[实用新型]基于永磁无刷直流电机的无刷伺服控制系统和驱动装置

权利要求书

1.一种永磁无刷直流伺服电机的驱动装置，包括控制单元、接口单元、驱动单元，控制单元通过接口单元与驱动单元连接，所述控制单元采用现场可编程门阵列FPGA，其特征是所述FPGA为电流闭环、速度闭环、位置闭环由里到外环环相扣的二阶系统；

所述FPGA中形成电流闭环的模块包括依次串联联接的2/3矢量转换模块、电流闭环控制模块、PWM电流控制模块和栅极驱动逻辑：电流检测反馈信号经模数转换后向FPGA输入两路电流信号，经2/3矢量转换模块生成三路电流反馈信号，作为电流闭环控制模块的反馈输入端，速度闭环控制模块的输出信号作为电流闭环控制模块的指令输入端，做比较后作为电流闭环控制模块的输入，由电流闭环控制模块运算生成的输出信号进入PWM电流控制模块，PWM电流控制模块的输出信号进入栅极驱动逻辑后，输出六路驱动信号；

所述FPGA中形成速度闭环的模块包括换相逻辑处理模块、倍频鉴相模块、频率采集模块、速度闭环控制模块：换相逻辑处理模块的输入端输入磁极检测反馈信号，输出端接速度闭环控制模块，用作速度闭环矢量控制变换的依据；倍频鉴相模块的输入端输入位置检测反馈信号，用于检测电机旋转方向，同时为提高频率采集模块的检测精度，该模块对位置检测反馈信号做四倍频处理后，其一输出端接频率采集模块，由频率采集模块最终产生与电机转速成正比的数字信号作为速度闭环控制模块的反馈输入端；速度闭环控制模块的指令输入端为位置闭环控制模块的输出端，做比较后作为速度闭环控制模块的输入，由速度闭环控制模块运算生成的输出信号即为电流闭环控制模块的指令输入端。

所述FPGA中形成位置闭环的模块包括位置反馈计数模块、位置指令计数模块和位置闭环控制模块：位置反馈计数模块的输入端接倍频鉴相模块的另一输出端，此模块实时记录电机增量角度，所产生的结果即为位置闭环控制模块的反馈输入端；位置指令输入位置指令计数模块的输入端，通过位置指令计数模块转换后作为位置闭环控制模块的指令输入端，做比较后作为位置闭环控制模块的输入，由位置闭环控制模块运算生成的输出信号即为速度闭环控制模块的指令输入端。

2.根据权利要求1所述的永磁无刷直流伺服电机的驱动装置，其特征是所述速度闭环控制模块的算法采用PD控制与PID控制分离的控制算法，在PID控制的基础上，实时读取电流闭环偏差值以及位置闭环偏差值，在控制上设定两个阈值：电流偏差阈值和位置偏差阈值，此阈值由实验得出；当电流闭环偏差值大于设定的电流偏差阈值或位置闭环偏差值大于设定的位置偏差阈值时，采用PD算法，当电流闭环偏差值小于等于设定的电流偏差阈值或位置闭环偏差值小于等于设定的位置偏差阈值时，采用PID算法；所述位置闭环偏差值为位置反馈计数值与位置指令计数值之间的偏差，所述电流闭环偏差值为任意一相的电流检测信号值的某一时刻与下一时刻的偏差，某一时刻与下一时刻的时间间隔由系统时钟决定。

3.根据权利要求1或2所述的永磁无刷直流伺服电机的驱动装置，其特征是位置指令计数模块通过查表正弦波ROM输出纯正弦波位置指令，所述位置指令计数模块同时通过查表三角波ROM输出三角波位置指令，二者相叠加为“混合式正弦波”位置指令，作为速度闭环控制模块的补偿输入。

4.根据权利要求2所述的永磁无刷直流伺服电机的驱动装置，其特征是所述位置闭环控制模块的运算采用P控制算法，所述电流闭环控制模块的运算采用PID控制算法。

5.根据权利要求4所述的永磁无刷直流伺服电机的驱动装置，其特征是所述FPGA包括参数设定/模式选择模块，并具有与上位机通信的通信接口，参数设定/模式选择模块与该通信接口连接，所述参数设定/模式选择模块设有参数设定和模式选择指令，用于选择和控制各闭环的启动和运行参数。

6.根据权利要求5所述的永磁无刷直流伺服电机的驱动装置，其特征是所述FPGA还包括复位自检模块、故障处理模块和死区时间控制模块，三个模块的输出端分别与栅极驱动逻辑的输入端相连。

7.根据权利要求6所述的永磁无刷直流伺服电机的驱动装置，其特征是所述FPGA与上位机的通信接口为SPI和/或RS232和/或RS422。