CN201039063Y - 基于可重构dsp的开关磁阻电机驱动器 - Google Patents

基于可重构dsp的开关磁阻电机驱动器 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供了一种基于可重构DSP的开关磁阻电机驱动器。它包括PWM控制单元、角度控制单元、控制模式选择单元、逻辑与单元、功率变换器、位置检测器、整流滤波电路和开关磁阻电动机SRD，开关磁阻电动机SRD分别连接位置检测器、功率变换器和PWM控制单元，功率变换器连接整流滤波电路，整流滤波电路连接三顶交流电源，位置检测器分别连接控制模式选择单元和角度控制单元，控制模式选择单元的输出分别连接PWM控制单元和角度控制单元，PWM控制单元和角度控制单元的输出经过逻辑与单元连接功率变换器。本实用新型将低速电流PWM控制和高速的角度控制相结合，抗干扰能力强，精度高。

Description

基于可重构DSP的开关磁阻电机驱动器
(一)技术领域
本实用新型涉及电机驱动器技术，具体涉及一种开关磁阻电机驱动器。
(二)背景技术
目前，开关磁阻电机系统的主电路大多采用不对称半桥结构。结合图1，当主功率元件VT1和VT2导通时，绕组所加电压为+Ud，关断其中一只主功率元件(如VT1或者VT2)续流时，绕组所加电压为零；当主功率元件VT1和VT2同时关断时，绕组电流通过VD1和VD2续流，绕组电压-Ud，它可以方便实现各种开关磁阻电动机的各种控制策略，是开关磁阻电动机控制系统中应用最多的一种主电路结构。但在实现控制时往往会出现很多问题，系统的抗干扰的能力差，精度低，控制不灵活。
(三)发明内容
本实用新型的目的在于提供一种将低速电流PWM控制和高速的角度控制相结合的，抗干扰能力强，精度高的基于可重构DSP的开关磁阻电机驱动器。
本实用新型的目的是这样实现的：它包括PWM控制单元、角度控制单元、控制模式选择单元、逻辑与单元、功率变换器、位置检测器、整流滤波电路和开关磁阻电动机SRD，开关磁阻电动机SRD分别连接位置检测器、功率变换器和PWM控制单元，功率变换器连接整流滤波电路，整流滤波电路连接三项交流电源，位置检测器分别连接控制模式选择单元和角度控制单元，控制模式选择单元的输出分别连接PWM控制单元和角度控制单元，PWM控制单元和角度控制单元的输出经过逻辑与单元连接功率变换器。
本实用新型还有这样一些技术特征：
1、所述的角度控制单元包括逻辑控制单元，控制模式选择单元的输出连接逻辑控制单元，逻辑控制单元的输出连接逻辑与单元；
2、所述的控制模式选择单元包括、比较环节、速度调节器ASR、高低速判别单元和控制模式选择模块，可变电阻器的一端连接直流电，另一端接地，中间输出连接比较环节的正输入，比较环节的负输入连接位置检测器，比较环节的输出连接速度调节器ASR，速度调节器ASR连接控制模式选择模块，高低速判别单元的输入连接位置检测器，输出连接控制模式选择模块；
3、所述的位置检测器的输出连接分别逻辑控制单元和微分电路，微分电路的输出分别连接高低速判别单元和比较环节；
4、所述的PWM控制单元包括电流调节器ACR和PWM模块，开关磁阻电动机SRD和控制模式选择单元的输出经过比较环节连接电流调节器ACR，电流调节器ACR连接PWM模块，PWM模块的输出连接逻辑与单元；
5、所述的逻辑与单元连接放大驱动电路，放大驱动电路的输出连接功率变换器。
本实用新型控制方法是将低速电流PWM控制(CCC电流斩波控制)和高速的角度控制(APC)相结合。当低速时采用CCC控制方式，保持θon和θoff不变的控制方式，即令逻辑控制单元按照变频的固定模式确定各相的通断时刻，转矩指令T*即可直接作为电流的给定i*输出，在低速时实现恒流斩波，起到保护功率开关管的作用；在高速时，采用APC的工作方式，此时将电流给定i*抬高，斩波控制失去作用，此时由转矩指令T*决定θon(开通角)和θoff(关断角)的给定值θ*on和θ*off，从而控制输出转矩的大小。
本实用新型的有益效果有：
1、全新的控制方式，本实用新型将低速电流PWM控制和高速的角度控制相结合，根据转速实现两种方式的切换，控制全面具体，实现过程迅速，精度高；
2、抗干扰能力强，本实用新型开关磁阻电机采用混合编码(即采用霍尔和编码器)的工作方式，采用差分对位置信号进行处理，提高了位置信号的抗干扰能力；同时，键盘输入采用光耦TLP521-1进行了隔离，并经过同相器进行了信号隔离，键盘的设定完成启动，停止，参量设定灯功能；
