CN114123932A - 电机控制系统 - Google Patents

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马传宝
杨玉良
熊雪峰
王燕兵
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Pan Asia Technical Automotive Center Co Ltd
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SAIC General Motors Corp 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
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02P5/00—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors

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Abstract

本发明涉及电机控制领域，具体涉及一种电机控制系统。按照本发明的电机控制系统包括：位置解码模块，其配置成将位置传感器反馈的位置信号转换成数字信号；伺服控制模块，其配置成基于来自上位机的指令要求和从所述位置解码模块接收的数字信号来控制电机操作；高压隔离和功率驱动模块，其配置成连接在所述伺服控制模块和功率输出模块之间，以用于高低压之间的电气隔离以及所述功率输出模块的驱动；电流采样及其反馈模块，其配置成与所述伺服控制模块连接并采集所述电机控制系统各相和母线电流，并将所述采集的电流传送到所述伺服控制模块；以及开关电源模块，其配置成为高低压侧的所述伺服控制模块和所述高压隔离和功率驱动模块供电。

Description

电机控制系统
技术领域
本发明涉及电机控制领域，具体涉及一种电机控制系统。
背景技术
随着电子信息技术的飞速发展，各种各样的MCU、DSP等单核或者多核处理器芯片层出不穷，电子计算机的计算处理能力比之前有了长足的进步，功率元器件的带负载能力也在不断提升。同一个功率器件、控制处理器或者位置解码器件可以适用于不同功率等级、不同电压等级的电机控制。
如今传统的电机控制器开发方式为针对不同的电机专门设计相对应的控制器。这种设计方式有很大的弊端，诸如电机控制器通用性差，很多电子元器件需要重复性设计，从而造成了资源的浪费。
基于以上弊端，一种通用性较强的电机控制系统是有意义的。
发明内容
为克服以上弊端中的一个或多个，本发明提供以下技术方案。
按照本发明的第一方面，提供一种电机控制系统，其包括：位置解码模块，其配置成将位置传感器反馈的位置信号转换成数字信号；伺服控制模块，其配置成基于来自上位机的指令要求和从所述位置解码模块接收的数字信号来控制电机操作；高压隔离和功率驱动模块，其配置成连接在所述伺服控制模块和功率输出模块之间，以用于高低压之间的电气隔离以及所述功率输出模块的驱动；电流采样及其反馈模块，其配置成与所述伺服控制模块连接并采集所述电机控制系统各相和母线电流，并将所述采集的电流传送到所述伺服控制模块；以及开关电源模块，其配置成为高低压侧的所述伺服控制模块和所述高压隔离和功率驱动模块供电。
根据本发明一实施例的电机控制系统，其中，所述电机控制系统进一步包括通信单元模块，其配置成连接在所述伺服控制模块和所述上位机之间来为所述伺服控制模块和所述上位机提供通信连接，并且将所述伺服控制模块产生的信号转换成所述上位机接收的信号。
根据本发明另一实施例或以上任一实施例的电机控制系统，其中，所述位置解码模块进一步配置成解码以下位置传感器反馈的位置信号中的一个或多个：旋转变压器信号、霍尔信号和光电编码信号。
根据本发明另一实施例或以上任一实施例的电机控制系统，其中，所述电机控制系统进一步包括功率输出模块，其配置成连接在所述高压隔离和功率驱动模块和电机之间并驱动所述电机运行。
根据本发明另一实施例或以上任一实施例的电机控制系统，其中，所述功率输出模块包含一个或多个功率等级和电压等级并且配置成基于实际工况选择相应功率等级和电压等级。
根据本发明另一实施例或以上任一实施例的电机控制系统，其中，基于实际工况来选择符合相应电压等级和功率驱动等级的所述高压隔离和功率驱动模块和所述电流采样及其反馈模块。
根据本发明另一实施例或以上任一实施例的电机控制系统，其中，所述开关电源模块具有隔离供电功能，其配置成基于电路情况提供各种等级的电压。
