基于fpga的bldc電機(jī)電流控制中事件驅(qū)動(dòng)方法及電動(dòng)機(jī)控制器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及無(wú)刷直流電機(jī)設(shè)計(jì)與應(yīng)用技術(shù)，尤其設(shè)及一種基于FPGA的BLDC電機(jī) 電流控制中事件驅(qū)動(dòng)方法，更設(shè)及一種實(shí)現(xiàn)該方法的電動(dòng)機(jī)控制器。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于系統(tǒng)的高動(dòng)力學(xué)和復(fù)雜性，在過(guò)去的幾年中現(xiàn)場(chǎng)可編程口陣列（FPGA)在機(jī)電 系統(tǒng)領(lǐng)域內(nèi)被越來(lái)越多地使用。FPGA因其周期短和并行運(yùn)行的工藝給機(jī)電一體化系統(tǒng)的 控制和保護(hù)帶來(lái)了一種新的方法。
[0003]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于FPGA的BLDC電機(jī)電流控 制中事件驅(qū)動(dòng)方法及實(shí)現(xiàn)該方法的電動(dòng)機(jī)控制器，有效解決上述技術(shù)問(wèn)題。
[0005] 為有效解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下： 基于FPGA的BLDC電機(jī)電流控制中事件驅(qū)動(dòng)方法，該方法包括W下步驟： (1) 任務(wù)調(diào)度和行動(dòng)規(guī)劃：設(shè)置控制監(jiān)視器，F(xiàn)SM定義狀態(tài)轉(zhuǎn)換之間所有可能的方向?qū)?現(xiàn)導(dǎo)向，并同時(shí)通過(guò)控制監(jiān)視器與用戶進(jìn)行通信； (2) 運(yùn)動(dòng)控制；設(shè)置電力驅(qū)動(dòng)裝置執(zhí)行機(jī)電系統(tǒng)的目標(biāo)動(dòng)作； (3) BLDC電機(jī)控制；設(shè)置=相逆變器匹配控制使用連續(xù)和不連續(xù)信號(hào)組合的BLDC電 機(jī)； (4) 接口；基于=相逆變器設(shè)置接口，在每條支路設(shè)置兩個(gè)由電壓矢量的分量控制的交 替使能開關(guān)； (5) 數(shù)據(jù)加密算法：設(shè)定邏輯口的滯環(huán)電流控制器，將算法用于確定電壓扇區(qū)，然后電 壓扇區(qū)則被用來(lái)定義合適的輸出矢量。
[0006] 特別的，所述步驟（1)還包括W下步驟： (1-1)電流幅值、電機(jī)轉(zhuǎn)速、直流母線電壓和限位開關(guān)由控制監(jiān)視器來(lái)監(jiān)視，控制監(jiān)視 器在任何一個(gè)測(cè)量值處于臨界時(shí)，有效處理參數(shù)值和參考值；如果系統(tǒng)過(guò)載，控制監(jiān)視器立 即啟動(dòng)保護(hù)程序來(lái)保護(hù)系統(tǒng)，保護(hù)算法從參數(shù)值和參考值的修改開始，如果修改參數(shù)值和 參考值后未能解決問(wèn)題，那么控制監(jiān)視器將立即初始化逆變器； (1-2)導(dǎo)向功能決定機(jī)電一體化系統(tǒng)的運(yùn)行模式，其中=個(gè)模式包括準(zhǔn)備，運(yùn)行及錯(cuò) 誤，該=個(gè)模式是監(jiān)視功能的離散狀態(tài)，其中， 開始；初始化模式被激活，系統(tǒng)初始化完成之后，主開關(guān)接通，狀態(tài)改變?yōu)闇?zhǔn)備； 運(yùn)行；允許所有變化的參數(shù)值與參考值進(jìn)行改變，在準(zhǔn)備，運(yùn)行，停止該=種狀態(tài)中不 間斷的監(jiān)測(cè)相電流，逆變器電壓，限位開關(guān)和轉(zhuǎn)子速度； 錯(cuò)誤；若上述相電流，逆變器電壓，限位開關(guān)和轉(zhuǎn)子速度值中任一值超出允許范圍，進(jìn) 入警告模式，進(jìn)入重置狀態(tài)、準(zhǔn)備狀態(tài)或錯(cuò)誤狀態(tài)。
[0007] 特別的，所述步驟（2)還包括W下步驟： 設(shè)置電力驅(qū)動(dòng)裝置執(zhí)行機(jī)電系統(tǒng)的目標(biāo)動(dòng)作，根據(jù)最大速度、力及其外部條件來(lái)確定 是否被選擇使用，所述驅(qū)動(dòng)裝置由附加增量式編碼器的BLDC電機(jī)和傳動(dòng)裝置組成，且該驅(qū) 動(dòng)裝置=個(gè)部位的開關(guān)分別為；基準(zhǔn)開關(guān)和兩個(gè)限位開關(guān)。
