[发明专利]极低转速旋转系统的全数字永磁同步电机控制装置及方法

说明书

本发明涉及一种极低转速旋转系统的全数字永磁同步电机控制装置及方法，该装置包括ARM+FPGA架构的双控制核心线路、三相相电流反馈采样的线路、功率驱动线路线路、强弱电隔离线路、测角功能线路、故障检测保护功能线路、数字和模拟部分电源、通信接口线路。本发明通过ARM完成FOC控制算法和速度滤波，FPGA完成低通SINC3滤波器来实现对delta‑sigma型ADC数字滤波器的结果进行滤波得到真实的电流值，光栅角度的读取以及对电流信号的过流检测、保护信号的处理、对外通讯接口等功能。此结构能更好实现FOC+SVPWM电机算法，并结合伺服控制算法实现了全数字化、小型化的设计理念，读取定子的电流、转子的位置及速度，电流环、速度环、位置环三环控制。

技术领域

本发明属于永磁同步电机控制技术领域，尤其是一种极低转速旋转系统的全数字永磁同步电机控制装置及方法。

背景技术

永磁同步电机是一种无刷电机，使用永磁同步电机替代直流有刷电机可提升旋转式惯导设备中电机在长时间连续旋转工作条件下的可靠性。捷联式惯导和高精度转台需要工作在低速甚至超低速的状态下，单、双轴捷联系统基本运行的速度范围为0.5～1rpm，但目前针对低速运行系统的平稳控制的关键技术未有效突破，这造成了捷联式惯导设备应用永磁同步电机的技术瓶颈，是永磁同步电机在捷联式惯导上未实现工程应用的主要原因。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种设计合理、精度高且性能稳定的极低转速旋转系统的全数字永磁同步电机控制装置及方法。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种极低转速旋转系统的全数字永磁同步电机控制装置，包括FPGA、ARM、RS422通信模块、信号隔离电路、圆光栅接口模块、故障指示模块、三路隔离模块、三相电流采样调理电路、电机模块、功率驱动模块、PWM控制信号隔离模块、保护电路、保护信号隔离模块、电平转换模块、信号隔离模块、温度检测电路和母线采样电路；所述ARM包括A/D转换模块、SPWM发生器、角度处理模块，所述FPGA包括通讯模块、Sinc3滤波器模块、Biss协议处理模块；所述RS422通信模块输出端连接信号隔离电路输入端，信号隔离电路输出端连接通讯模块输入端，圆光栅接口模块输出端连接Biss协议处理模块输入端，Biss协议处理模块输出端连接故障指示模块输入端，电机模块输出端连接三相电流采样调理电路输入端，三相电流采样调理电路输出端连接三路隔离模块输入端，三路隔离模块输出端分别连接Sinc3滤波器模块输入端、电机模块输出端连接保护电路输入端，保护电路输出端连接保护信号隔离模块输入端，保护信号隔离模块输出端连接电平转换模块输入端，电平转换模块输出端连接PWM控制信号隔离模块输入端，PWM控制信号隔离模块输出端连接功率驱动模块输入端，功率驱动模块输出端连接电机模块的输入端，电机模块输出端分别连接温度检测电路输入端和母线采样电路输入端，温度检测电路输出端和母线采样电路输出端分别连接信号隔离模块输入端，信号隔离模块输出端连接A/D转换模块。

所述电机驱动模块采用BSC046N10NS3G系列MOS管和集成MOS栅极驱动模块IR2110组合的驱动电路；所述电流采样电阻采用温度性能良好的高精度合金电阻；所述采样电路采用隔离式ADC采样电路；所述ARM采用STM32F407模块；所述FPGA采用XC6SLX25-2-FTG256I模块；所述三路隔离模块采用电阻分流器结合隔离Σ-ΔADC方案，所述隔离式Σ-Δ数字ADC为AMC1306模块。

所述故障指示模块为欠压、过压、过流、过热超温故障指示模块。

一种极低转速旋转系统的全数字永磁同步电机控制装置的控制方法，包括以下步骤：

步骤1、读取并处理转子的实时位置信息，位置指令信号与实时位置信号相减得到位置控制误差量，输入位置环控制器；

步骤2、位置环控制器的输出信号分别减经处理的转子速度信号，输入速度环控制器；