本實用新型涉及電機(jī)控制裝置，具體涉及一種多軸交流伺服電機(jī)控制裝置。

背景技術(shù)：

目前廣泛使用的交流電機(jī)伺服驅(qū)動控制器大多基于MCU或DSP等微處理器采用軟件方法實現(xiàn)，受軟件代碼串行執(zhí)行的限制，在一個PWM（脈寬調(diào)制）周期內(nèi)無法同時完成電流采樣、控制量計算和PWM控制信號調(diào)制，造成控制滯后電流采樣值一個或數(shù)個PWM周期，大大降低了伺服系統(tǒng)控制的實時性，容易產(chǎn)生對電機(jī)控制的滯后和超調(diào)，造成系統(tǒng)抖動，降低系統(tǒng)性能；而且受限于微處理器的性能，當(dāng)需要構(gòu)建多電機(jī)群控系統(tǒng)時，需采用多處理器或多個驅(qū)動器的方案，系統(tǒng)成本和體積大大增加，各電機(jī)軸之間依靠外部總線進(jìn)行同步，分布時鐘運算復(fù)雜，再疊加上控制的滯后，各電機(jī)軸間的同步誤差進(jìn)一步放大，不易實現(xiàn)高性能的多軸同步控制。

為解決前述問題，目前，基于FPGA可編程邏輯器件實現(xiàn)基于純硬件邏輯的多軸交流伺服電機(jī)的控制裝置已見研究，如授權(quán)公告號為CN 102811012B、發(fā)明創(chuàng)造名稱為“基于FPGA的多軸伺服電機(jī)電流環(huán)控制系統(tǒng)及控制方法”的中國專利文獻(xiàn)，其即公開了一種基于FPGA的純硬件邏輯的多軸伺服電機(jī)的控制系統(tǒng)，其可有效縮短電流環(huán)調(diào)節(jié)時間、減小電流環(huán)控制滯后并改進(jìn)多軸伺服電機(jī)的控制同步性。然而，該發(fā)明未考慮多軸伺服電機(jī)控制中的位置環(huán)和速度環(huán)因素，因而，進(jìn)一步研究控制實時性更佳、控制精度更高、控制同步性更好的多軸交流伺服電機(jī)控制裝置；顯得十分必要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是：針對背景技術(shù)中的問題，提供一種多軸交流伺服電機(jī)控制裝置，其在使用時，能夠有效消除多軸交流伺服電機(jī)控制中位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)的控制滯后，保證控制實時性和控制精度；同時通過采用全局PWM周期計數(shù)器實現(xiàn)多個功率逆變器的全同步控制，實現(xiàn)多個電機(jī)軸間的完全同步。

本實用新型的技術(shù)方案是：本實用新型的多軸交流伺服電機(jī)控制裝置，其結(jié)構(gòu)特點是：包括并行總線通信模塊，PWM周期計數(shù)器模塊、編碼器反饋信號處理模塊、AD接口模塊、第一時序控制模塊、位置環(huán)計算模塊、第一濾波器組、第二濾波器組、速度環(huán)計算模塊、第三濾波器組、數(shù)據(jù)調(diào)理模塊、CLARK變換模塊、PARK變換模塊、第一電流環(huán)計算模塊、第二電流環(huán)計算模塊、反電動勢補(bǔ)償模塊、交叉解耦補(bǔ)償模塊、母線電壓補(bǔ)償模塊、IPARK變換模塊、ICLARK變換模塊、SVPWM模塊、第二時序控制模塊、PWM比較器模塊和死區(qū)插入模塊；

并行總線通信模塊設(shè)有對外通信端、指令參數(shù)信號輸出端、中斷信號輸入端；PWM周期計數(shù)器模塊設(shè)有中斷信號輸出端、PWM比較信號輸出端和啟動信號輸出端；第一時序控制模塊設(shè)有位置速度采樣信號輸入端、電流電壓采樣信號輸入端、指令參數(shù)信號輸入端、啟動信號輸入端、位置信號輸出端、速度信號輸出端、采樣電壓電流信號輸出端、電角度信號輸出端以及指令參數(shù)信號輸出端；編碼器反饋信號處理模塊和AD接口模塊分別設(shè)有采樣信號輸入端和采樣信號輸出端；第一濾波器組、第二濾波器組、第三濾波器組、CLARK變換模塊、SVPWM模塊、第二時序控制模塊以及死區(qū)插入模塊分別設(shè)有信號輸入端和信號輸出端；