根据本发明另一实施例或以上任一实施例的电机控制系统，其中，取决于所述电机控制系统对不同控制性能的需求来将以下模块中的一个或多个配置为具有不同的数量：通信单元模块、位置解码模块、高压隔离和功率驱动模块、开关电源模块、功率输出模块和电机。
根据本发明另一实施例或以上任一实施例的电机控制系统，其中，所述电机控制系统兼容电机控制的以下通信方式：LIN、CAN、RS422、RS485和RS232。
根据本发明另一实施例或以上任一实施例的电机控制系统，其中，所述电机控制系统兼容电机控制的以下位置检测方式：无感检测、霍尔位置检测、旋转变压器检测和光电编码器检测。
根据本发明，可以采用如上所述的电机控制系统，其基于电机控制的不同需求来组合不同的功能模块，各个功能模块之间会使用通用性强的通信接口，以提高电机控制系统的通用性，从而避免电子器件资源的浪费。
通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实施方式，本发明的方法和系统所具有的其它特征和优点将更为具体地变得清楚或得以阐明。
附图说明
本发明的上述和/或其它方面和优点将通过以下结合附图的各个方面的描述变得更加清晰和更容易理解，附图中相同或相似的单元采用相同的标号表示。附图包括：
图1为按照本发明一个实施例的电机控制系统的示意图。
图2为按照本发明另一个实施例的电机控制系统的示意图。
具体实施方式
在本说明书中，参照其中图示了本发明示意性实施例的附图更为全面地说明本发明。但本发明可以按不同形式来实现，而不应解读为仅限于本文给出的各实施例。给出的各实施例旨在使本文的披露全面完整，以将本发明的保护范围更为全面地传达给本领域技术人员。
诸如“包含”和“包括”之类的用语表示除了具有在说明书中有直接和明确表述的单元和步骤以外，本发明的技术方案也不排除具有未被直接或明确表述的其它单元和步骤的情形。诸如“第一”和“第二”之类的用语并不表示单元在时间、空间、大小等方面的顺序而仅仅是作区分各单元之用。
下文参考根据本发明实施例的方法和系统的流程图说明、框图和/或流程图来描述本发明。将理解这些流程图说明和/或框图的每个框、以及流程图说明和/或框图的组合可以由计算机程序指令来实现。可以将这些计算机程序指令提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理设备的处理器以构成机器，以便由计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的这些指令创建用于实施这些流程图和/或框和/或一个或多个流程框图中指定的功能/操作的部件。
可以将这些计算机程序指令存储在计算机可读存储器中，这些指令可以指示计算机或其他可编程处理器以特定方式实现功能，以便存储在计算机可读存储器中的这些指令构成包含实施流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/操作的指令部件的制作产品。
可以将这些计算机程序指令加载到计算机或其他可编程数据处理器上以使一系列的操作步骤在计算机或其他可编程处理器上执行，以便构成计算机实现的进程，以使计算机或其他可编程数据处理器上执行的这些指令提供用于实施此流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能或操作的步骤。还应该注意在一些备选实现中，框中所示的功能/操作可以不按流程图所示的次序来发生。例如，依次示出的两个框实际可以基本同时地执行或这些框有时可以按逆序执行，具体取决于所涉及的功能/操作。
图1为按照本发明一个实施例的电机控制系统的示意图。
如图1中所示，电机控制系统10包括：位置解码模块110，其配置成将位置传感器反馈的位置信号转换成数字信号；伺服控制模块120，其配置成基于来自上位机的指令要求和从所述位置解码模块110接收的数字信号来控制电机操作；通信单元模块130，其配置成连接在所述伺服控制模块120和所述上位机之间来为所述伺服控制模块120和所述上位机提供通信连接，并且将所述伺服控制模块120产生的信号转换成所述上位机接收的信号；高压隔离和功率驱动模块140，其配置成连接在所述伺服控制模块120和功率输出模块160之间，以用于高低压之间的电气隔离以及所述功率输出模块160的驱动；开关电源模块150，其配置成为高低压侧的所述伺服控制模块120和所述高压隔离和功率驱动模块140供电；功率输出模块160，其配置成连接在所述高压隔离和功率驱动模块140和电机之间并驱动所述电机运行；以及电流采样及其反馈模块，其配置成与所述伺服控制模块120连接并采集所述电机控制系统10的各相和母线电流，并将所述采集的电流传送到所述伺服控制模块120。
