[发明专利]超高速永磁同步电机的冗余容错控制系统及方法

摘要

本发明公开了一种超高速永磁同步电机的冗余容错控制系统及方法。该系统包含两套完全相同的余度控制单元，其中每个包含DSP模块、FPGA模块、AD采样模块、信号调理模块、电平转换模块、通信模块、电源管理模块。方法为：信号调理模块接收直流母线电压和三相定子电压、电流信号，并进行调理；AD采样模块对调理之后的信号进行采样，并通过FPGA模块传送给DSP模块；DSP模块通过闭环的直接转矩控制算法，得到用于驱动系统的6路PWM控制信号；同时判断产生封锁PWM的控制信号；FPGA模块接收6路PWM控制信号，判断是否封锁当前通道FPGA模块的PWM控制信号的输出，并启用另一套余度控制单元。本发明应用于超高速永磁同步电机的冗余容错控制，具有精度高、可靠性强的优点。

主权项

1.一种超高速永磁同步电机的冗余容错控制系统，其特征在于，包含两套完全相同的余度控制单元，其中每个余度控制单元内包含DSP模块(1)、FPGA模块(2)、AD采样模块(3)、信号调理模块(4)、电平转换模块(5)、通信模块(6)以及电源管理模块(7)，所述：信号调理模块(4)接收直流母线电压和三相定子电压、电流信号，并进行调理；AD采样模块(3)在FPGA模块(2)的控制周期，对信号调理模块(4)调理之后的直流母线电压和三相定子电流进行采样，将采样后的数据通过FPGA模块(2)传送给DSP模块(1)；DSP模块(1)接收上位机发送的速度指令，然后利用AD采样模块(3)采集到的直流母线电压和三相定子电流数据估算出电机速度和转子位置，从而通过闭环的直接转矩控制算法，得到用于驱动系统的6路PWM控制信号；同时DSP模块(1)计算估计转速与上位机输出的目标转速之间的误差，并与上一误差进行比较，若误差持续增大，则输出封锁PWM的控制信号至FPGA模块(2)；FPGA模块(2)接收DSP模块(1)输出的6路PWM控制信号，同时判断AD采样模块(3)输入的直流母线电压、三相定子电压信号、三相定子电流信号以及电机温度信号，在上述信号达到设定的报警条件或接收到DSP模块(1)所输出的封锁PWM的控制信号时，封锁当前通道FPGA模块(2)PWM控制信号的输出，并启用另一套余度控制单元，将PWM控制信号输出给驱动系统中的驱动隔离模块；电平转换模块(5)对FPGA模块(2)输出的PWM控制信号进行功率放大；通信模块(6)用于实现DSP模块(1)和上位机之间的通信；电源管理模块(7)用于将驱动系统中电源模块输出的电压转换成控制系统中各芯片所需的电压；所述DSP模块(1)包括时钟电路、复位电路和调试模块，DSP模块(1)根据直流母线电压和定子电流数据估算得到转子速度与转子位置信号，结合上位机经过串口发送的给定转速信号，计算得到超高速永磁同步电机的电磁转矩、定子磁链及相位角信息；将转矩比较器的误差输入PI调节器获得SVPWM模块所需的参考电压，利用SVPWM模块计算基本电压矢量及其作用时间，输出6路PWM控制信号。