位置環(huán)計算模塊設(shè)有位置信號輸入端、指令參數(shù)信號輸入端和信號輸出端；速度環(huán)計算模塊設(shè)有第一、第二信號輸入端、指令參數(shù)信號輸入端以及信號輸出端；數(shù)據(jù)調(diào)理模塊設(shè)有電流電壓采樣信號輸入端、電流信號輸出端以及電壓信號輸出端； PARK變換模塊設(shè)有電流信號輸入端、電角度信號輸入端以及第一、第二電流信號輸出端；第一電流環(huán)計算模塊設(shè)有第一、第二電流信號輸入端、指令參數(shù)信號輸入端和電壓信號輸出端；第二電流環(huán)計算模塊設(shè)有電流信號輸入端、指令參數(shù)信號輸入端和電壓信號輸出端；反電動勢補(bǔ)償模塊設(shè)有第一、第二電壓信號輸入端、速度信號輸入端、指令參數(shù)信號輸入端以及電壓信號輸出端；交叉解耦補(bǔ)償模塊設(shè)有電壓信號輸入端、速度信號輸入端、第一、第二電流信號輸入端、指令參數(shù)信號輸入端以及電壓信號輸出端；母線電壓補(bǔ)償模塊設(shè)有矢量電壓信號輸入端、調(diào)理電壓信號輸入端和電壓信號輸出端；IPARK變換模塊和ICLARK變換模塊均分別設(shè)有電壓信號輸入端、電角度信號輸入端和電壓信號輸出端；PWM比較器模塊設(shè)有時間信號輸入端、比較信號輸入端和控制信號輸出端；

上述的并行總線通信模塊的指令參數(shù)信號輸出端與第一時序控制模塊的指令參數(shù)信號輸入端電連接；并行總線通信模塊的中斷信號輸入端與PWM周期計數(shù)器模塊的中斷信號輸出端電連接；

第一時序控制模塊的位置速度采樣信號輸入端與編碼器反饋信號處理模塊的采樣信號輸出端電連接；第一時序控制模塊的電流電壓采樣信號輸入端與AD接口模塊的采樣信號輸出端電連接；第一時序控制模塊的啟動信號輸入端與PWM周期計數(shù)器模塊的啟動信號輸出端電連接；

位置環(huán)計算模塊的位置信號輸入端與第一時序控制模塊的位置信號輸出端電連接、位置環(huán)計算模塊的指令參數(shù)信號輸入端與第一時序控制模塊的指令參數(shù)信號輸出端電連接；第一濾波器組的信號輸入端與位置環(huán)計算模塊的信號輸出端電連接；第二濾波器組的信號輸入端與第一時序控制模塊的速度信號輸出端電連接；

速度環(huán)計算模塊的第一信號輸入端與第一濾波器組的信號輸出端電連接；速度環(huán)計算模塊的第二信號輸入端與第二濾波器組的信號輸出端電連接；速度環(huán)計算模塊的指令參數(shù)信號輸入端與第一時序控制模塊的指令參數(shù)信號輸出端電連接；第三濾波器組的信號輸入端與速度環(huán)計算模塊的信號輸出端電連接；

數(shù)據(jù)調(diào)理模塊的電流電壓采樣信號輸入端與第一時序控制模塊的采樣電壓電流信號輸出端電連接；CLARK變換模塊的信號輸入端與數(shù)據(jù)調(diào)理模塊的電流信號輸出端電連接；PARK變換模塊的電流信號輸入端與CLARK變換模塊的信號輸出端電連接；PARK變換模塊的電角度信號輸入端與第一時序控制模塊的電角度信號輸出端電連接；

第一電流環(huán)計算模塊的第一電流信號輸入端與第三濾波器組的信號輸出端電連接；第一電流環(huán)計算模塊的第二電流信號輸入端與PARK變換模塊的第一電流信號輸出端電連接；第一電流環(huán)計算模塊的指令參數(shù)信號輸入端與第一時序控制模塊的指令參數(shù)信號輸出端電連接；

第二電流環(huán)計算模塊的電流信號輸入端與PARK變換模塊的第二電流信號輸出端電連接；第二電流環(huán)計算模塊的指令參數(shù)信號輸入端與第一時序控制模塊的指令參數(shù)信號輸出端電連接；

反電動勢補(bǔ)償模塊的第一和第二電壓信號輸入端分別與第一、第二電流環(huán)計算模塊的電壓信號輸出端對應(yīng)電連接；反電動勢補(bǔ)償模塊的速度信號輸入端與第二濾波器組的信號輸出端電連接；反電動勢補(bǔ)償模塊的指令參數(shù)信號輸入端與第一時序控制模塊的指令參數(shù)信號輸出端電連接；

