一種電動車用電機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電動車用電機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]三相異步電動機(jī)在進(jìn)行轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制時，由于同步轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速在不同工況下的差值是不一樣的，同時在進(jìn)行轉(zhuǎn)速閉環(huán)時，將給定轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的差值作為跟蹤控制對象，而給定轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速之間的大小關(guān)系也不確定。
[0003]隨著數(shù)字控制技術(shù)、功率器件和微電子技術(shù)的發(fā)展，交流調(diào)速系統(tǒng)已應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。特別是具有恒功率調(diào)速能力，可在一定速度范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行的交流調(diào)速系統(tǒng)，在主軸驅(qū)動、電力牽引和電動車等領(lǐng)域占據(jù)重要地位。
[0004]異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速范圍寬，在高速和低速時效率高，轉(zhuǎn)速開環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)可以滿足平滑調(diào)速的要求，但靜、動態(tài)性能都有限，要提高靜、動態(tài)性能，首先要用轉(zhuǎn)速反饋閉環(huán)控制。轉(zhuǎn)速閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性比開環(huán)系統(tǒng)強(qiáng)，且采用合適的控制技術(shù)后，在整個調(diào)速范圍內(nèi)能夠獲得較好的動態(tài)性能。
[0005]異步電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之間的相對關(guān)系不一樣時，其工作狀態(tài)也不一樣，當(dāng)同步轉(zhuǎn)速高于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速時，異步電機(jī)工作在電動狀態(tài)，當(dāng)同步轉(zhuǎn)速低于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速時異步電機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)。工作在電動狀態(tài)時，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速永遠(yuǎn)低于同步轉(zhuǎn)速，并且在不同工況下轉(zhuǎn)差率時不一樣的，轉(zhuǎn)差率的設(shè)定與給定轉(zhuǎn)速、實際轉(zhuǎn)速和同步轉(zhuǎn)速有關(guān)，給定轉(zhuǎn)速過低，穩(wěn)定運(yùn)行時電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速過低，轉(zhuǎn)差率大，影響當(dāng)前同步轉(zhuǎn)速的最大扭矩，給定轉(zhuǎn)速過高，那么在當(dāng)前工況下轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速永遠(yuǎn)無法達(dá)到給定轉(zhuǎn)速，造成在當(dāng)前工況下定子電壓大，電流大，電機(jī)的效率低，因此根據(jù)電機(jī)工況來計算和給定當(dāng)前電機(jī)的給定轉(zhuǎn)速和同步轉(zhuǎn)速不僅關(guān)系到電機(jī)的工作狀態(tài)，而且還影響其動態(tài)和靜態(tài)穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]基于以上原因，本實用新型提出了一種結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單、合理，運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，抗干擾性強(qiáng)，動態(tài)響應(yīng)速度快，能夠滿足電機(jī)速度閉環(huán)控制要求的電動車用電機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)。
