[发明专利]一种基于磁编码器的永磁同步电机伺服系统

说明书

一种基于磁编码器的永磁同步电机伺服系统，包括电源模块、MCU主控模块、三相驱动桥及过压保护模块、相电流采集及过流保护模块、磁编码器位置反馈模块、温湿度检测模块；串口RS232、RS422通讯电路和CAN通讯模块；MCU主控模块集成有三相互补PWM输出单元、多路定时器单元和多路ADC单元，以实现永磁同步电机的SVPWM矢量控制和DTC直接转矩控制；三相驱动桥及过压保护模块利用自举电容实现单偏置电源供电；本发明具有结构紧凑、低速运行、扭矩大、过载能力强、力矩波动小、响应快、精度高、调节线性度好、输出效率高、运行可靠、维护方便、以及成本低廉等特点，利于小型化、集成化和分布式设计。

技术领域

本发明属于永磁同步电机的伺服系统领域，主要应用于微小型电动舵机和框架力矩电机等微小型伺服驱动机构上。

背景技术

随着当前永磁同步电机使用越来越普遍，具有低转速、大扭矩、强过载能力、快速响应、高精度、线性度良好的机械特性及调节特性的、力矩波动小等特点，同时结构紧凑、运行可靠、维护方便、无需减速装置，非常适合应用于微小型执行机构；而绝对位置传感器磁编码器具有精度高、体积小、结构简单、使用方便的特点；同时控制方式也从方波控制发展到SPWM正弦控制、SVPWM矢量控制、DTC直接转矩控制、以及其它现代控制方式。所以基于磁编码器的永磁同步电机伺服控制系统是现代伺服驱动控制技术发展的一个重要方向，非常适合在需要快速稳定和高跟踪精度的导引头框架控制系统与需要快速响应和变负载的舵机伺服系统中应用。

当前永磁同步电机伺服系统一般体积较大，或者驱动能力不足；永磁同步电机伺服系统位置反馈多采用的旋转变压器或光电编码器，不仅体积较大，而且成本较高，同时会增加MCU的运算负担，本范明采用体积小、精度高、价格低的磁编码器，其位置信息通过数字接口或脉冲宽度输出，降低了MCU的运算负担；通常永磁同步电机伺服系统仅采用SVPWM空间矢量控制或DTC直接转矩控制中的一种，而本发明可以任意配置控制方式，适应不同的控制对象，或同一控制对象的不同控制阶段进行不同的控制方式。

发明内容

本发明提供一种基于磁编码器的永磁同步电机的微小型化伺服系统，不仅满足高性能伺服控制系统对低转速，大扭矩的要求，同时满足小型化和轻量化的要求。

本发明采用的技术方案：一种基于磁编码器的永磁同步电机伺服系统，其特征在于：包括电源模块、MCU主控模块、三相驱动桥及过压保护模块、相电流采集及过流保护模块、磁编码器位置反馈模块、温湿度检测模块；串口RS232、RS422通讯电路和CAN通讯模块；

MCU主控模块从串口RS232通讯电路或RS422通讯电路或CAN通讯模块接收上级系统的控制指令，并实时向上级系统发送本系统的运行状态信息；MCU主控模块利用PID控制算法进行电流、速度和位置闭环调节，并通过SVPWM空间矢量控制算法或DTC直接转矩控制算法向三相驱动桥及过压保护模块输出三相PWM控制信号，驱动永磁同步电机的运行；

MCU主控模块通过相电流采集及过流保护模块实时采集相电流；MCU主控模块通过集成的定时器捕获功能或SPI接口实时读取磁编码器位置反馈模块的位置信息；

MCU主控模块利用相电流采集及过流保护模块输出的高电平信号标识三相驱动桥及过压保护模块中三相桥驱动过流；

MCU主控模块实时采集过压保护模块的母线电压信息；

MCU主控模块实时监测温湿度检测模块的温度和湿度信息。

所控三相驱动桥及过压保护模块采用全N-MOS的驱动模式，并利用自举电容实现单偏置电源供电。

所述MCU主控模块采用集成有串口、CAN接口、SPI接口、三相互补PWM输出单元和多ADC采集单元的单片机。

通过磁编码器位置反馈模块获取位置和速度反馈信息；在系统运行前，进行磁通相位和永磁同步电机转矩对齐，确定零点。