交叉解耦補(bǔ)償模塊的電壓信號輸入端與反電動勢補(bǔ)償模塊的電壓信號輸出端電連接；交叉解耦補(bǔ)償模塊的速度信號輸入端與第二濾波器組的信號輸出端電連接；交叉解耦補(bǔ)償模塊的第一、第二電流信號輸入端分別與PARK變換模塊的第一、第二電流信號輸出端對應(yīng)電連接；交叉解耦補(bǔ)償模塊的指令參數(shù)信號輸入端與第一時序控制模塊的指令參數(shù)信號輸出端電連接；

母線電壓補(bǔ)償模塊的矢量電壓信號輸入端與交叉解耦補(bǔ)償模塊的電壓信號輸出端電連接；母線電壓補(bǔ)償模塊的調(diào)整電壓信號輸入端與數(shù)據(jù)調(diào)理模塊的電壓信號輸出端電連接；

IPARK變換模塊的電壓信號輸入端與母線電壓補(bǔ)償模塊的電壓信號輸出端電連接；IPARK變換模塊的電角度信號輸入端與第一時序控制模塊的電角度信號輸出端電連接；

ICLARK變換模塊的電壓信號輸入端與IPARK變換模塊的電壓信號輸出端電連接；ICLARK變換模塊的電角度信號輸入端與第一時序控制模塊的電角度信號輸出端電連接；

SVPWM模塊的信號輸入端與ICLARK變換模塊的電壓信號輸出端電連接；第二時序控制模塊的信號輸入端與SVPWM模塊的信號輸出端電連接；

PWM比較器模塊的時間信號輸入端與第二時序控制模塊的信號輸出端電連接；PWM比較器模塊的比較信號輸入端與PWM周期計數(shù)器模塊的PWM比較信號輸出端電連接；

死區(qū)插入模塊的信號輸入端與PWM比較器模塊的控制信號輸出端電連接；

使用時，并行總線通信模塊的對外通信端與配套設(shè)置的上位處理器通信；死區(qū)插入模塊的信號輸出端與功率逆變器電連接。

進(jìn)一步的方案是：上述的編碼器反饋信號處理模塊、PWM比較器模塊和死區(qū)插入模塊的數(shù)量均為N個，AD接口模塊的數(shù)量為2N+1個，N為受控電機(jī)的軸數(shù)。

進(jìn)一步的方案是：上述的PWM周期計數(shù)器模塊設(shè)有先加后減的周期計數(shù)器。

進(jìn)一步的方案是：上述的第一、第二和第三濾波器組均為由低通、帶通、卡爾曼數(shù)字濾波器組合級聯(lián)的濾波器組。

本實用新型具有積極的效果：本實用新型的多軸交流伺服電機(jī)控制裝置，其基于數(shù)字邏輯電路實現(xiàn)；其在使用時，能夠在一個PWM周期內(nèi)完成電流采樣、控制量計算以及PWM控制信號輸出的完整的對電機(jī)位置、速度和電流的環(huán)路控制流程；消除位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)的控制滯后，保證控制的實時性和控制精度；其通過采用流水線和時分復(fù)用技術(shù)，能夠簡化流水線控制，加速電流環(huán)計算速度，縮短電機(jī)的控制時間；同時通過采用全局PWM周期計數(shù)器模塊實現(xiàn)多個功率逆變器的全同步控制，實現(xiàn)多個電機(jī)軸間的完全同步；本實用新型較之于現(xiàn)有技術(shù)，其在使用時對多軸交流伺服電機(jī)的控制實時性更佳、控制精度更高、控制同步性更好。

附圖說明

圖1為本實用新型的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型在使用時與相關(guān)外部設(shè)備相連接的電路結(jié)構(gòu)示意圖，圖中對圖1所示的本實用新型進(jìn)行了省略畫法。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

（實施例1）

見圖1，本實施例的多軸交流伺服電機(jī)控制裝置，其基于數(shù)字邏輯電路實現(xiàn)，主要由并行總線通信模塊、PWM周期計數(shù)器模塊、編碼器反饋信號處理模塊、AD接口模塊、第一時序控制模塊、位置環(huán)計算模塊、第一濾波器組、第二濾波器組、速度環(huán)計算模塊、第三濾波器組、數(shù)據(jù)調(diào)理模塊、CLARK變換模塊、PARK變換模塊、第一電流環(huán)計算模塊、第二電流環(huán)計算模塊、反電動勢補(bǔ)償模塊、交叉解耦補(bǔ)償模塊、母線電壓補(bǔ)償模塊、IPARK變換模塊、ICLARK變換模塊、SVPWM模塊、第二時序控制模塊、PWM比較器模塊和死區(qū)插入模塊組成。

