一种通用无刷电机电流闭环控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种通用无刷电机电流闭环控制系统及控制方法，针对中小功率无刷直流电机控制系统，采用CPLD EPM570和直流电机控制芯片UC3637，设计了一种新的无刷直流电机的电流环控制接口电路，实现了电机四象限的运行控制，同时该电路还具备外部并行通信控制功能和完善的失控保护策略。国外MSK公司有ir4361模块，即可实现无刷直流电机的电流环四象限的运行控制。本产品可以完全替代MSK公司的ir4361。提供了无刷电机电流闭环控制的通用硬件平台，作为硬件接口电路模块，外加速度环和位置环，就可以直接完成无刷电机的三闭环伺服系统控制，使用灵活方便；可完全替代MSK公司的ir4361，不但成本低，而且对于军品器件的国产化很有意义。

【技术实现步骤摘要】
一种通用无刷电机电流闭环控制系统及控制方法
本专利技术属于伺服控制领域，具体涉及一种通用无刷电机电流闭环控制系统及控制方法。
技术介绍
永磁无刷直流电机是近年来随着电力电子技术、控制技术和新型永磁材料的发展而迅速发展起来的一种新型机电一体化电机。它既具有交流电动机结构简单、运行可靠、维修方便等优点,又有直流电机优良的调速性能。目前在调速和伺服系统中,得到了广泛的应用。MSK公司的ir4361模块是一个通用的无刷直流电机控制模块，特点是接口简单，使用方便，保护功能完善，在很多伺服系统工程(特别是国防领域)中得到了广泛的应用。如果能设计出相似的产品，不仅可以使的工程设计更加自主灵活，还可以节省成本。驱动无刷电机和驱动直流电机相比较，直流电机的控制相对简单，而无刷电机由于其控制方式相对复杂。在伺服系统控制设计中，内环的性能决定着外环的精度，也就是说在三环控制系统中，电流环的性能是极其重要的。如果能设计出一个通用性的无刷电机电流闭环模块，而外环则根据不同的的机械特性来独立设计，这样既可以满足不同系统的通用性，又可以简化了无刷电机的伺服系统设计，提高设计周期。
技术实现思路
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种通用无刷电机电流闭环控制系统及控制方法。技术方案一种通用无刷电机电流闭环控制系统，包括连接于无刷电机母线的母线电流过流保护电路、母线电压过压保护电路、位于无刷电机三相的三个霍尔传感器和六个功率MOS电路；其特征在于还包括模拟PI调节环节电路、UC3637模块电路、CPLD信号解算模块电路、IR2132电路和；电流误差比较器的输入连接无刷电机母线，将采样的母线电流与给定电流信号比较做差输入模拟PI调节环节电路，模拟PI调节环节电路输出与UC3637模块电路连接，UC3637根据电流误差输出一对占空比可调的差分PWM信号；UC3637模块电路的输出与CPLD信号解算模块电路连接，CPLD信号解算模块电路的输入端还与三个霍尔传感器、母线电流过流保护电路、母线电压过压保护电路和温度传感器的输出相连接；上述各信号经过CPLD信号解算模块电路的解算，解算结果通过连接的IR2132电路控制六个功率MOS电路的关断，六个功率MOS电路的关断控制无刷电机电流。一种利用所述通用无刷电机电流闭环控制系统进行闭环控制的方法，其特征在于步骤如下：步骤1：将基于电机母线电流调理后的反馈电流Uf与基于外部电流的单端信号Uc做差，得到电流误差Ud＝Uc-Uf；步骤2：将电流误差Ud＝Uc-Uf输入至UC3637模块电路，UC3637根据电流误差Ud的极性和幅值输出一对占空比可调的差分PWM信号PWMA和PWMB；步骤3：信号PWMB与三个霍尔传感器信号、母线电流过流保护信号、母线电压过压保护信号和温度传感信号同时输入CPLD信号解算模块，进行逻辑处理如下：步骤a：当输入CPLD的母线电压过压保护信号为母线过压信号且有效时，CPLD做出执行电机刹车操作，Q1、Q3和Q5三个MOS管关闭，Q2、Q4、Q6和Q7四个MOS管打开，直到检测到母线未过压，执行下一步；步骤b：当输入CPLD的母线电流过流保护信号为母线电流大于30A时，CPLD做出执行关闭驱动操作，Q1～Q7七个MOS管关闭，除非系统重新上电，否则再不执行任何操作；步骤c：当输入CPLD的母线电流过流保护信号为母线电流大于15A时，执行关闭驱动操作，Q1～Q7七个MOS管关闭，直到检测到母线电流未过流，执行下一步；步骤d：当输入CPLD的温度传感信号为温度保护信号，执行关闭驱动操作，Q1～Q7七个MOS管关闭，直到检测到温度正常，执行下一步；步骤e：当输入CPLD的IR2132故障保护信号时且故障连续发生次数小于5次时，IR2132输入全高，IR2132复位后，执行步骤f；故障连续发生次数大于等于5次时，执行关闭驱动操作，Q1～Q7七个MOS管关闭，除非系统重新上电，否则再不执行任何操作；步骤f：当所有的故障都未发生，则将UC3637输出的两相驱动信号PWMA，PWMB转化为直流无刷电机可用的三相驱动信号；转化的相序关系为表1：表1两相/三相驱动转换其中：Q1～Q7为低有效。有益效果本专利技术提出的一种通用无刷电机电流闭环控制系统及控制方法，针对中小功率无刷直流电机控制系统，采用CPLDEPM570和直流电机控制芯片UC3637，设计了一种新的无刷直流电机的电流环控制接口电路，实现了电机四象限的运行控制，同时该电路还具备外部并行通信控制功能和完善的失控保护策略。国外MSK公司有ir4361模块，即可实现无刷直流电机的电流环四象限的运行控制。本产品可以完全替代MSK公司的ir4361。