阅读说明：本技术 一种通用多路永磁式同步交流伺服电机控制器 (Universal multi-path permanent magnet synchronous alternating current servo motor controller ) 是由 陈莎 谭志强 蒙浩 毕清磊 崔莹莹 于 2019-11-06 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种通用多路永磁式同步交流伺服电机控制器,它主要包括主控制板、电机驱动板、IGBT模块、电容、电流传感器、连接器、散热器、机箱等。本发明可以实现一台伺服电机控制器根据需要可控制一个或最多四个电机,硬件平台通用性强,电机个数选择灵活度高,且整机采用集成化、轻量化设计理念,能够满足客户对于伺服电机控制的多样化需求。(The invention relates to a universal multi-path permanent magnet type synchronous alternating current servo motor controller which mainly comprises a main control board, a motor drive board, an IGBT module, a capacitor, a current sensor, a connector, a radiator, a case and the like. The servo motor controller can control one or at most four motors according to the requirements, the hardware platform is strong in universality, the selection flexibility of the number of the motors is high, and the whole machine adopts the integrated and light-weight design concept, so that the diversified requirements of customers on the control of the servo motors can be met.)

一种通用多路永磁式同步交流伺服电机控制器

技术领域

本发明属于工业自动化设备控制领域，特别涉及一种通用多路永磁式同步交流伺服电机控制器。

背景技术

随着稀土永磁材料及电力电子和控制技术的不断发展，永磁式同步交流伺服电机以其质量轻、效率高、体积小等优势，在新能源汽车领域、工业控制领域得到了广泛应用，但是一些采用分布式驱动的新能源汽车上以及一些工业控制特殊领域会同时用到多个永磁式同步交流伺服电机作为执行器件，单个电机由单台驱动器单独控制成本较高，安装布置所需空间较大，线路布置复杂，集成化程度差，经济效益较差。

发明内容

本发明的目的就是为了解决多个永磁式同步交流伺服电机同时应用的场合单台驱动器分别驱动时控制复杂、集成度差的问题，而提供一种通用多路永磁式同步交流伺服电机控制器。

本发明所涉及的一种通用多路永磁式同步交流伺服电机控制器，包括主控制板、电机驱动板、IGBT模块、电容、电流传感器、连接器、散热器、机箱；主控制板通过CAN通信模块分别与上层控制系统和电机驱动板相连，接收外部控制信号，响应上层的控制意图，并把相应指令转发给电机驱动模块，同时汇总各个电机模块的状态信息，接受上位机的状态查询；电机驱动板在上层通过CAN通信模块接收主控制板的控制信号，在下层与IGBT模块相连，其控制板DSP芯片进行复杂的分析计算，产生PWM波用于驱动IGBT模块实现对电机的精确控制，其功率板用于提供电源并实现对电机驱动；IGBT模块上层与电机驱动板相连，下层通过电机驱动输出端连接器和高压电线直接与电机相连，接收PWM信号实现输入电压的导通和关断，从而产生所需频率的高压电；电容的两端直接连接在动力电池输入的B+和B-端，用于过滤动力电池的输入电压和IGBT模块高频开关产生的高压尖峰；电流传感器安装在电机驱动输出端三相交流高压电线上，信号反馈端直接与主控制板相连，采集电机实际电流直接反馈给主控制板，作为闭环控制的反馈输入；散热器作为IGBT的安装架，便于带走电机控制器工作过程中IGBT产生的热量；机箱用于所有硬件的安装以及冷却水路的布置，设置有进出水安装孔，便于冷却水进入散热器循环带走热量。

主控制板通过CAN通信模块接收上层控制意图，然后利用内部CAN通信下发至四个电机驱动板，电机驱动板收到指令后经内部数据处理模块运算得到对应的PWM信号，若电机工作在转速模式下则利用速度环根据目标速度查表得到对应的电流，并输出至功率模块，利用功率模块IGBT驱动电机工作，根据测速机的转速反馈至速度环实现闭环控制；若电机工作在转矩模式下，则直接通过电流环查表得到对应的电流值，经功率模块输出驱动电机工作在目标转矩下，通过电流传感器采集电机实际工作电流反馈至电流环实现闭环控制，四个电机驱动板工作原理相同，根据主控制板下发的指令执行对应动作，主控制板完成四个电机驱动板之间的协调控制和通讯管理工作，从而实现多路电机同时工作。

本发明的一种通用多路永磁式同步交流伺服电机控制器，可以实现对单路或最多四路永磁式同步交流伺服电机的同时控制，且重量不大于25kg，能够大大节省安装空间，简化控制逻辑，便于高压供电线路的布置，集成化程度较高，硬件平台通用性强，在不更换电机控制器的情况下可实现单个或多个电机灵活选择布置，降低了选用多台电机控制器的经济成本，提高了整体效益。