并行總線通信模塊設(shè)有對外通信端、指令參數(shù)信號輸出端、中斷信號輸入端；PWM周期計數(shù)器模塊設(shè)有中斷信號輸出端、PWM比較信號輸出端和啟動信號輸出端；第一時序控制模塊設(shè)有位置速度采樣信號輸入端、電流電壓采樣信號輸入端、指令參數(shù)信號輸入端、啟動信號輸入端、位置信號輸出端、速度信號輸出端、采樣電壓電流信號輸出端、電角度信號輸出端以及指令參數(shù)信號輸出端；編碼器反饋信號處理模塊和AD接口模塊分別設(shè)有采樣信號輸入端和采樣信號輸出端；第一濾波器組、第二濾波器組、第三濾波器組、CLARK變換模塊、SVPWM模塊、第二時序控制模塊以及死區(qū)插入模塊分別設(shè)有信號輸入端和信號輸出端。

位置環(huán)計算模塊設(shè)有位置信號輸入端、指令參數(shù)信號輸入端和信號輸出端；速度環(huán)計算模塊設(shè)有第一、第二信號輸入端、指令參數(shù)信號輸入端以及信號輸出端；數(shù)據(jù)調(diào)理模塊設(shè)有電流電壓采樣信號輸入端、電流信號輸出端以及電壓信號輸出端； PARK變換模塊設(shè)有電流信號輸入端、電角度信號輸入端以及第一、第二電流信號輸出端；第一電流環(huán)計算模塊設(shè)有第一、第二電流信號輸入端、指令參數(shù)信號輸入端和電壓信號輸出端；第二電流環(huán)計算模塊設(shè)有電流信號輸入端、指令參數(shù)信號輸入端和電壓信號輸出端；反電動勢補(bǔ)償模塊設(shè)有第一、第二電壓信號輸入端、速度信號輸入端、指令參數(shù)信號輸入端以及電壓信號輸出端；交叉解耦補(bǔ)償模塊設(shè)有電壓信號輸入端、速度信號輸入端、第一、第二電流信號輸入端、指令參數(shù)信號輸入端以及電壓信號輸出端；母線電壓補(bǔ)償模塊設(shè)有矢量電壓信號輸入端、調(diào)理電壓信號輸入端和電壓信號輸出端；IPARK變換模塊和ICLARK變換模塊均分別設(shè)有電壓信號輸入端、電角度信號輸入端和電壓信號輸出端；PWM比較器模塊設(shè)有時間信號輸入端、比較信號輸入端和控制信號輸出端。

前述的并行總線通信模塊的指令參數(shù)信號輸出端與第一時序控制模塊的指令參數(shù)信號輸入端電連接；并行總線通信模塊的中斷信號輸入端與PWM周期計數(shù)器模塊的中斷信號輸出端電連接；

第一時序控制模塊的位置速度采樣信號輸入端與編碼器反饋信號處理模塊的采樣信號輸出端電連接；第一時序控制模塊的電流電壓采樣信號輸入端與AD接口模塊的采樣信號輸出端電連接；第一時序控制模塊的啟動信號輸入端與PWM周期計數(shù)器模塊的啟動信號輸出端電連接；

位置環(huán)計算模塊的位置信號輸入端與第一時序控制模塊的位置信號輸出端電連接、位置環(huán)計算模塊的指令參數(shù)信號輸入端與第一時序控制模塊的指令參數(shù)信號輸出端電連接；第一濾波器組的信號輸入端與位置環(huán)計算模塊的信號輸出端電連接；第二濾波器組的信號輸入端與第一時序控制模塊的速度信號輸出端電連接；

速度環(huán)計算模塊的第一信號輸入端與第一濾波器組的信號輸出端電連接；速度環(huán)計算模塊的第二信號輸入端與第二濾波器組的信號輸出端電連接；速度環(huán)計算模塊的指令參數(shù)信號輸入端與第一時序控制模塊的指令參數(shù)信號輸出端電連接；第三濾波器組的信號輸入端與速度環(huán)計算模塊的信號輸出端電連接；

