[发明专利]低压大电流永磁同步电机控制系统及其控制方法

权利要求书

1.一种低压大电流永磁同步电机控制系统，其特征在于：包括蓄电池[1]、DSP控制芯片[2]、通信接口电路[3]、外扩RAM[4]、负载[5]、驱动电路[6]、功率逆变器[7]、永磁同步电机PMSM[8]、电流传感器[9]、增量式编码器[10]、可编程逻辑控制器CPLD[11]、控制指令输入[12]、过流检测[13]、控制指令输出[14]、温度检测[15]和速度电位器[16]；其中DSP控制芯片[2]包括脉宽调制发生器PWM[21]、输入输出接口I/O[19]、通信接口SCI/SPI/CAN[18]、模数转换模块ADC[17]和正交编码脉冲电路QEP[20]；电源的输出端接DSP控制系统的输入、蓄电池[1]的输出接功率逆变器的输入，DSP控制芯片[2]的PWM输出接驱动电路[6]，驱动电路[6]与功率逆变器[7]相连，功率逆变器[7]的输出接永磁同步电机PMSM[8]，电流传感器采集永磁同步电机[8]的IA、IB相电流传输给DSP控制芯片[2]的模数转换模块ADC[17]，增量式编码器[10]采集永磁同步电机[8]输出的脉冲信号传输给DSP控制芯片[2]的正交编码脉冲电路QEP[20]，控制指令输出[14]、控制指令输入[12]和过流检测均经由CPLD[11]与DSP控制芯片[2]互连，速度电位器[16]的输入与DSP控制芯片[2]的ADC[17]相连，DSP控制芯片[2]还扩展了外部RAM[4]；永磁同步电机控制系统运行时，首先由DSP控制芯片[2]发出控制PWM波形给驱动电路[6]，驱动电路[6]将PWM控制信号接入功率逆变器[7]，功率逆变器[7]驱动永磁同步电机[8]的运行；控制系统执行过程中的控制指令信号，通过CPLD[11]与DSP控制芯片[2]实现互连，控制永磁同步电机[8]的运行，电流传感器[9]用于检测永磁同步电机[8]IA、IB两相的电流并接到DSP控制芯片[2]的ADC17输入端，将增量式编码器[10]检测到的脉冲信号接到DSP控制芯片[2]的QEP[20]电路中，得出永磁同步电机[8]的转速与旋转方向；

DSP控制芯片[2]的控制指令输入[12]、控制指令输出[14]和功率逆变器[7]的过流检测通过CPLD[11]接入到DSP控制芯片[2]的I/O口；通过速度电位器[16]将速度给定输入到DSP控制芯片的ADC[17]；DSP控制芯片[2]通过SCI/SPI/CAN接口[18]与外部实现通信。

2.根据权利要求 1所述的低压大电流永磁同步电机控制系统，其特征在于：

 DSP 软件模块包括速度运算模块、速度调节器、磁通电流调节器、力矩电流调节器、电流矢量变换模块和PWM 生成器；其中电流矢量变换模块包括克拉克Clark变换与帕克Park变换；速度运算模块的输入端接增量式编码器的输出端；电流矢量变换模块得到力矩电流反馈量与磁通电流反馈量，速度电位器的输出与速度编码器所得速度反馈接速度调节器的输入，速度调节器的输出与力矩电流反馈接力矩电流调节器的输入，磁通调节器的给定与磁通电流反馈接磁通电流调节器的输入，磁通电流调节器的输出于力矩电流调节器的输出接PWM生成器的输入，PWM 生成器的输出端串接驱动电路后接功率逆变器的输入端。

3.一种低压大电流永磁同步电机控制系统的控制方法，其特征在于所述方法如下：

采用电流传感器测量出永磁同步电机的两相电流IA和IB、由正交编码脉冲电路QEP读取增量编码器的脉冲信号得到永磁同步电机转子的角位移θ与转子转速；采用Clark变换模块将相电流矢量IA、IB从三相定子a-b-c坐标系变换到两相静止α-β坐标系中；计算sin(θ)和 cos(θ)，进行Park变换，把Clark变换后的相电流矢量从两相静止α-β坐标系变换到两相旋转 d-q 坐标系；然后分别根据 d 坐标轴和 q 坐标轴上的分量与参考输入电流的偏差，进行磁通电流调节器与力矩电流调节器的PI运算，把上述力矩与磁通电流调节器的输出通过Park逆变换，将输出变换回两相静止α-β坐标系中，从而得到 PWM生成器的输入信号；调用 PWM 生成器，输出得到逆变器器控制信号的占空比，将产生的PWM信号经过驱动电路输入到功率逆变器，驱动三相永磁同步电动机，实现完整的控制。

4.根据权利要求3所述的低压大电流永磁同步电机控制系统的控制方法，其特征在于：所述永磁同步电机启动校正方法具体如下：

首先根据永磁同步电机负载的大小，在电机两相定子绕组上施加空间矢量电压，作用时间为200~500ms；在给定力矩可以让电机正转的情况下，如果所得的脉冲数为零，则说明电机未启动，校正时需将启动电角度增加180°；然后继续在电机定子上施加空间矢量电压，作用时间为200~500ms；如果所得脉冲数大于零，则电机可以正常启动，不需要继续进行校正，直接切换到闭环进行控制；如果所得电机脉冲数小于零，则说明电机反转，校正时需将启动电角度增加90°，然后继续在电机定子上施加空间矢量电压，作用时间为200~500ms，以等待下一次判断，直至电机可以切换到闭环运行。