3、精度高，本实用新型采用DSPTMS320LF2407作为系统的核心控制单元，由DSP实现霍尔信号和编码器的采集，DSP采用全比较的工作模式，利用PWM1-PWM6六路PWM控制信号实现CCC(电流斩波控制)控制和APC(角度位置)控制，此外，DSP单元还实现串行显示，考虑到DSP内部集成的AD转换器在高速采样时精度不高的缺点，本实施例采用外置12位AD转换器AD7864实现高精度电流采样。
(四)附图说明
图1为开关磁阻电机系统的主电路原理图；
图2为本实用新型的原理框图；
图3为实施例DSP的核心控制单元原理图；
图4为实施例键盘输入单元原理图；
图5为实施例霍尔信号和编码器信号的处理电路原理图；
图6为实施例电机绕组电流采样电路原理图；
图7为实施例PWM输出电路处理电路图。
(五)具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的说明：
结合图2，本实施例包括PWM控制单元、角度控制单元、控制模式选择单元、逻辑与单元、功率变换器、位置检测器、整流滤波电路和开关磁阻电动机SRD，开关磁阻电动机SRD分别连接位置检测器、功率变换器和PWM控制单元，功率变换器连接整流滤波电路，整流滤波电路连接三项交流电源，位置检测器分别连接控制模式选择单元和角度控制单元，控制模式选择单元的输出分别连接PWM控制单元和角度控制单元，PWM控制单元和角度控制单元的输出经过逻辑与单元连接功率变换器。角度控制单元包括逻辑控制单元，控制模式选择单元的输出连接逻辑控制单元，逻辑控制单元的输出连接逻辑与单元；控制模式选择单元包括、比较环节、速度调节器ASR、高低速判别单元和控制模式选择模块，可变电阻器的一端连接直流电，另一端接地，中间输出连接比较环节的正输入，比较环节的负输入连接位置检测器，比较环节的输出连接速度调节器ASR，速度调节器ASR连接控制模式选择模块，高低速判别单元的输入连接位置检测器，输出连接控制模式选择模块；位置检测器的输出连接分别逻辑控制单元和微分电路，微分电路的输出分别连接高低速判别单元和比较环节；PWM控制单元包括电流调节器ACR和PWM模块，开关磁阻电动机SRD和控制模式选择单元的输出经过比较环节连接电流调节器ACR，电流调节器ACR连接PWM模块，PWM模块的输出连接逻辑与单元；逻辑与单元连接放大驱动电路，放大驱动电路的输出连接功率变换器。
结合图3，本实施例采用DSP TMS320LF2407作为系统的核心控制单元，由DSP实现霍尔信号和编码器的采集，由此实现换向和转速计算。DSP采用全比较的工作模式，利用PWM1-PWM6六路PWM控制信号实现CCC(电流斩波控制)控制和APC(角度位置)控制。并且根据转速实现两种方式的切换。此外，DSP单元还实现串行显示，键盘输入以及故障诊断灯功能。DSP外围电路由电阻R53-R59、电感IL1、电容C12、C14-C16和晶振XTAL1组成。
结合图4，为了提高系统的抗干扰的能力，本实施例键盘输入采用光耦TLP521-1进行了隔离，并经过同相器进行了信号隔离。键盘的设定完成启动，停止，参量设定灯功能。键盘电路由接口J1-J2、电阻R1-R12、光耦U2-U7、电容C2-C4、非门IC1A-IC1F组成。
结合图5，本实施例开关磁阻电机采用混合编码(即采用霍尔和编码器)的工作方式，采用差分对位置信号进行处理，提高了位置信号的抗干扰能力。由霍尔信号实现工作方式的切换，由编码器实现对转速的计算。霍尔信号和编码器信号的处理电路由接口J3-J4、电阻R31-R48、R61-R66、电容C70-C787、C120-C125、编码器IC4、IC5、光耦U10-U15和非门IC2A-IC2F组成。
结合图6，考虑到DSP内部集成的AD转换器在高速采样时精度不高的缺点，本实施例采用外置12位AD转换器AD7864实现高精度电流采样。电机绕组电流采样电路由AD转换器IC6、IC7、IC8、二极管DA1、DA2、DB1、DB2、运放U1A、U1B、U16A、U16B、电阻RA1-RA4、RC1-RC4、R80-R81、电容CA1、CC1、C141、C142、接口JA和JC组成。
结合图7，本实施例采用差分的工作方式实现PWM信号的输出，从而提高了系统的抗干扰能力。PWM输出电路由非门IC17A-IC17F、二极管D10-D33、电阻R69-R74、与非门IC18A-IC18C、IC19A-IC19C、IC20A-IC20C、芯片IC30A、IC30B、IC31A和接口J20组成。