數(shù)據(jù)調(diào)理模塊的電流電壓采樣信號輸入端與第一時序控制模塊的采樣電壓電流信號輸出端電連接；CLARK變換模塊的信號輸入端與數(shù)據(jù)調(diào)理模塊的電流信號輸出端電連接；PARK變換模塊的電流信號輸入端與CLARK變換模塊的信號輸出端電連接；PARK變換模塊的電角度信號輸入端與第一時序控制模塊的電角度信號輸出端電連接；

第一電流環(huán)計算模塊的第一電流信號輸入端與第三濾波器組的信號輸出端電連接；第一電流環(huán)計算模塊的第二電流信號輸入端與PARK變換模塊的第一電流信號輸出端電連接；第一電流環(huán)計算模塊的指令參數(shù)信號輸入端與第一時序控制模塊的指令參數(shù)信號輸出端電連接；

第二電流環(huán)計算模塊的電流信號輸入端與PARK變換模塊的第二電流信號輸出端電連接；第二電流環(huán)計算模塊的指令參數(shù)信號輸入端與第一時序控制模塊的指令參數(shù)信號輸出端電連接；

反電動勢補(bǔ)償模塊的第一和第二電壓信號輸入端分別與第一、第二電流環(huán)計算模塊的電壓信號輸出端對應(yīng)電連接；反電動勢補(bǔ)償模塊的速度信號輸入端與第二濾波器組的信號輸出端電連接；反電動勢補(bǔ)償模塊的指令參數(shù)信號輸入端與第一時序控制模塊的指令參數(shù)信號輸出端電連接；

交叉解耦補(bǔ)償模塊的電壓信號輸入端與反電動勢補(bǔ)償模塊的電壓信號輸出端電連接；交叉解耦補(bǔ)償模塊的速度信號輸入端與第二濾波器組的信號輸出端電連接；交叉解耦補(bǔ)償模塊的第一、第二電流信號輸入端分別與PARK變換模塊的第一、第二電流信號輸出端對應(yīng)電連接；交叉解耦補(bǔ)償模塊的指令參數(shù)信號輸入端與第一時序控制模塊的指令參數(shù)信號輸出端電連接；

母線電壓補(bǔ)償模塊的矢量電壓信號輸入端與交叉解耦補(bǔ)償模塊的電壓信號輸出端電連接；母線電壓補(bǔ)償模塊的調(diào)整電壓信號輸入端與數(shù)據(jù)調(diào)理模塊的電壓信號輸出端電連接；

IPARK變換模塊的電壓信號輸入端與母線電壓補(bǔ)償模塊的電壓信號輸出端電連接；IPARK變換模塊的電角度信號輸入端與第一時序控制模塊的電角度信號輸出端電連接；

ICLARK變換模塊的電壓信號輸入端與IPARK變換模塊的電壓信號輸出端電連接；ICLARK變換模塊的電角度信號輸入端與第一時序控制模塊的電角度信號輸出端電連接；

SVPWM模塊的信號輸入端與ICLARK變換模塊的電壓信號輸出端電連接；第二時序控制模塊的信號輸入端與SVPWM模塊的信號輸出端電連接；

PWM比較器模塊的時間信號輸入端與第二時序控制模塊的信號輸出端電連接；PWM比較器模塊的比較信號輸入端與PWM周期計數(shù)器模塊的PWM比較信號輸出端電連接；

死區(qū)插入模塊的信號輸入端與PWM比較器模塊的控制信號輸出端電連接。

前述的編碼器反饋信號處理模塊、PWM比較器模塊和死區(qū)插入模塊的數(shù)量均設(shè)置有N個，AD接口模塊的數(shù)量為2N+1個，N為受控電機(jī)的軸數(shù)。

前述的PWM周期計數(shù)器模塊設(shè)有先加后減的周期計數(shù)器。

前述的第一、第二和第三濾波器組均為由低通、帶通、卡爾曼數(shù)字濾波器組合級聯(lián)的濾波器組。

（應(yīng)用例）

參見圖2，前述實施例的多軸交流伺服電機(jī)控制裝置，其在使用時，將并行總線通信模塊的對外通信端與配套設(shè)置的上位處理器相連接；將死區(qū)插入模塊的信號輸出端與功率逆變器相連接。系統(tǒng)上電后，首先啟動上位處理器，上位處理器啟動后對本裝置進(jìn)行初始化，根據(jù)受控的電機(jī)M數(shù)量配置相關(guān)參數(shù)，然后使能本裝置，并周期輸入相關(guān)指令和參數(shù)，從而控制電機(jī)M運行，使用時各相關(guān)模塊的功能如下述：

