阅读说明：本技术 一种应用于电机的控制器系统 (Controller system applied to motor ) 是由 刘贵如 刘志军 王陆林 刘华玉 刘进 茆星宇 郑崇斌 陈其宇 张慧雅 金成� 于 2020-12-31 设计创作，主要内容包括：本发明揭示了一种应用于电机的控制器系统,系统设有用于处理故障和控制算法的处理器,以及用于识别故障的CPLD/FPGA,所述CPLD/FPGA通过传输总线连接处理器并将位置信号输送至处理器,所述CPLD/FPGA通过硬线连接处理器并接收处理器发出的Task信号,所述CPLD/FPGA识别处理器Task信号是否存在死机现象,若存在则CPLD/FPGA对处理器进行故障关波处理。本发明利用CPLD的硬件快速处理特性,能快速识别故障和处理故障,并且CPLD和处理器能相互检测对方的死机状态,CPLD可以检测处理器的每一个处理任务,此外CPLD能实时快速得到电机的位置信号,省去旋变芯片,能有效降底电机控制器成本。(The invention discloses a controller system applied to a motor, which is provided with a processor for processing faults and a control algorithm and a CPLD/FPGA for identifying the faults, wherein the CPLD/FPGA is connected with the processor through a transmission bus and transmits a position signal to the processor, the CPLD/FPGA is connected with the processor through a hard wire and receives a Task signal sent by the processor, the CPLD/FPGA identifies whether the Task signal of the processor has a dead halt phenomenon or not, and if the Task signal of the processor has the dead halt phenomenon, the CPLD/FPGA carries out fault wave-closing processing on the processor. The invention utilizes the hardware rapid processing characteristic of the CPLD, can rapidly identify and process faults, and the CPLD and the processor can mutually detect the dead halt state of the other side, the CPLD can detect each processing task of the processor, and in addition, the CPLD can rapidly obtain the position signal of the motor in real time, thereby saving a rotary transformer chip and effectively reducing the cost of the motor controller.)

一种应用于电机的控制器系统

技术领域

本发明涉及电机控制领域，尤其涉及永磁同步电机、异步电机、直流电机等电机的控制系统。

背景技术

目前有位置传感器的电机控制器系统中，主由是处理器用外围解码芯片来进行电机定子位置的测量。由复杂的外围电路来进行故障识别和故障诊断，诊断结果交由处理器来进行关波或限流等策略处理。

以上传统的处理方式主要有以下几方面的缺点。

1、故障处理必需经过故障识别电路，由故障识别电路传送给处理器，处理器经过故障识别进行故障策略处理。但由于软件的识别和执行周期过长，过流过压等故障处理周期过长很容易造成IGBT和滤波电容的损毁；

2、处理器只能由看门狗进行简单的死机识别，处理器无法判断自身的每个执行任务的死机状态；

3、电机控制器必需经过旋变解码芯片来获取电机的位置信号。旋变解码芯片的成本高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是实现一种能够提升电机工作可靠性，降低电机成本的电机控制系统。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种应用于电机的控制器系统，系统设有用于处理故障和控制算法的处理器，以及用于识别故障的CPLD/FPGA，所述CPLD/FPGA通过传输总线连接处理器并将位置信号输送至处理器，所述CPLD/FPGA通过硬线连接处理器并接收处理器发出的Task信号，所述CPLD/FPGA识别处理器Task信号是否存在死机现象，若存在则CPLD/FPGA对处理器进行故障关波处理。

所述CPLD/FPGA通过滤波和驱动电路连接旋转变压器。

所述处理器发出的PWM1-6驱动信号经由CPLD/FPGA发送给IGBT驱动电路，所述IGBT驱动电路根据PWM1-6驱动信号驱动IGBT工作，所述IGBT驱动电路通过识别IGBT的开关断状态并识别是否存在桥臂故障，若存在则将IGBT驱动电路将桥臂故障信号输送至CPLD/FPGA并由CPLD/FPGA进行故障处理。

所述CPLD/FPGA进行旋变正弦波信号的激励产生和SIN/COS信号的解析，所述CPLD/FPGA根据SIN/COS信号判断旋变故障信号。系统通过电流传感器采集电流信号并输送至过流比较电路，所述过流比较电路在电流参数异常时输出故障电平至CPLD/FPGA并由CPLD/FPGA进行故障处理。

