[发明专利]一种基于双内核的超高速永磁同步电机驱动控制器

说明书

技术领域

本发明属于超高速电机控制技术领域，具体涉及一种超高速的永磁同步电机的驱动控制器。

背景技术

随着加工技术的迅猛发展，催生了高速、高精度数控机床的快速发展。超高速电主轴作为高端数控机床的关键功能部件，其性能指标直接决定了高端数控机床的发展水平。超高速永磁同步电机作为超高速电主轴的主体部件，具有其他电机无可比拟的优点。

目前大多数高速永磁同步电机驱动器输出频率大都在1000Hz以下，控制对象为带有位置、速度反馈模块的高速电机，无法满足无传感器高速永磁同步电机控制的要求。

发明内容

本发明提出一种基于双内核的超高速永磁同步电机驱动控制器。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于双内核的超高速永磁同步电机驱动控制器，其特征在于，包括散热模块、驱动系统模块、主控制系统模块；

散热模块包括散热器底座、驱动器温度检测模块、风扇驱动控制模块以及风扇；驱动系统模块包括整流模块、逆变模块，驱动与隔离模块、霍尔模块；主控制系统模块包括双核DSP主控制模块、FPGA从控制模块、电机温度检测模块、调理模块、AD转换模块以及电源模块；其中，双核DSP主控模块又包括第一核和第二核，FPGA从控制模块又包括PWM脉冲宽度信号监控模块和保护模块；

散热器底座与所述驱动控制器中的功率器件接触安装，用于为所述驱动控制器中的功率器件传导散热；驱动器温度检测模块用于实时采集所述驱动控制器的温度并将该温度信号传输给风扇驱动控制模块；风扇驱动控制模块根据驱动控制器的温度高低，控制风扇的工作状态；

整流模块与外部三相交流电整流成直流电，为逆变模块和主控制系统模块供电；所述逆变模块接收驱动与隔离模块的PWM脉冲信号，并根据PWM脉冲信号将直流电逆变成交流电，为风扇驱动控制模块、霍尔模块以及永磁同步电机的定子供电；驱动与隔离模块接收经过FPGA从控制模块监控的PWM脉冲信号，进行隔离传输，并将PWM 脉冲信号转换成能够驱动逆变模块的高电平PWM脉冲信号；霍尔模块用于使用霍尔元件对逆变模块逆变得到的定子三相电压电流信号、直流母线的电压信号进行采样并传输给信号调理模块；

电源模块用于将整流模块输出的电压转换成主控制系统模块所需的电压；电机温度检测模块用于采集电机本体的温度，并将该温度信号传输给调理模块；调理模块用于接收霍尔模块采集的定子电压电流信号、直流母线电压信号、电机本体的温度信号，并将所述接收的信号调理成符合AD转换模块输入要求的信号；AD转换模块用于将接收到的定子电压电流信号、电机温度信号转换成数字芯片可以接收的数字信号，并传递给 FPGA从控制模块中的保护模块以及双核DSP主控模块中的第二核；双核DSP主控模块中的第一核用于根据设定的目标转速和由第二核计算得到的估计转速，使用电机数学模型，通过直接转矩控制得到给予驱动逆变模块的PWM控制信号，并将PWM控制信号发送给FPGA从控制模块；第二核用于根据AD转换模传传输过来的定子三相电压电流信号，使用扩展卡尔曼估计算法估算出电机速度和转子位置，并将估计得到的电机转速和转子位置数据传递给第一核；保护模块用于接收AD转换模块输出的定子三相电压电流、直流母线电压以及电机本体温度信号，在定子三相电压电流、直流母线电压、电机本体温度信号达到设定的报警条件后，产生故障信号并封锁FPGA从控制模块的 PWM控制信号的输出；PWM监控模块用于接收双核DSP模块中产生的PWM控制信号，并对PWM控制信号进行互锁条件判断，若出现互锁条件不满足的情况，产生故障信号并封锁FPGA从控制模块的PWM控制信号的输出；若PWM控制信号满足互锁条件，则将PWM控制信号输出给驱动与隔离模块。

进一步，磁同步电机驱动控制器的单周期工作流程如下：

步骤一，第二核根据AD转换模块的直流母线电压以及三相定子电压电流信号，估算得到转子速度与转子位置、定子磁链、电磁转矩、相位角；

步骤二，第一核根据上位机发送的给定转速以及第二核估算得到的转子速度与转子位置、定子磁链、电磁转矩、相位角，结合永磁同步电机数学模型进行直接转矩控制，输出6路PWM控制信号；

步骤三，FPGA从控制模块接收步骤二中输出的6路PWM控制信号，并由PWM 监控模块进行故障条件的判断，若判断为故障，则封锁PWM控制信号的输出；若判断为非故障，则将6路PWM控制信号输出至驱动系统；

步骤四，驱动系统接收步骤三中输出的6路PWM控制信号，从而控制大功率IGBT 的导通与关断，将直流电逆变成三相交流电输出到电机定子侧。。