[实用新型]一种基于DSPIC芯片的永磁同步电机控制装置

说明书

本实用新型公开了一种基于DSPIC芯片的永磁同步电机控制装置，包括DSPIC芯片控制模块、脉冲宽度调制模块、功率器件模块、通信模块、综合检测模块和电源模块，脉冲宽度调制模块、通信模块和综合检测模块分别与DSPIC芯片控制模块连接，功率器件模块与脉冲宽度调制模块连接。本实用新型集电流检测模块、温度检测模块和电压检测模块于一体，保证了电机运行的安全性，实现对永磁同步电机的闭环控制，提高永磁同步电机控制系统的稳定性和精度。

技术领域

本实用新型涉及永磁同步电机控制技术领域，具体说是一种基于DSPIC芯片的永磁同步电机控制装置。

背景技术

电机技术发展至今已有快200年的历史。作为支撑人们生产和生活的重要技术，其发展与改良备受人们的关注。近十几年来，价格低廉、高磁能积、高矫顽力的钕铁硼永磁材料技术的发展，使得价格低、体积小、性能高的永磁同步电动机问世了。永磁同步电机具有功率密度大、运转效率高、电磁转矩纹波系数小、过载能力强等特点，近年来在工业制造、航空航天、新能源汽车等诸多领域得到了越来越广泛的应用。

在永磁同步电机控制系统中最关键的是需要实时检测转子位置信息，以便给电机提供换相信号。如果转子位置信息不准确，电机的控制性能便会大幅下降，甚至可能造成整个系统的不稳定。常用的转子磁极信息检测需要借助机械传感器等一系列装置，如霍尔位置传感器、旋转变压器或光电编码器等位置检测装置。但这些装置的存在会使电机的尺寸和体积增大，增加了设计、连线、安装的复杂程度，也带来电磁兼容上的问题，降低了系统的可靠性。这便促使工业界和学术界投入大量人力，物力研究如何取消位置传感器，形成了无位置传感器控制技术。因此，无传感器控制己经成为现代永磁同步电机控制的主流热点。根据永磁同步电动机运行时磁极位置速度信息检测方法的适用范围和估算效果，可以把无传感器控制方法分为两种：第一种是利用理想化的电机数学模型，三相电流和电压信号被用作是有用的输入信号，经过特殊的计算方法，最后输出的信号就是位置信息，方法主要有模型参考自适应法、观测器检测法、变结构观测器法、自适应观测器法、半阶或全阶观测器法、卡尔曼滤波器法等。第二种检测方法跟电机的特点有很大关系，主要是利用凸极性来观测位置，主要方法有高频信号注入法、电感法等。这类方法不依赖电机模型的准确性，但是对电流采样电路的精度要求较高，对滤波器的滤波效果要求较高，滤波最后得到的电流信号包含了位置信息的高频信号。

永磁同步电机是一个强耦合，复杂的非线性系统。为了能够更好运用先进的无位置传感器控制算法来，设计一个合适的永磁同步电机控制器就显得尤为重要。其中，微处理芯片是整个系统的核心，机型的选择往往直接影响系统的控制功能和效果。适用于永磁同步电机控制系统的微处理芯片通常有单片机MCU和数字信号处理器DSP两种。一般来说，单片机是面向控制的，在片内集成了较多的I/O接口和外围部件，价格便宜但运算速度比较慢；数字信号处理器面向快速信号处理，运算速度比单片机要快1到2个数量级但价格高昂且控制性能不如单片机。

永磁同步电机控制较为复杂，涉及到大量的数据换算与分离控制，为了能够利于系统的扩展及对各部分功能模块进行有效的控制，主控制器不仅需要足够的外设接口对外设控制，而且还得有较强的运算能力及丰富的内部资源。随着控制技术日趋复杂化，越来越多的工业装置及家用设备要求系统能够精确响应、实时控制。这就使现有的大多数永磁同步电机控制系统暴露出许多问题：

（1）以DSP为核心的永磁同步电机控制系统，虽然运算能力强,但价格成本较高、接口资源不够丰富、事务处理能力不强。而以MCU为核心的控制系统，虽然处理器功能比较强，但运算速度慢，难以应用较为复杂的控制算法。

（2）控制系统缺少相应的安全检测和保护电路，当出现过热、过流、欠压或过载时极易发生永磁同步电机电机出现损坏的现象，而且控制系统出现故障时极难检测故障的发生部位。

（3）现有的永磁同步电机控制系统存在功能单一、操作复杂、集成化程度较低的问题，整体不够紧凑。

发明内容