可选地，伺服控制模块120可配置成与上位机进行通信并且接收位置解码电路110解算出的电机位置，以按照来自上位机的指令要求和位置解码电路110解算出的电机当前位置来确定所需要输出的PWM波形。可选地，所述伺服控制模块120配置有旋转变压器软解计算的功能；当需要无位置传感控制时，其配置有无位置解算的功能。可选地，所述伺服控制模块120可包含各种运算等级并且可以包含各种电机控制的运算模块，例如MCU、DSP、SOC等运算模块。
可选地，位置解码模块110配置为可解算一种或多种位置传感器，例如，旋转变压器信号、霍尔信号、光电编码信号等所有电机位置传感器信号，其可以专门针对某一种位置传感器或者若干不同传感器的组合，当电机为无位置传感控制时，可以将位置解码模块110取消。
可选地，基于实际工况来选择符合相应电压等级和功率驱动等级的所述高压隔离和功率驱动模块140和所述电流采样及其反馈模块，以提高所述电机控制系统10的通用性。
可选地，开关电源模块150具有隔离供电功能，其配置成基于电路情况提供各种等级的电压。
可选地，功率输出模块160包含一个或多个功率等级和电压等级并且配置成基于实际工况选择相应功率等级和电压等级。通过根据功率输出模块160的电流、电压参数将所述功率输出模块160划分为相应的功率等级和电压等级范围，以覆盖常用电机的功率要求。
可选地，所述电机控制系统10兼容电机控制的以下通信方式：LIN、CAN、RS422、RS485和RS232等通信传输方式，以及兼容电机控制的以下位置检测方式：无感检测、霍尔位置检测、旋转变压器检测（软解、硬解方式）和光电编码器检测等位置检测方式。通过兼容电机控制的各种通信方式、位置检测方式，提高了电机控制系统10的通用性。
可选地，取决于电机控制系统10对不同控制性能的需求来将以下模块中的一个或多个配置为具有不同的数量：位置解码模块110、通信单元模块130、高压隔离和功率驱动模块140、开关电源模块150、功率输出模块160和电机。具体而言，针对不同的电机可以采用不同传感器的位置解码模块110、不同通信方式的通信单元模块130、不同隔离电压等级的高压隔离和功率驱动模块140、不同输出电压等级的开关电源模块150以及不同功率等级的功率输出模块160。
作为示例，上述电机控制系统10可以实现为图2中所示的按照本发明另一个实施例的电机控制系统的示意图。
如图2中所示，电机控制系统20包括：位置解码模块210，其配置成将位置传感器反馈的位置信号转换成数字信号；伺服控制模块220，其配置成基于来自上位机的指令要求和从所述位置解码模块210接收的数字信号来控制电机操作；通信单元模块230，其配置成连接在所述伺服控制模块220和所述上位机之间来为所述伺服控制模块220和所述上位机提供通信连接，并且将所述伺服控制模块220产生的信号转换成所述上位机接收的信号；高压隔离和功率驱动模块240，其配置成连接在所述伺服控制模块220和功率输出模块260之间，以用于高低压之间的电气隔离以及所述功率输出模块260的驱动；开关电源模块250，其配置成为高低压侧的所述伺服控制模块220和所述高压隔离和功率驱动模块240供电；功率输出模块260，其配置成连接在所述高压隔离和功率驱动模块240和电机之间并驱动所述电机运行；以及电流采样及其反馈模块，其配置成与所述伺服控制模块220连接并采集所述电机控制系统20的各相和母线电流，并将所述采集的电流传送到所述伺服控制模块220。
如图2中所示，上述模块之间的组合可以以多种方式实现：所述方式可以是一对二、一对三…一对三的组合；当需要提高电机控制系统20的运算性能时，所述方式可以是二对一、三对一…多对一的组合；当电机控制系统20的控制性能和驱动电机的数量都比较多时，所述方式可以是二对二、二对三…多对多的组合；以及当电机控制系统20的控制的某一个方面要求较高时，可以单独增强控制某一方面的能力，例如，对通信路数要求较多，电机控制系统20可以增加相应的通信单元模块，从而满足电机控制系统20的要求。例如，电机控制系统20可以实现为一个伺服控制模块220控制多个电机本体。可选地，所述伺服控制模块220可包含各种运算等级并且可以包含各种电机控制的运算模块，例如MCU、DSP、SOC等运算模块。
根据本发明的电机控制系统，将电机控制器划分为不同的功能模块，各个功能模块之间通过通用性强的接口连接，经由模块化以使用相同的控制模块完成不同电机的控制要求，从而提供了电机控制器的通用性并且避免了电子元器件重复设计而造成的资源浪费。
提供本文中提出的实施例和示例，以便最好地说明按照本技术及其特定应用的实施例，并且由此使本领域的技术人员能够实施和使用本发明。但是，本领域的技术人员将会知道，仅为了便于说明和举例而提供以上描述和示例。所提出的描述不是意在涵盖本发明的各个方面或者将本发明局限于所公开的精确形式。