系统通过分压电阻采集电压信号并输送至过压比较电路，所述过压比较电路在电压参数异常时输出故障电平至CPLD/FPGA并由CPLD/FPGA进行故障处理。

所述CPLD/FPGA处理故障时：

当故障为转速小于反电动势损毁直流电容阀值时，直接进行PWM1-6信号的关波处理；

当故障为转速大于反电动势损毁直流电容阀值时，若为上桥臂发生故障则输出三项下桥的短路，若为下桥臂故障则输出三项上桥短路，若上下桥臂均故障则不作处理。

本发明利用CPLD的硬件快速处理特性，能快速识别故障和处理故障，并且CPLD和处理器能相互检测对方的死机状态，CPLD可以检测处理器的每一个处理任务，此外CPLD能实时快速得到电机的位置信号，省去旋变芯片，能有效降底电机控制器成本。

附图说明

下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容作简要说明：

图1为应用于电机的控制器系统原理图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图1所示应用于电机的控制器系统包括处理器、CPLD/FPGA、IGBT驱动电路、IGBT、过流比较电路、过压比较电路、死机识别、滤波和驱动电路、旋转变压器。

处理器可以是单片机或DSP等，主要功能为故障和控制算法处理，CPLD/FPGA为硬件可编程逻辑器件，主要用于故障识别和重大故障时的直接关波和三项电机短路处理。三项电机短路主要是防止在发生故障时反电动势过高而烧坏直流电容，同时，CPLD/FPGA还进行旋变正弦波信号的激励产生和SIN/COS信号(旋变反馈的正余弦信号)的解析。经过传输总线由CPLD/FPGA传输位置信号给处理器。传输总线可以是并口传输也可以是串口传输。同时CPLD/FPGA可以通过SIN/COS信号判断旋变故障信号。

旋转变压器用来测量电机位置，通过滤波和驱动电路连接CPLD/FPGA。CPLD/FPAG与处理器通过硬线信号进行交互，CPLD/FPGA检测处理器的每一个处理Task(处理器处理任务)，如果Task发生死机现象发生时，进行故障关波处理。

处理器所发出的PWM1-6驱动信号(PWM6路驱动信号)经由CPLD/FPGA发送给IGBT驱动电路进行驱动IGBT，在故障发生后，CPLD/FPGA无需经过处理器的软件识别即可进行硬件识别与关断。

过流比较电路主要是识别电流传感器采集到的电流信号，通过过流比较电路，进行与阀值电流进行比较，如果超过阀值电流时(过流即电流即将超过损毁阀值)，输出为故障电平，从而CPLD/FPGA可以进行流故障处理。

过压比较电路主要是识别电压分压电阻采集到的电压信号，通过过压比较电路，进行与阀值电压进行比较，如果超过阀值电压时(过压即电压即将越过损毁阀值)，输出为故障电平，从而CPLD/FPGA可以进行压压故障处理。

在IGBT驱动电路驱动的过程中，IGBT驱动电路通过识别IGBT的开关断状态，可以识别上下桥臂(IGBT驱动上桥/下桥)的故障状态输出给CPLD/FPGA.进行故障处理。

本发明CPLD/FPGA故障处理方法：如果发生过流、过压、桥臂故障、旋变等故障时，当转速小于反电动势损毁直流电容阀值时，直接进行PWM1-6信号的关波处理。当转速大于反电动势损毁直流电容阀值时，如果上桥臂发生故障，则输出三项下桥的短路。如果下桥臂故障时，则输出三项上桥短路，如果上下桥臂都为故障，则不作处理。其中三项短路指上桥或下桥短路，指的是电机的三项线圈强制短路。

电机控制器由于处理器软件处理故障的速度较慢，无法快速的进行故障识别和故障处理，在实际应用中经常发生IGBT和直流滤波电容经常烧毁现象发生。采用CPLD/FPGA针对电机控制器在工作时发生的过流/过压/上下桥臂故障等至命故障发生时，能够快速的进行关波和三项短路等策略响应。从而提高电机控制器的软硬件质量。

但是由于CPLD/FPGA的硬件快速响应性，本发明中的CPLD/FPGA集成旋变解码功能，通过产生一路正弦波信号用于驱动，识别两路反馈到CPLD/FPGA的SIN/COS信号，CPLD/FPGA通过解码得到电机的位置信号，能有效的降低电机控制器的成本。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。