[0008] 特別的，所述步驟（3)還包括W下步驟： 設(shè)置=相逆變器匹配控制使用連續(xù)和不連續(xù)信號(hào)組合的BLDC電機(jī)，電流、電壓、轉(zhuǎn)速、 位置和溫度的測(cè)量信號(hào)是連續(xù)的，而停止開關(guān)，限位開關(guān)和=相逆變器中的開關(guān)測(cè)量信號(hào) 是不連續(xù)的；通過(guò)檢測(cè)S相電機(jī)電流來(lái)估算軸轉(zhuǎn)矩，將電機(jī)看做是S相逆變器的組合，則無(wú) 刷直流電機(jī)（BLDC)的電流方程為；
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于FPGA的BLDC電機(jī)電流控制中事件驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于，該方法包括以下步 驟： (1) 任務(wù)調(diào)度和行動(dòng)規(guī)劃：設(shè)置控制監(jiān)視器，F(xiàn)SM定義狀態(tài)轉(zhuǎn)換之間所有可能的方向?qū)?現(xiàn)導(dǎo)向，并同時(shí)通過(guò)控制監(jiān)視器與用戶進(jìn)行通信； (2) 運(yùn)動(dòng)控制：設(shè)置電力驅(qū)動(dòng)裝置執(zhí)行機(jī)電系統(tǒng)的目標(biāo)動(dòng)作； (3) BLDC電機(jī)控制：設(shè)置三相逆變器匹配控制使用連續(xù)和不連續(xù)信號(hào)組合的BLDC電 機(jī)； (4) 接口：基于三相逆變器設(shè)置接口，在每條支路設(shè)置兩個(gè)由電壓矢量的分量控制的交 替使能開關(guān)； (5) 數(shù)據(jù)加密算法：設(shè)定邏輯門的滯環(huán)電流控制器，將算法用于確定電壓扇區(qū)，然后電 壓扇區(qū)則被用來(lái)定義合適的輸出矢量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FPGA的BLDC電機(jī)電流控制中事件驅(qū)動(dòng)方法，其特征在 于，所述步驟（1)還包括以下步驟： (1-1)電流幅值、電機(jī)轉(zhuǎn)速、直流母線電壓和限位開關(guān)由控制監(jiān)視器來(lái)監(jiān)視，控制監(jiān)視 器在任何一個(gè)測(cè)量值處于臨界時(shí)，有效處理參數(shù)值和參考值；如果系統(tǒng)過(guò)載，控制監(jiān)視器立 即啟動(dòng)保護(hù)程序來(lái)保護(hù)系統(tǒng)，保護(hù)算法從參數(shù)值和參考值的修改開始，如果修改參數(shù)值和 參考值后未能解決問(wèn)題，那么控制監(jiān)視器將立即初始化逆變器； (1-2)導(dǎo)向功能決定機(jī)電一體化系統(tǒng)的運(yùn)行模式，其中三個(gè)模式包括準(zhǔn)備，運(yùn)行及錯(cuò) 誤，該三個(gè)模式是監(jiān)視功能的離散狀態(tài)，其中， 開始：初始化模式被激活，系統(tǒng)初始化完成之后，主開關(guān)接通，狀態(tài)改變?yōu)闇?zhǔn)備； 運(yùn)行：允許所有變化的參數(shù)值與參考值進(jìn)行改變，在準(zhǔn)備，運(yùn)行，停止這三種狀態(tài)中不 間斷的監(jiān)測(cè)相電流，逆變器電壓，限位開關(guān)和轉(zhuǎn)子速度； 錯(cuò)誤：若上述相電流，逆變器電壓，限位開關(guān)和轉(zhuǎn)子速度值中任一值超出允許范圍，進(jìn) 入警告模式，進(jìn)入重置狀態(tài)、準(zhǔn)備狀態(tài)或錯(cuò)誤狀態(tài)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FPGA的BLDC電機(jī)電流控制中事件驅(qū)動(dòng)方法，其特征在 于，所述步驟（2)還包括以下步驟： 設(shè)置電力驅(qū)動(dòng)裝置執(zhí)行機(jī)電系統(tǒng)的目標(biāo)動(dòng)作，根據(jù)最大速度、力及其外部條件來(lái)確定 是否被選擇使用，所述驅(qū)動(dòng)裝置由附加增量式編碼器的BLDC電機(jī)和傳動(dòng)裝置組成，且該驅(qū) 動(dòng)裝置三個(gè)部位的開關(guān)分別為：基準(zhǔn)開關(guān)和兩個(gè)限位開關(guān)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FPGA的BLDC電機(jī)電流控制中事件驅(qū)動(dòng)方法，其特征在 于，所述步驟（3)還包括以下步驟： 設(shè)置三相逆變器匹配控制使用連續(xù)和不連續(xù)信號(hào)組合的BLDC電機(jī)，電流、電壓、轉(zhuǎn)速、 位置和溫度等測(cè)量信號(hào)是連續(xù)的，而停止開關(guān)，限位開關(guān)和三相逆變器中的開關(guān)測(cè)量信號(hào) 是不連續(xù)的；通過(guò)檢測(cè)三相電機(jī)電流來(lái)估算軸轉(zhuǎn)矩，將電機(jī)看做是三相逆變器的組合，則無(wú) 刷直流電機(jī)（BLDC)的電流方程為：