并行總線通信模塊，用于本裝置在使用時與配套設(shè)置的上位處理器通信，從上位處理器獲取配置信息、控制使能和參數(shù)設(shè)置；并周期向上位處理器發(fā)送中斷信號和狀態(tài)變量，上位處理器響應(yīng)中斷，在中斷程序中對本裝置的運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，并實時調(diào)整本裝置的各控制參數(shù)值。

周期計數(shù)器模塊，用于產(chǎn)生并向PWM比較器模塊發(fā)送PWM計數(shù)值和比較器更新信號、產(chǎn)生并通過并行總線通信模塊向上位處理器發(fā)送中斷脈沖信號以及依據(jù)PWM周期設(shè)定產(chǎn)生并向第一時序控制模塊發(fā)送計算啟動信號。PWM周期計數(shù)器模塊為先加后減的周期計數(shù)器，PWM周期計數(shù)器模塊先從零開始加1計數(shù)到設(shè)定的PWM周期值后再進(jìn)行減1計數(shù)回到零，周而復(fù)始；本實施例中，多個電流環(huán)通道共享一個PWM周期計數(shù)器模塊，從而實現(xiàn)對多個電機(jī)軸的精確同步控制，PWM周期計數(shù)器模塊每次計到零或設(shè)定的PWM周期值時分別產(chǎn)生一個中斷脈沖信號發(fā)送給上位處理器用于啟動中斷處理程序；同時產(chǎn)生一個PWM比較器更新信號，用于將電流環(huán)計算結(jié)果更新到PWM比較器內(nèi)；PWM周期計數(shù)器模塊依據(jù)設(shè)定的電機(jī)軸數(shù)，產(chǎn)生本裝置的計算啟動信號，受控電機(jī)軸數(shù)不同，PWM周期計數(shù)器模塊啟動時間提前于PWM比較器更新信號的時間相應(yīng)不同；受控電機(jī)軸數(shù)設(shè)定后，則PWM周期計數(shù)器模塊計算啟動時間固定。

編碼器反饋信號處理模塊，用于使用時接收受控電機(jī)M轉(zhuǎn)子的位置反饋元件的位置反饋信號，處理后輸出電機(jī)的位置反饋值Pf、速度反饋值Sf和電角度值θ，并發(fā)送給第一時序控制模塊。

AD接口模塊，用于使用時通過外接的AD芯片實現(xiàn)對受控電機(jī)M的驅(qū)動電流和功率逆變器的直流母線輸入電壓進(jìn)行采樣，并將采樣值發(fā)送給第一時序控制模塊；根據(jù)交流電機(jī)三相電流之和為0的特性，每個受控電機(jī)M只需采樣其中兩相電流值，本實施例中，采樣受控電機(jī)M線圈的U相電流值Iu、W相電流值Iw和功率逆變器直流母線電壓值Vdc； AD接口模塊的設(shè)置數(shù)量為2N+1，也即受控電機(jī)M數(shù)量的2倍加1，其中2N個AD接口模塊用于輸入N個受控電機(jī)M的2相電流；1個AD接口模塊用于輸入功率逆變器的母線電壓值Vdc。

第一時序控制模塊，用于實現(xiàn)多路電機(jī)控制計算的時序控制，PWM周期計數(shù)器模塊發(fā)送的計算啟動信號到來時，第一時序控制模塊統(tǒng)一將所有AD接口模塊發(fā)送的AD采樣值進(jìn)行鎖存，然后根據(jù)軸間復(fù)用間隔設(shè)置將每個通道的電機(jī)電流采樣值Iu和Iw、編碼器反饋的位置反饋值Pf、速度反饋值Sf和電角度值θ、功率逆變器的直流母線電壓采樣值Vdc、上位處理器經(jīng)并行總線通信模塊給定的各軸位置指令值Pc、位置前饋值Po以及各軸所需配置參數(shù)向相應(yīng)的模塊發(fā)送。

位置環(huán)計算模塊，用于實現(xiàn)電機(jī)位置閉環(huán)控制；位置環(huán)計算模塊根據(jù)第一時序控制模塊發(fā)送的位置反饋值Pf、上位處理器經(jīng)并行總線通信模塊和第一時序控制模塊給定的位置指令值Pc、位置前饋值Po以及位置環(huán)比例系數(shù)Kpp，通過比例計算得到并輸出第一速度指令值Sc1；其計算公式為式（1）：

