[发明专利]一种基于双核MCU的永磁同步电机伺服驱动器

说明书

一种基于双核MCU的永磁同步电机伺服驱动器及控制方法，用于对永磁同步电机进行高精度位置伺服控制，其硬件部分主要包括双核MCU电路、位置传感器接口电路、功率放大电路、外设接口电路和通讯接口电路。一方面，该驱动器将电机控制算法和通信控制协议分别采用独立的微控制器内核来处理，保证了通信的实时性，并消除了通信对于控制算法性能的影响。另一方面，该驱动器既可以依靠位置传感器控制电机，也可以运行无位置传感器控制算法，并可通过软件在两种工作模式下实时切换以提高系统的可靠性。

技术领域

本发明涉及一种基于双核MCU(Microcontroller Unit微控制器单元)的永磁同步电机伺服驱动器及控制方法，用于永磁同步电机的伺服控制，具有多种位置传感器和通信接口，能够在位置传感器失效情况下，实时切换到无位置传感器控制算法，实现伺服驱动器在此故障下不用停机的高可靠驱动。

背景技术

永磁同步电机与其他类型的电机相比，具有结构简单，功率/体积比大，力矩输出性能好等优势，被广泛应用在高精度机床、工业机器人、电动汽车、采煤机械等各种自动控制领域。而高性能高可靠的永磁同步电机驱动器及控制方法则是其推广应用的重要保证。

现有的永磁同步电机伺服驱动器主要存在以下两方面的问题：(1)随着工业总线的发展以及电机复杂控制算法的深入应用，基于单DSP的传统伺服控制器在进行电机驱动的同时还需要进行总线通讯协议的转换，因此很难保证通信的实时性，而延时也降低了电机控制环节的控制裕度。为了保证工业总线通信的实时性，永磁同步电机伺服系统通常采用ARM+DSP或ARM+DSP+FPGA的形式，但是这种架构需要较多的配套元器件，提高了控制电路的复杂程度与成本，限制了其在空间有限、集成度高等场合中的应用。(2)依赖位置传感器运行，当前商用永磁同步电机伺服系统依赖位置传感器实时提供的转子位置信息来实现磁场定向FOC或者直接转矩控制DTC等算法，由于位置传感器安置在电机端或负载端，受到复杂恶劣的工况下的电磁干扰、电机振动以及编码器自身器件寿命等因素的影响，位置传感器成为整个伺服驱动系统中最为脆弱的环节，为了提高伺服驱动系统的可靠性，可以采用无位置传感器控制算法实现电机驱动，但是由于算法的限制、实际的工况复杂多变，单独的无传感器控制算法的性能很难和实际的位置传感器位置信息相比，传统的永磁电机基本采用位置传感器进行驱动，在位置传感器出现故障时进行简单报警与停车，而瞬间停车一方面带来财产损失，另一方面由于留给相关人员响应时间很短，很容易造成其他设备损坏甚至危及人员的安全。

发明内容

本发明的技术解决问题：针对现有的永磁同步电机驱动系统在进行伺服控制过程中，一方面现场总线通信功能与电机控制算法日益复杂，单核的DSP很难满足需求，而增加协处理器芯片的方式不利于系统集成且增加成本的问题，另一方面依赖于位置传感器实时提供位置信息来进行电机驱动，出现故障后只能停机等问题，提出一种基于双核MCU的永磁同步电机驱动器及控制方法。

本发明的技术解决方案：一种基于双核MCU的永磁同步电机伺服驱动器，包括以下部分：

双核MCU电路(1)：与位置传感器接口电路(2)、功率放大电路(3)、外设接口电路(4)以及通讯接口电路(5)相连接。双核MCU电路(1)在运行过程中通过通讯接口电路(5)与上位机实时通讯，接收控制指令并传输伺服驱动器的状态数据。此外，双核MCU电路(1)能够通过外设接口电路(4)中的AD接口接收模拟指令，然后输送至双核MCU的第一处理器内核中进行数模转换，位置传感器接口电路(2)将位置传感器的信息输送给双核MCU的第二处理器内核中，与给定的位置信息进行作差，利用该误差信号进行控制，另外，伺服驱动器在运行过程中，双核MCU的第一处理器内核中会并行的运行转子无位置传感器算法，对转子位置进行实时估计，并将该估计值与实际接收到的位置传感器信号值进行比较作差，如果该误差值不超过所述伺服驱动器调试参数运行时得到的最大误差的两倍，则认为位置传感器正常工作，否则只采用无传感器控制算法估计出的转子位置信息，然后将转子位置信息传输到双核MCU的第二处理器内核中执行电机控制算法，并将计算得到的控制量输送至功率放大电路(3)进行放大，驱动永磁同步电机；