其中^表示三相電流中的相電流，1?是相電壓，％是電動(dòng)勢(shì)，盡是電阻，夂為電機(jī)繞組的 電感；BLDC電機(jī)的電流控制跟蹤三相電流基準(zhǔn)信號(hào)，電流控制誤差定義為? ;然后 上述方程便可以根據(jù)誤差動(dòng)力學(xué)改寫為下式：
電流信號(hào)轉(zhuǎn)速》，和電動(dòng)勢(shì)4是連續(xù)的，相電壓^^ (GJ是不連續(xù)的，其是電壓型逆 變器（VSI)的開關(guān)狀態(tài)組合的結(jié)果。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FPGA的BLDC電機(jī)電流控制中事件驅(qū)動(dòng)方法，其特征在 于，所述步驟（4)還包括以下步驟： 通過(guò)考慮定子電壓的空間矢量表示法，該電壓是一個(gè)圍繞其原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的矢量，三相逆 變器的六個(gè)變化電壓矢量表不有源輸出電壓矢量。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FPGA的BLDC電機(jī)電流控制中事件驅(qū)動(dòng)方法，其特征在 于，所述步驟（5)還包括以下步驟： 確定電壓扇區(qū)，然后電壓扇區(qū)則被用來(lái)定義合適的輸出矢量，電壓扇區(qū)根據(jù)定子電壓 值得出，在電壓源變換器中，對(duì)應(yīng)于輸出電壓矢量的值，變化的矢量經(jīng)過(guò)二階鎖相環(huán)濾波器 PLL濾波后，便被用來(lái)選擇電壓扇區(qū)，所述電壓扇區(qū)作為條件，電流誤差信號(hào)作為事件，然后 用狀態(tài)轉(zhuǎn)換表來(lái)定義一個(gè)新的輸出矢量。
7. 實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的電動(dòng)機(jī)控制器，其特征在于，包括交互連接的驅(qū)動(dòng)模塊、 電流控制器、速度控制器及控制監(jiān)視器，其中，所述驅(qū)動(dòng)模塊由模數(shù)轉(zhuǎn)換及數(shù)模轉(zhuǎn)換的管理 模塊連接速度位置測(cè)量模塊和串行模塊組成，所述電流控制器包含一個(gè)附加FSM的經(jīng)典滯 環(huán)電流控制器及一個(gè)二階鎖相濾波器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電動(dòng)機(jī)控制器，其特征在于，包括一控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包 括多個(gè)單一模塊，其在VHDL中由數(shù)據(jù)通路和控制單元編碼組成，數(shù)據(jù)通路由加法器、乘法 器、多路復(fù)用器和寄存器組成，所述控制監(jiān)視器之間的數(shù)據(jù)傳輸通過(guò)由時(shí)鐘信號(hào)同步的控 制單元進(jìn)行管理。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于FPGA的BLDC電機(jī)電流控制中事件驅(qū)動(dòng)方法，通過(guò)圖形用戶界面（GUI）升級(jí)后的機(jī)電一體化系統(tǒng)的事件驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是安全性及穩(wěn)健性，實(shí)效性和用戶友好性。機(jī)電一體化系統(tǒng)可以滿足不同的控制要求，包括對(duì)電機(jī)的速度和位置的控制，附加的外部信號(hào)則根據(jù)不同的控制要求而被選擇使用。三相無(wú)刷直流（BLDC）電機(jī)主要用于那些要求高效率，良好的動(dòng)力，低維修率，以及很寬轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩范圍的驅(qū)動(dòng)器。三相逆變器的輸出電壓幅值和相位設(shè)置為與電機(jī)三相電壓參數(shù)相同,本發(fā)明還公開一種實(shí)現(xiàn)該方法的電動(dòng)機(jī)控制器。
【IPC分類】H02P6-00, H02P6-08
【公開號(hào)】CN104716872
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410790137
【發(fā)明人】陳智斌
【申請(qǐng)人】永州市億達(dá)自動(dòng)化機(jī)械有限公司
【公開日】2015年6月17日
【申請(qǐng)日】2014年12月19日