[发明专利]一种小功率永磁同步电机控制系统及控制方法

摘要

一种小功率永磁同步电机控制系统及控制方法，涉及交流电机控制领域，实现了有位置传感器和无位置传感器的磁场定位控制。该控制系统包括控制单元和驱动单元，控制单元中GPIO模块检测驱动单元故障信号，PWM产生模块输出6路PWM波形，ADC模块采集电机相电流、相电压，通过SPI通信模块和位置传感器完成对电机位置和速度的检测；驱动单元中通过6路PWM波形控制6个MOSFET关断，相电流调理电路实现电机相电流的检测与信号放大，相电压采集电路实现电机相电压的检测与转换。本发明实现了有位置传感器和无位置传感器两种形式的磁场定位控制，适用于中、低成本应用场合。

主权项

1.一种小功率永磁同步电机控制方法，其特征在于，采用一种小功率永磁同步电机控制系统实现，所述一种小功率永磁同步电机控制系统，包括控制单元(1)和驱动单元(6)，所述控制单元(1)包括：用于检测驱动单元(6)故障信号的GPIO模块(2)；由6个PWM调制器组成的PWM产生模块(3)，输出6路PWM信号；由6个AD转换器组成的ADC模块(4)，用于采集永磁同步电机(19)的相电流和相电压；通过SPIMOSI信号、SPIMISO信号、SPISET信号与外部位置传感器相连的SPI通信模块(5)，通过SPI通信模块(5)和位置传感器完成对永磁同步电机(19)位置和速度的检测；所述驱动单元(6)包括：与6个PWM调制器一一对应相连的6个MOSFET，通过所述PWM产生模块(3)输出的6路PWM信号来控制6个MOSFET的关断，实现永磁同步电机(19)的磁场定位控制；其输入端与6个MOSFET中的3个一一对应相连且其输出端与6个AD转换器中的3个一一对应相连的3个相电流调理电路，用于实现永磁同步电机(19)相电流的检测与信号放大，以供ADC模块(4)采集；其输入端与永磁同步电机(19)的三端一一对应相连且其输出端与6个AD转换器中的其余3个一一对应相连的3个相电压采集电路，用于实现永磁同步电机(19)相电压的检测与转换，以供ADC模块(4)采集；当采用无位置传感器形式的磁场定位控制时，其具体工作过程如下：步骤一、通过控制单元(1)触发ADC模块(4)中断，通过ADC模块(4)采集永磁同步电机(19)的相电压Va、Vb、Vc和相电流Ia、Ib、Ic；步骤二、利用永磁同步电机(19)的相电流Ia、Ib执行磁场定位控制中Clarke变换得到α‑β坐标系中的相电流I_α、I_β，利用永磁同步电机(19)的相电压Va、Vb执行磁场定位控制中Clarke变换得到α‑β坐标系中的相电压V_α、V_β；步骤三、利用相电压V_α、V_β和相电流I_α、I_β以及永磁同步电机(19)的相电感参数L_s和电阻参数R_s，计算α‑β坐标系中的反电动势E_α和E_β，如公式(1)所示：步骤四、α‑β坐标系中的反电动势E_α和E_β经过Park变换后，得到d‑q坐标系中的反电动势E_d和E_q，如公式(2)所示：步骤五、d‑q坐标系中的反电动势E_d和E_q经过一阶低通滤波器后，得到反电动势分量E_df和E_qf，采用q轴上的反电动势分量E_qf除以电机反电动势系数K_Φ得到估计的转速ω_e，如公式(3)所示：步骤六、对估计的转速ω_e进行积分得到估计的电角度θ_e，如公式(4)：θ_e＝∫ω_edt     (4)步骤七、根据速度参考值ω_r^*与估计的转速ω_e的偏差，执行速度控制算法并输出相电流参考值Iq^*和Id^*，其中，Id^*＝0；步骤八、利用永磁同步电机(19)的相电流Ia、Ib执行磁场定位控制中Clarke变换得到α‑β坐标系中的相电流I_α、I_β，根据永磁同步电机(19)的电角度θ_e再执行Park变换得到d‑q坐标系中的相电流实际值Iq和Id，并分别与相电流参考值Iq^*和Id^*相比较，借助PI电流控制算法对相电流实际值Iq和Id进行校正，获得相电压V_q、V_d；步骤九、利用相电压V_q、V_d和永磁同步电机(19)的电角度θ_e，执行磁场定位控制中Park逆变换得到α‑β坐标系中的相电压V_α、V_β；步骤十、利用空间矢量脉宽调制方法对相电压V_α、V_β进行处理得到新的PWM信号；步骤十一、通过控制单元(1)将新的PWM信号输出给驱动单元(6)，控制驱动单元(6)内部的6个MOSFET的关断，控制永磁同步电机(19)的旋转，实现永磁同步电机(19)的磁场定位控制和转速的闭环控制。