Claims (6)

1.一种基于可重构DSP的开关磁阻电机驱动器，它包括功率变换器、整流滤波电路和开关磁阻电动机SRD，其特征在于它还包括PWM控制单元、角度控制单元、控制模式选择单元、逻辑与单元和位置检测器，开关磁阻电动机SRD分别连接位置检测器、功率变换器和PWM控制单元，功率变换器连接整流滤波电路，整流滤波电路连接三项交流电源，位置检测器分别连接控制模式选择单元和角度控制单元，控制模式选择单元的输出分别连接PWM控制单元和角度控制单元，PWM控制单元和角度控制单元的输出经过逻辑与单元连接功率变换器。
2.根据权利要求1所述的基于可重构DSP的开关磁阻电机驱动器，其特征在于所述的角度控制单元包括逻辑控制单元，控制模式选择单元的输出连接逻辑控制单元，逻辑控制单元的输出连接逻辑与单元。
3.根据权利要求2所述的基于可重构DSP的开关磁阻电机驱动器，其特征在于所述的控制模式选择单元包括、比较环节、速度调节器ASR、高低速判别单元和控制模式选择模块，可变电阻器的一端连接直流电，另一端接地，中间输出连接比较环节的正输入，比较环节的负输入连接位置检测器，比较环节的输出连接速度调节器ASR，速度调节器ASR连接控制模式选择模块，高低速判别单元的输入连接位置检测器，输出连接控制模式选择模块。
4.根据权利要求3所述的基于可重构DSP的开关磁阻电机驱动器，其特征在于所述的位置检测器的输出连接分别逻辑控制单元和微分电路，微分电路的输出分别连接高低速判别单元和比较环节。
5.根据权利要求4所述的基于可重构DSP的开关磁阻电机驱动器，其特征在于所述的PWM控制单元包括电流调节器ACR和PWM模块，开关磁阻电动机SRD和控制模式选择单元的输出经过比较环节连接电流调节器ACR，电流调节器ACR连接PWM模块，PWM模块的输出连接逻辑与单元。
6.根据权利要求5所述的基于可重构DSP的开关磁阻电机驱动器，其特征在于所述的逻辑与单元连接放大驱动电路，放大驱动电路的输出连接功率变换器。
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