[发明专利]一种基于双核MCU的永磁同步电机伺服驱动器

摘要

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。

主权项

1.一种基于双核MCU的永磁同步电机伺服驱动器，其特征在于：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；位置传感器接口电路(2)：主要由Hall传感器接口、增量式编码器接口和BISS‑C及SSI接口电路并行组成，各部分电路独立运行，与双核MCU电路(1)相连接，伺服驱动器运行时，位置传感器接口电路(2)将外部Hall位置传感器、增量式编码器、BISS‑C和SSI接口电路的位置传感器输出的电平信号转换为3.3V LVCMOS电平传输给双核MCU电路(1)中的第一处理器内核进行处理；功率放大电路(3)：主要由三相半桥驱动电路和刹车制动开关管组成，与双核MCU电路(1)相连接，接受其发送的PWM电压控制信号，并且实时将该控制信号进行放大，驱动电机，或者进行电机的刹车制动；外设接口电路(4)：主要由DA接口电路、AD接口电路、IO接口电路以及SD接口电路并行组成，各部分电路独立运行，与双核MCU电路(1)的第一处理器内核相连接，伺服驱动器正常运行时，接收外部0～5V的位置、速度及力矩的标准模拟指令信息输入，同时可以将双核MCU电路(1)输出的控制量转化为0～5V的模拟电压信号，此外可以通过IO接口接收外部的0～24V的数字电平信号作为指令输入，而SD接口则可以和SD卡连接，进行伺服驱动器程序的升级与存储；通讯接口电路(5)：主要由CAN接口、RS232接口和EtherCAT接口并行组成，各部分电路独立运行，与双核MCU电路(1)的第一处理器内核相连接，伺服驱动器正常运行时，可以通过配置使用RS232和PC上位机相连接，而CAN接口和EtherCAT接口则主要作为总线系统与主机相连接，将上位机或主站的指令实时传送至双核MCU电路(1)的第一处理器内核中，同时将伺服控制器的状态信息实时进行上传；所述伺服控制器的控制步骤为：(1)系统上电后，DSP首先加载主控制程序并完成上电系统自检；(2)系统自检正常后，执行进行系统状态监控以及与上位机的通讯；(3)伺服驱动器开始执行电机驱动算法，首先伺服驱动器首先采用由第二处理器内核采集的传感器位置信息驱动电机进行试运行；然后，系统在正常运行过程中，利用实时采集的电机电流和电压信息，根据预设的电机模型，伺服驱动器利用位置传感器获得的位置信号，一方面驱动电机运行，另一方面则反馈给滑模观测器环节，利用位置传感器的位置信息和滑模观测器观测到的信息的差值，进行滑模观测器控制参数的校正，当两者差值小于设定的容限值时，那么观测器校正环节完成；最后，系统观测器校正环节完成之后，观测器开始进入监测环节，即此时电机运行时，不断监测观测器输出和位置传感器输出，在电机运行时，如果两者差别较大，超过了设定容限值的两倍，那么则认为伺服驱动器的位置传感器出现故障，此时发出警报信息，同时伺服驱动器采用滑模观测器输出的位置信号来驱动电机，保证伺服驱动器在位置传感器故障时的不停机运行。