Claims (10)

1.一种电机控制系统，其特征在于，包括：
位置解码模块，其配置成将位置传感器反馈的位置信号转换成数字信号；
伺服控制模块，其配置成基于来自上位机的指令要求和从所述位置解码模块接收的数字信号来控制电机操作；
高压隔离和功率驱动模块，其配置成连接在所述伺服控制模块和功率输出模块之间，以用于高低压之间的电气隔离以及所述功率输出模块的驱动；
电流采样及其反馈模块，其配置成与所述伺服控制模块连接并采集所述电机控制系统各相和母线电流，并将所述采集的电流传送到所述伺服控制模块；以及
开关电源模块，其配置成为高低压侧的所述伺服控制模块和所述高压隔离和功率驱动模块供电。
2.根据权利要求1所述的电机控制系统，其中，所述电机控制系统进一步包括通信单元模块，其配置成连接在所述伺服控制模块和所述上位机之间来为所述伺服控制模块和所述上位机提供通信连接，并且将所述伺服控制模块产生的信号转换成所述上位机接收的信号。
3.根据权利要求1所述的电机控制系统，其中，所述位置解码模块进一步配置成解码以下位置传感器反馈的位置信号中的一个或多个：旋转变压器信号、霍尔信号和光电编码信号。
4.根据权利要求1所述的电机控制系统，其中，所述电机控制系统进一步包括功率输出模块，其配置成连接在所述高压隔离和功率驱动模块和电机之间并驱动所述电机运行。
5.根据权利要求4所述的电机控制系统，其中，所述功率输出模块包含一个或多个功率等级和电压等级并且配置成基于实际工况选择相应功率等级和电压等级。
6.根据权利要求1所述的电机控制系统，其中，基于实际工况来选择符合相应电压等级和功率驱动等级的所述高压隔离和功率驱动模块和所述电流采样及其反馈模块。
7.根据权利要求1所述的电机控制系统，其中，所述开关电源模块具有隔离供电功能，其配置成基于电路情况提供各种等级的电压。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的电机控制系统，其中，取决于所述电机控制系统对不同控制性能的需求来将以下模块中的一个或多个配置为具有不同的数量：通信单元模块、位置解码模块、高压隔离和功率驱动模块、开关电源模块、功率输出模块和电机。
9.根据权利要求1所述的电机控制系统，其中，所述电机控制系统兼容电机控制的以下通信方式：LIN、CAN、RS422、RS485和RS232。
10.根据权利要求1所述的电机控制系统，其中，所述电机控制系统兼容电机控制的以下位置检测方式：无感检测、霍尔位置检测、旋转变压器检测和光电编码器检测。
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