[实用新型]具有容错功能的三相四桥臂永磁同步电动机控制系统

说明书

技术领域：

本实用新型涉及一种具有容错功能的三相四桥臂永磁同步电动机控制系统。

背景技术：

传统的三相三桥臂主电路拓扑结构采用电压空间矢量调制(SVPWM)技术还能减小绕组电流的谐波含量、提高直流母线电压的利用率，从而使电机转矩脉动降低、拓宽电机的调速范围。然而，这种传统的拓扑结构在缺相或单相断路故障时，将难以维持系统安全可靠运行，因此，限制其在航空、航天、航海、防爆等对控制系统冗余性、可靠性有严格要求的场合，大大限制其应用领域。

实用新型内容：

本实用新型的目的是提供一种具有容错功能的三相四桥臂永磁同步电动机控制系统。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种具有容错功能的三相四桥臂永磁同步电动机控制系统，其组成包括:主电路，所述的主电路的220V单相交流输入与单相整流电路连接，所述的单相整流电路与四桥臂逆变器连接，所述的四桥臂逆变器通过桥臂A、桥臂B、桥臂C、桥臂D与永磁同步电动机连接，所述的桥臂A、桥臂B、桥臂C与电流采样电路连接，所述的永磁同步电动机与光电码盘。

所述的具有容错功能的三相四桥臂永磁同步电动机控制系统，所述的光电码盘与控制电路的QEP单元连接，所述的QEP单元与PI控制器D连接，所述的电流采样电路与A/D模块连接，所述的A/D模块、所述的QEP单元通过坐标变换分别与PI控制器A、PI控制器B、PI控制器C连接，所述的PI控制器D与速度控制器连接，所述的速度控制器与所述的PI控制器A连接，所述的PI控制器A、PI控制器B、PI控制器C共同与电流控制器连接，所述的电流控制器与3D-SVPWM控制连接，所述的3D-SVPWM控制与光电隔离驱动电路连接，所述的光电隔离驱动电路与所述的四桥臂逆变器连接。

所述的具有容错功能的三相四桥臂永磁同步电动机控制系统，数码显示管与SPI单元连接，上位机与SCI单元连接，键盘与I/O单元B连接，故障检测单元与I/O单元A连接。

有益效果：

1.本实用新型提出的具有容错功能的三相四桥臂永磁同步电动机控制系统，在传统三相三桥臂的基础上增加了一个与电动机中性点相连的桥臂，采用三维电压空间矢量调制(3D-SVPWM)技术，使其驱动永磁同步电动机有着良好的运行特性。同时，这种拓扑结构将第四桥臂与电动机中性点相连接，为中线电流提供了通路，能够更好地平衡输出和抑制干扰，并且在缺相或者单相故障的情况下，通过对控制策略的适当调整以维持电机正常时的运行特性。

本实用新型具有过压、欠压、过温保护功能，确保了系统安全、可靠运行。

本实用新型应用id=0控制模式，即转矩、电流比最大控制(MTPA)，该方法以最小的定子电流获取所需的电机输出转矩，从而提高了系统效率。

附图说明：

附图1是本实用新型的系统整体框图。图中，1为220V单相交流输入，2为单相整流电路，3为四桥臂逆变器，4为桥臂A，5为桥臂B，6为桥臂C，7为桥臂D，8为永磁同步电动机，10为电流采样电路，11为光电码盘，12为QEP单元，20为PI控制器D，14为A/D模块，15为坐标变换，17为PI控制器A，18为PI控制器B，19为PI控制器C，21为速度控制器，16为电流控制器，13为3D-SVPWM控制，9为光电隔离驱动电路，22为数码显示管，23为SPI单元，24为上位机，25为SCI单元，26为键盘，27为I/O单元B，28为故障检测单元，29为I/O单元A。

图2是本实用新型的系统控制结构图。

图3是本实用新型的位置信号差分接收电路原理图。

图4是本实用新型的电流采样电路原理图。

图5是本实用新型的主电路原理图。

图6是本实用新型的隔离驱动电路原理图。

图7是本实用新型的参考坐标系参考图。

图8是本实用新型的永磁同步电动机i_d=0矢量控制原理图。

图9是本实用新型的三相四桥臂逆变器结构简图。

图10是本实用新型的ABC坐标系下3D-SVPWM的矢量图。

图11是本实用新型的指针变量N与四面体对应关系图。

图12是本实用新型的 N=1时的开关排序示意图。

图13是本实用新型的系统主程序流程图。

图14 是本实用新型的转子初始定位程序流程图。

图15是本实用新型的转子位置检测程序流程图。

图16是本实用新型的定时器中断子程序流程图。

图17 是本实用新型的3D-SVPWM程序流程图。