一种永磁同步电机驱动方法及电路的制作方法
【专利说明】
【技术领域】
[0001 ]本发明属于电机自动控制技术领域，涉及一种永磁同步电机驱动方法及电路。【【背景技术】】
[0002]在室内空间测量定位系统中采用正弦波永磁同步电机驱动光学机电转子提供时差测量，其中电机转速稳定性为该系统的关键技术指标。
[0003]现有正弦波永磁同步电机存在以下问题:
[0004]1)现有正弦波永磁同步电机采用PWM驱动控制技术，由于PWM控制具有较高的开关频率，使得电机的电流产生基波之外的高次谐波变化，从而引起电机转子的转矩脉动现象，直接影响电机转速稳定性；
[0005]2)现有自控式正弦波永磁同步电机主要针对自动控制系统而设计，其所用编码器在360°机械角只有一个零位脉冲，在一整周内不能消除刻线积累误差，导致控制随之产生偏差，影响电机转速稳定性；
[0006]3)现有正弦波永磁同步电机通常采用PID控制策略，其主要针对自动控制系统的快速响应而设计，而在稳速控制系统中PID控制存在明显不足，在传统PID控制下，电机稳定性会出现时漂现象，在短时内出现比较明显的控制滞后现象。
[0007]电机稳速控制遇到技术瓶颈，因此，需要新的驱动控制方法及新的驱动电路消除或抑制以上问题，进而提高电机转速稳定性。
【
【发明内容】
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[0008]本发明目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种永磁同步电机驱动方法及电路，以消除传统PWM型电机驱动器的谐波干扰，有效降低编码器积累误差，并消除传统PID控制缺陷。
[0009]本发明是通过以下技术方案来实现:
[0010]—种永磁同步电机驱动电路，由驱动控制模块、电流检测模块、功率驱动模块及磁极位置检测模块组成;驱动控制模块包含了速度解算单元、速度控制单元、电流控制单元、解耦变化单元和正弦波控制单元；电流检测模块包括电流检测电路、信号调理电路和模数转换电路组成;磁极位置检测模块包括磁极位置检测传感器和信号调理电路;驱动控制模块发出驱动电压信号，经功率驱动模块输入电机、电流检测模块检测输入电机的电流，并将电流信号反馈给驱动控制模块进行比较控制，形成电流环控制回路;磁极位置检测传感器将电机磁极位置信号送入驱动控制模块进行磁极位置及转子转速解算，形成速度反馈控制回路。
[0011]进一步，所述功率驱动模块包括数模转换电路、隔离电路和功率放大电路。
[0012]进一步，所述磁极位置检测传感器采用多零位编码器，多零位编码器设置有η个参考零位，η>1。
[0013]进一步，所述多零位编码器的整个内圆周上精确均布η个零位刻线，内圈刻线个数η小于外圈刻线个数N，内圈刻线精度于外圈刻线精度。
[0014]一种永磁同步电机驱动方法，永磁同步电机稳速控制通过PLL和PID双模控制，在升速、减速过程中采用PID控制模式，电机转速进入稳速状态后切换至PLL控制模式；
[0015]升速、减速过程中速度环控制处于经典PI控制模式，由标准转速和磁极位置检测传感器获取的实际检测转速的差值作为PI控制的输入，转速差经在驱动控制模块中经比例和积分作用后，其输出作为电流环输入，使电机转速逼近到标准转速附近；
[0016]当转速差小于某一阈值后，速度环控制切换为PLL软件锁相环模式，PLL锁相模式产生三种误差信号:速度误差、速度积分误差和速度重积分误差，将三者相加后经低通滤波器滤波，作为电流环的给定输入，在PLL锁相模式下实现高精度的电机转速控制。
[0017]进一步，所述功率驱动模块包括数模转换电路、隔离电路和功率放大电路，驱动电压采用模拟正弦波驱动。
[0018]进一步，所述磁极位置检测传感器采用多零位编码器，多零位编码器设置有η个参考零位，η>1;在电机磁极的一个360°机械角进行多次磁极位置测量，进行多次精确控制。
[0019]本发明的永磁同步电机驱动方法及电路，通过PLL和PID双模控制消除传统PID控制电机稳定性会出现时漂现象导致的控制滞后现象，进而提高电机转速稳定性。
[0020]进一步，所述功率驱动模块包括数模转换电路、隔离电路和功率放大电路，采用模拟正弦波驱动技术，通过功率放大电路代替PWM波产生模块，避免了谐波的产生，消除传统PWM型电机驱动器的谐波干扰，消除驱动电流产生高次谐波脉动，抑制编码器测量误差。
[0021]进一步，磁极位置检测传感器采用多零位编码器，在电机磁极的一个360°机械角进行多次磁极位置测量，进行多次精确控制，有效降低编码器积累误差;提高控制稳定度，同时降低了对编码器的总体要求。
[0022]本发明可打破外国价格垄断和技术封锁，获取自主产权，提高相应测量设备的测量精度，可广泛应用于有高稳定性转速要求的仪器仪表行业。
【【附图说明】】
[0023]图1是本发明永磁同步电机驱动控制电路组成图；
[0024]图2是本发明永磁同步电机驱动控制原理框图；
[0025]图3a是传统PWM型驱动示意图；
[0026]图3b是本发明模拟正弦波驱动示意图；
[0027]图4是本发明模拟正弦波驱动电路原理框图；
[0028]图5a是现有编码器型式示意图；
[0029]图5b是本发明编码器型式示意图；
[0030]图6是本发明的双模控制器结构示意图。
【【具体实施方式】】
[0031 ]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0032]本发明的永磁同步电机驱动电路采用三相模拟正弦波驱动技术，并采用多零位编码器反馈和PLL稳速控制的永磁同步电机驱动器。它是由驱动控制模块、电流检测模块、功率驱动模块及磁极位置检测模块4个部分组成，见附图1。
[0033]驱动控制模块包含了速度解算单元、速度控制单元、电流控制单元、解耦变化单元和正弦波控制单元；电流检测模块主要由电流检测电路、信号调理电路和模数转换电路组成;功率驱动模块是由数模转换电路、隔离电路和功率放大电路组成;磁极位置检测模块包括位置检测传感器和信号调理电路两部分组成。
[0034]其工作原理是，驱动控制模块发出驱动电压信号，经功率驱动模块输入电机、电流检测模块检测输入电机的电流，并将电流信号反馈给驱动控制模块进行比较控制，从而形成电流环控制回路。电机在通入电流后产生旋转磁场，旋转磁场拖动永磁体转子旋转，同时磁极位置检测传感器开始工作，位置检测传感器将磁极位置信号送入驱动控制模块进行磁极位置及转子转速解算，形成速度反馈控制回路，如图2所示。
[0035]稳速控制通过PLL和PID双模控制算法完成。