附图说明

图1为本发明所述的一种通用多路永磁式同步交流伺服电机控制器主回路原理图；

图2为本发明所述的一种通用多路永磁式同步交流伺服电机控制器电机驱动板原理图；

图3为本发明所述的一种通用多路永磁式同步交流伺服电机控制器软件控制流程图。

具体实施方式

下面将结合实施例中和附图,对本发明进一步说明。

实施例

本实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明所述的一种通用多路永磁式同步交流伺服电机控制器主回路原理图；图2为本发明所述的一种通用多路永磁式同步交流伺服电机控制器电机驱动板原理图；本实施例的一种通用多路永磁式同步交流伺服电机控制器包括主控制板、电机驱动板、IGBT模块、电容、电流传感器、连接器、散热器、机箱；主控制板通过CAN通信模块分别与上层控制系统和电机驱动板相连，接收外部控制信号，响应上层的控制意图，并把相应指令转发给电机驱动模块，同时汇总各个电机模块的状态信息，接受上位机的状态查询；电机驱动板在上层通过CAN通信模块接收主控制板的控制信号，在下层与IGBT模块相连，其控制板DSP芯片进行复杂的分析计算，产生PWM波用于驱动IGBT模块实现对电机的精确控制，其功率板用于提供电源并实现对电机驱动；IGBT模块上层与电机驱动板相连，下层通过电机驱动输出端连接器和高压电线直接与电机相连，接收PWM信号实现输入电压的导通和关断，从而产生所需频率的高压电；电容的两端直接连接在动力电池输入的B+和B-端，用于过滤动力电池的输入电压和IGBT模块高频开关产生的高压尖峰；电流传感器安装在电机驱动输出端三相交流高压电线上，信号反馈端直接与主控制板相连，采集电机实际电流直接反馈给主控制板，作为闭环控制的反馈输入；散热器作为IGBT的安装架，便于带走电机控制器工作过程中IGBT产生的热量；机箱用于所有硬件的安装以及冷却水路的布置，设置有进出水安装孔，便于冷却水进入散热器循环带走热量。

所述电机驱动板，用于通过CAN通信模块接收主控制板的控制指令，DSP芯片经过复杂的分析计算后输出PWM信号，智能功率模块利用输入的高压直流电再通过三相正弦PWM电压型逆变器变频来驱动三相永磁式同步交流伺服电机；

所述IGBT模块，用于接收电机驱动板输出的控制电压，通过导通和关断实现输出所需频率的交流电；

所述电容，用于母线输入电压的平滑滤波以及吸收IGBT高频通断产生的电压尖峰；

所述电流传感器，用于将电机的实际输出电流反馈给电机控制板，进行电流环的闭环控制；

所述连接器，用于连接直流高压母线和电机驱动输出端高压线；

所述散热器，用于带走电机控制器工作过程中IGBT模块产生的热量；

所述机箱，用于安装电机控制器硬件所有器件以及屏蔽外界电磁干扰。

进一步地，所述电机驱动板采用TI公司的TMS320C2000TM数字信号控制器(DSC)系列的28335型号DSP芯片，是一款具备浮点运算能力的32位控制芯片。

进一步地，所述IGBT功率模块每路电机驱动使用三个450A英飞凌EUPEC增强型半桥模块，型号为FF450R12ME4。该模块采用英飞凌***IGBT技术，具有低导通电压、开关速度快、低封装电感等特点，内置NTC温度传感器，可以独立监控每个模块的内部温度。IGBT模块的上、下臂均采用ACPL-332J光耦完成驱动和过流保护，同一桥臂的驱动信号互锁，避免同臂导通。

进一步地，所述母线支撑电容选用三个国产EACO薄膜电容，型号为SHP-900-1000-FS，单个容量1000μF，耐压900V。母线支撑薄膜电容具有内阻低、纹波电流大、可靠性高、长使用寿命等特点。

进一步地，所述吸收电容选用国产EACO无感高频吸收电容，型号为STM-1200-2.0-P，峰值电流达到1000A，可以有效吸收功率主回路IGBT在高频开通或关断时产生电压尖峰。

进一步地，所述直流高压母线连接器和电机驱动输出端连接器的额定工作电流可达250A，最大电流400A，工作电压1000V，满足IP67的防护等级。

图3为本发明所述的一种通用多路永磁式同步交流伺服电机控制器软件控制流程图，如图3所示，主控制板通过CAN通信模块接收上层控制意图，然后利用内部CAN通信下发至四个电机驱动板，电机驱动板收到指令后经内部数据处理模块运算得到对应的PWM信号，若电机工作在转速模式下则利用速度环根据目标速度查表得到对应的电流，并输出至功率模块，利用功率模块IGBT驱动电机工作，根据测速机的转速反馈至速度环实现闭环控制；若电机工作在转矩模式下，则直接通过电流环查表得到对应的电流值，经功率模块输出驱动电机工作在目标转矩下，通过电流传感器采集电机实际工作电流反馈至电流环实现闭环控制，四个电机驱动板工作原理相同，根据主控制板下发的指令执行对应动作，主控制板完成四个电机驱动板之间的协调控制和通讯管理工作，从而实现多路电机同时工作。