（1）

第一濾波器組，用于對位置環(huán)計算模塊發(fā)送的第一速度指令值Sc1進(jìn)行濾波，輸出濾波后的速度指令值Sc；第一濾波器組包括級聯(lián)的若干個數(shù)字濾波器，第一濾波器組的各數(shù)字濾波器根據(jù)上位處理器給定的系數(shù)，可配置為低通、帶通或卡爾曼數(shù)字濾波器的一種或多種組合。

第二濾波器組，用于對第一時序控制模塊發(fā)送的速度反饋值Sf進(jìn)行濾波，輸出濾波后的內(nèi)部速度反饋值Sfi；第二濾波器組包括級聯(lián)的若干個數(shù)字濾波器，第二濾波器組的各數(shù)字濾波器根據(jù)上位處理器給定的系數(shù)，可配置為低通、帶通或卡爾曼數(shù)字濾波器的一種或多種組合。

速度環(huán)計算模塊，用于實現(xiàn)速度閉環(huán)控制功能；速度環(huán)計算模塊接收第一濾波器組輸出的速度指令值Sc、第二濾波器組輸出的內(nèi)部速度反饋值Sfi、上位處理器給定的速度前饋值So、速度環(huán)比例系數(shù)Kps和速度環(huán)積分系數(shù)Kis，采用式（2）得到兩相d-q同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下q相電流指令值Iqc：

（2）。

第三濾波器組，用于對速度環(huán)計算模塊發(fā)送的兩相d-q同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下q相電流指令值Iqc 進(jìn)行濾波，輸出濾波后的兩相d-q同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下q相第一電流指令值Iq1；第三濾波器組包括級聯(lián)的若干個數(shù)字濾波器，第三濾波器組的各數(shù)字濾波器根據(jù)上位處理器給定的系數(shù)，可配置為低通、帶通或卡爾曼數(shù)字濾波器的一種或多種組合。

數(shù)據(jù)調(diào)理模塊，用于將第一時序控制模塊發(fā)送的電機(jī)線圈U相電流采樣值Iu和W相電流采樣值Iw、功率逆變器直流母線電壓采樣值Vdc進(jìn)行調(diào)理運算，輸出調(diào)理后相應(yīng)的定點值Ia、Ic、Vdc1。

CLARK變換模塊，用于實現(xiàn)將數(shù)據(jù)調(diào)理模塊發(fā)送的三相a-b-c靜止坐標(biāo)系下的電流調(diào)理值Ia、Ic變換為α-β靜止坐標(biāo)系下的電流值Iα和Iβ；CLARK變換模塊所采用的變換矩陣如式（3）：

（3）

PARK變換模塊，用于實現(xiàn)將CLARK變換模塊發(fā)送的兩相α-β靜止坐標(biāo)系下的電流值Iα和Iβ相應(yīng)變換為兩相d-q同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的q相第一電流反饋值Iq和第二電流反饋值Id，PARK變換模塊采用的變換矩陣如式（4）：

（4）

其中θ為編碼器反饋信號處理模塊經(jīng)第一時序控制模塊分時產(chǎn)生的電角度值。

第一電流環(huán)計算模塊，用于將第三濾波器組輸出的兩相d-q同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下q相第一電流指令值Iq1、PARK變換模塊輸出的兩相d-q同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下q相第一電流反饋值Iq和上位處理器給定的兩相d-q同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下q相電流前饋值Iqo、電流環(huán)q相比例系數(shù)值Kpq、電流環(huán)q相積分系數(shù)值Kiq進(jìn)行比例和積分運算，輸出兩相d-q同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下q相參考電壓矢量Vq。其計算公式如式（5）：

(5)。

第二電流環(huán)計算模塊，用于將PARK變換模塊輸出的兩相d-q同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下d相電流反饋值Id和上位處理器給定的兩相d-q同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下d相電流指令值Idc、電流前饋值Ido、電流環(huán)d相比例系數(shù)值Kpd、電流環(huán)d相積分系數(shù)值Kid進(jìn)行比例和積分運算，輸出兩相d-q同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下d相參考電壓矢量Vd；其計算公式如式（6）：

（6）

反電勢補(bǔ)償模塊，用于補(bǔ)償受控電機(jī)M的反動電勢；反電動勢補(bǔ)償模塊接收第一電流環(huán)計算模塊輸出的q相參考電壓矢量Vq、第二電流環(huán)計算模塊輸出的d相參考電壓矢量Vd、第二濾波器組輸出的內(nèi)部速度反饋值Sfi；輸出補(bǔ)償后的d-q同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下參考電壓矢量Ud 和Uq；其中：

