[发明专利]基于永磁无刷直流电机的无刷伺服控制系统和驱动装置

摘要

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，集成度高，功耗低，运算实时性好，在控制系统的设计上，重点围绕电流环、速度环、位置环的三环控制以及它们的整体配合，可以实现力矩、速度及定位的三种控制模式，不仅可用于简单的调速场合，而且可应用于高精度的定位控制场合；采用上述驱动装置的无刷伺服控制系统，从安装于永磁无刷直流电机上的反馈元件直接获取电流检测反馈信号和磁极检测反馈信号，区别于传统的伺服系统的反馈信号采样方法，既保证了信号采样精度又降低了成本。

主权项

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。