CN109391201B (zh) 永磁同步电机的无传感器复合控制方法
CN111106767B (zh) 永磁同步电机的无传感器启动控制方法
CN108288936B (zh) 一种永磁直线电机低速无位置传感器控制方法
Tian et al. Rotor position estimation of sensorless PMSM based on extented Kalman filter
CN110071674B (zh) 一种无位置传感器永磁同步电机最大转矩电流比控制方法
CN112217428B (zh) 水下机器人推进系统无位置传感器控制方法
CN103117702B (zh) 一种高精度永磁同步电机的无速度传感器估计方法
CN108945373A (zh) 集成式水下推进器驱动系统及控制方法
CN114598206B (zh) 永磁同步电机宽速域转子位置观测器设计方法
CN112886880A (zh) 三电平永磁同步电机无位置传感器模型预测电流控制方法
CN111987961A (zh) 一种永磁同步电机无位置传感器直接转矩控制方法
Zhang et al. An improved sensorless control strategy of ship IPMSM at full speed range
CN112671298A (zh) 改进的用于永磁同步电机控制的pll无感控制系统及算法
CN112821813B (zh) 五桥臂逆变器双永磁电机无位置传感器控制装置和方法
CN113241988A (zh) 基于高频注入和状态观测器的无感车载电控系统及方法
Krishnan et al. A back-EMF based sensorless speed control of permanent magnet synchronous machine
CN113162480A (zh) 一种不同类型电动机通用控制系统
CN110995093A (zh) 一种基于反电势开环估计的转子位置和转速检测方法
CN108718165B (zh) 一种基于误差补偿的感应电机零频稳定控制方法
CN114465543B (zh) 一种永磁同步电机无位置传感器控制方法
JP5082216B2 (ja) 電動機付ターボチャージャ用回転検出装置及び電動機付ターボチャージャの回転検出方法
CN113078851B (zh) 一种基于永磁磁链观测器的有限位置集无位置控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210723