Ud=Vd；

Uq通過式（7）計算得出：

(7)；

式中，Kemf為反電動勢系數(shù)，由上位處理器給定。

交叉解耦補(bǔ)償模塊，用于實現(xiàn)對反電勢補(bǔ)償模塊輸出的d-q同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下參考電壓矢量Uq 和Ud信號進(jìn)行解耦補(bǔ)償；輸出解耦補(bǔ)償后的d-q同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下參考電壓矢量Uq1和Ud1；其中：

（8）；

式中，Ld為上位處理器給定的解耦系數(shù)，Id為PARK變換模塊輸出的第二電流反饋值， Sfi為第二濾波器組輸出的內(nèi)部速度反饋值；

（9）；

式中，Lq為上位處理器給定的解耦系數(shù)，Iq為PARK變換模塊輸出的第一電流反饋值，Sfi為第二濾波器組輸出的內(nèi)部速度反饋值。

母線電壓補(bǔ)償模塊，用于對交叉解耦補(bǔ)償模塊輸出的d-q同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的參考電壓矢量Uq1和Ud1進(jìn)行矢量輸出限幅處理，使其輸出矢量和在SVPWM輸出的六邊形內(nèi)切，母線電壓補(bǔ)償模塊輸出d-q同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的參考電壓矢量值Vq2和Vd2，Vq2和Vd2的計算公式如式（10）和式(11）：

（10）

（11）

式中， Vdc1來自于數(shù)據(jù)調(diào)理模塊的輸出。

IPARK變換模塊，用于將母線電壓補(bǔ)償模塊輸出的d-q同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的參考電壓矢量Vd2和Vq2變換為d-q兩相靜止坐標(biāo)系下的參考電壓矢量Vα和Vβ，變換矩陣為式（12）：

（12）

式中θ為編碼器反饋信號處理模塊經(jīng)第一時序控制模塊分時產(chǎn)生的電角度值。

ICLARK變換模塊，用于將IPARK變換模塊輸出的d-q兩相靜止坐標(biāo)系下的參考電壓矢量Vα和Vβ變換為x-y-z三相靜止坐標(biāo)系下的Vx、Vy和Vz，其采用的計算公式為式（13）：

（13）

其中θ為編碼器反饋信號處理模塊經(jīng)第一時序控制模塊分時產(chǎn)生的電角度值。

SVPWM模塊，用于將ICLARK變換模塊發(fā)送的x-y-z三相靜止坐標(biāo)系下的Vx、Vy和Vz進(jìn)行空間矢量脈寬調(diào)制計算，輸出PWM比較器用于調(diào)制PWM信號脈寬的矢量作用時間值Ta、Tb和Tc。SVPWM模塊的功能就是根據(jù)ipark變換輸出的α，β坐標(biāo)系下的參考電壓矢量，判斷其所在扇區(qū)，再根據(jù)平均等效值原理計算基本電壓矢量作用時間，得到矢量作用時間。

第二時序控制模塊，用于實現(xiàn)將SVPWM模塊發(fā)送的各通過計算結(jié)果進(jìn)行寄存，并發(fā)送給各自對應(yīng)通道的PWM比較器模塊，保證每一路的矢量作用時間值Ta、Tb和Tc在各自的PWM比較器更新時刻均穩(wěn)定有效。

PWM比較器模塊，用于將第二時序控制模塊發(fā)送的矢量作用時間值Ta、Tb和Tc與PWM周期計數(shù)器發(fā)送的計數(shù)值進(jìn)行比較，產(chǎn)生參考的功率逆變器上下橋開關(guān)控制信號，PWM比較器模塊的數(shù)量與受控電機(jī)M的數(shù)量相同，以保證每個電流環(huán)通道有自己專用的PWM比較器，各PWM比較器共享一個PWM周期計數(shù)器模塊，以實現(xiàn)對所有功率逆變器的同步控制。

死區(qū)插入模塊，用于根據(jù)各自通道的PWM比較器模塊發(fā)送的上下橋開關(guān)控制信號，對相應(yīng)通道的功率逆變器的上下橋切換開通時刻插入保護(hù)死區(qū)，以保證逆變器內(nèi)的驅(qū)動橋的上下橋臂不會同時處于導(dǎo)通狀態(tài)避免損害逆變器。

以上實施例和應(yīng)用例是對本實用新型的具體實施方式的說明，而非對本實用新型的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本實用新型的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變換和變化而得到相對應(yīng)的等同的技術(shù)方案，因此所有等同的技術(shù)方案均應(yīng)該歸入本實用新型的專利保護(hù)范圍。