有益效果：提供了无刷电机电流闭环控制的通用硬件平台，作为硬件接口电路模块，外加速度环和位置环，就可以直接完成无刷电机的三闭环伺服系统控制，使用灵活方便；可完全替代MSK公司的ir4361，不但成本低，而且对于军品器件的国产化很有意义。附图说明图1：UC3637内部结构图图2：系统硬件结构框图图3：主电路驱动回路图4：PI调节环路图5：CPLD控制方法结构图具体实施方式现结合实施例、附图对本专利技术作进一步描述：系统设计参数：最高供电电压Udc＝80V，连续输出电流30A，可进行直流无刷电机四象限运转的电流闭环系统。UC3637是一种专用的电机PWM控制芯片,用于直流电机驱动的PWM控制器。其外围只需增加少许的元器件就可产生PWM波形。内部电路图如图所示：从图中可以看出，芯片内部有两个受到触发器控制的开关，分别连接着两个受控电流源。当我们在1脚和3脚上加上不同的电压，在18脚上接上电阻到某个电平，在2脚上接上电容到另一个电平时，就可以在2脚上得到线性度良好的三角波。三角波的频率取决于1脚和2脚之间的电压差。将2脚上的三角波接到8脚和10脚，在两个比较器COMP1，COMP2的另一个引脚PIN9和PIN11上接上不同的电压信号，就可以在输出引脚PIN4和PIN7上得当PWM方波信号。方波的占空比取决于所加的电压大小。驱动芯片采用了(IR)公司出品的IR2132。IR2132具有高电压(600V)、高速度的特点。外围电路中的电流检测提供全桥电路电流的模拟反馈值。如果超出设定或调整参考电流值，IR2132驱动器的内部电流保护电路就启动，关断输出通道，实现过流保护。设定值可以作为软件保护电路的参考值，使电路能适用于不同功率的电机控制。同时，同一桥臂上下两个IGBT的驱动信号内置一个0.8μs的互锁延时。在应用中，IR2132的周边电路设计一定要注意Vcc与Vss之间的电容和输出端自举电容的容量匹配和布线的问题。设计中，前者的容量至少应为后者的10倍,并且前者布线应尽量靠近芯片。CPLD采用ALTERAEPM570T100I5，内部有570个逻辑单元(LogicElement)，相当于440个宏单元(Macrocell)，电源供电简单，核心电压和引脚电压都为3.3V。引脚延时为5.4ns，满足系统的设计要求。功率MOS管选用IRF3710，它的通态电阻Rds＝0.025Ω，漏极电压Uds＝100V，漏极直流电流Id＝57A。可满足一般的驱动控制要求。系统硬件电路框图如图2所示。电机电流与外部电流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通用无刷电机电流闭环控制系统，包括连接于无刷电机母线的母线电流过流保护电路、母线电压过压保护电路、位于无刷电机三相的三个霍尔传感器和六个功率MOS电路Q1～Q6；其特征在于还包括模拟PI调节环节电路、UC3637模块电路、CPLD信号解算模块电路和I R2132电路；电流误差比较器的输入连接无刷电机母线，将采样的母线电流与给定电流信号比较做差输入模拟PI调节环节电路，模拟PI调节环节电路输出与UC3637模块电路连接，UC3637根据电流误差输出一对占空比可调的差分PWM信号；UC3637模块电路的输出与CPLD信号解算模块电路连接，CPLD信号解算模块电路的输入端还与三个霍尔传感器、母线电流过流保护电路、母线电压过压保护电路和温度传感器的输出相连接；上述各信号经过CPLD信号解算模块电路的解算，解算结果通过连接的IR2132电路控制六个功率MOS电路的关断，六个功率MOS电路的关断控制无刷电机电流。

【技术特征摘要】
1.一种利用通用无刷电机电流闭环控制系统进行闭环控制的方法，所述的通用无刷电机电流闭环控制系统包括连接于无刷电机母线的母线电流过流保护电路、母线电压过压保护电路、位于无刷电机三相的三个霍尔传感器和六个功率MOS电路Q1～Q6；其特征在于还包括模拟PI调节环节电路、UC3637模块电路、CPLD信号解算模块电路和IR2132电路；电流误差比较器的输入连接无刷电机母线，将采样的母线电流与给定电流信号比较做差输入模拟PI调节环节电路，模拟PI调节环节电路输出与UC3637模块电路连接，UC3637根据电流误差输出一对占空比可调的差分PWM信号；UC3637模块电路的输出与CPLD信号解算模块电路连接，CPLD信号解算模块电路的输入端还与三个霍尔传感器、母线电流过流保护电路、母线电压过压保护电路和温度传感器的输出相连接；上述各信号经过CPLD信号解算模块电路的解算，解算结果通过连接的IR2132电路控制六个功率MOS电路的关断，六个功率MOS电路的关断控制无刷电机电流；其中CPLD信号解算模块电路采用ALTERAEPM570T100I5，功率MOS管选用IRF3710；其中Q1与Q4串联，且Q1的S极与Q4的D极接入无刷直流电机的A相；Q3与Q6串联，且Q3的S极与Q6的D极接入无刷直流电机的B相；Q5与Q2串联，且Q5的S极与Q2的D极接入无刷直流电机的C相；电阻R400与二极管D400并联后与Q7串联在电路母线正端与地之间，与电机组成制动回路；其特征在于步骤如下：步骤1：将基于电机母线电流调理后的反馈电流Uf与基于外部电流的单端信号Uc做差，得到电流误差Ud＝Uc-Uf；步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡卫鹏，周勇军，张翔，
申请(专利权)人：西安电子工程研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61