[0007]本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0008]上述的電動車用電機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)速檢測單元、同步轉(zhuǎn)速計算單元、給定轉(zhuǎn)速計算單元、給定轉(zhuǎn)速補(bǔ)償單元、速度閉環(huán)控制準(zhǔn)入單元以及扭矩調(diào)節(jié)單元；所述的轉(zhuǎn)速檢測單元、同步轉(zhuǎn)速計算單元和給定轉(zhuǎn)速計算單元集成為一體，所述同步轉(zhuǎn)速計算單元的兩端分別連接所述的轉(zhuǎn)速檢測單元和同步轉(zhuǎn)速計算單元；所述轉(zhuǎn)速檢測單元用于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的檢測并濾波，包括有轉(zhuǎn)速信號預(yù)處理電路，所述轉(zhuǎn)速信號預(yù)處理電路是由電阻R1~R8、電容C1~C6、共模抑制電感T、電壓比較器Ql、光電耦合器Ul和施密特觸發(fā)器U2連接組成；所述同步轉(zhuǎn)速計算單元是由電阻R9~R17、瞬態(tài)抑制二極管TVS1、運(yùn)算放大器Q2和Q3、電容C7~C9以及接線端子Jl連接組成；所述接線端子Jl具有引腳TIAOl、引腳VIN和引腳KI ;所述給定轉(zhuǎn)速補(bǔ)償單元一端連接于所述速度閉環(huán)控制準(zhǔn)入單元，另一端連接于所述轉(zhuǎn)速檢測單元、同步轉(zhuǎn)速計算單元和給定轉(zhuǎn)速計算單元的集成體；所述速度閉環(huán)控制準(zhǔn)入單元一端連接于所述扭矩調(diào)節(jié)單元。
[0009]所述的電動車用電機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)，其中:所述電阻Rl —端連接+12V電源，另一端通過所述電阻R2連接所述共模抑制電感T其中一個輸入端，所述電阻Rl與R2的連接點還連接有端子BMB并通過所述端子BMB連接在電機(jī)的正交編碼器的轉(zhuǎn)速脈沖輸出端；所述電容Cl并聯(lián)于所述共模抑制電感T的兩個輸入端之間且一端還接地；所述電容C2并聯(lián)于所述共模抑制電感T的兩個輸出端之間且一端還接地；所述電壓比較器Ql的電源正極端連接+12V電源，電源負(fù)極端接地，同相輸入端連接所述共模抑制電感T其中一個輸出端，反相輸入端連接所述電阻R3并通過所述電阻R3連接+6V電源；所述電阻R4 —端連接+12V電源，另一端連接所述電壓比較器Ql的輸出端；所述光電耦合器Ul的陰極端接地，陽極端通過所述電阻R5連接至所述電壓比較器Ql的輸出端，基極連接+3.3V電源，發(fā)射極接地，集電極通過所述電阻R7連接至所述施密特觸發(fā)器U2的端口 A ;所述電阻R6 —端連接+3.3V電源，另一端連接所述光電耦合器Ul的集電極；所述電容C3 —端連接于所述光電耦合器Ul的集電極與所述電阻R6、R7的連接點，另一端接地；所述電容C4 一端接地，另一端連接于所述電阻R6、光電耦合器Ul的基極與+3.3V電源的連接點；所述施密特觸發(fā)器U2通過端子GND接地，通過端子VCC連接+3.3V電源；所述電容C5 —端連接+3.3V電源，另一端接地；所述電容C6—端連接所述施密特觸發(fā)器U2的端子Y，另一端接地；所述電阻R8 —端連接于所述電容C6與施密特觸發(fā)器U2的端子Y之間的連接點，另一端連接有輸出端子CAP2并通過所述輸出端子CAP2連接到DSP的速度捕捉口。
[0010]所述的電動車用電機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)，其中:所述瞬態(tài)抑制二極管TVSl的陽極端接地，陰極端連接有端子ADCINA4 ;所述電阻R9 —端連接所述瞬態(tài)抑制二極管TVSl的陰極端，另一端連接所述運(yùn)算放大器Q2的輸出端；所述運(yùn)算放大器Q2的反相輸入端連接至輸出端，同相輸入端依次通過串接所述電阻R10、R12連接至所述運(yùn)算放大器Q3的輸出端；所述電阻Rll —端接地，另一端連接于所述電阻RlO與電阻R12的連接點；所述電容C7并聯(lián)于所述電阻Rll兩端；所述運(yùn)算放大器Q3的電源正極端連接+5V電源，負(fù)極端接地，同相輸入端通過所述電阻R16連接至所述接線端子Jl的引腳TIAOl，反相輸入端通過所述電阻R15接地；所述電阻R17—端接地，另一端連接于所述接線端子Jl的引腳TIAOl ;所述電阻R13 —端連接于所述運(yùn)算放大器Q3的輸出端，另一端連接所述電容CS并通過所述電容CS連接至所述運(yùn)算放大器Q3的反相輸入端；所述電阻R14 —端連接所述運(yùn)算放大器Q3的輸出端，另一端連接所述運(yùn)算放大器Q3的反相輸入端。
[0011]有益效果:
[0012]本實用新型電動車用電機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單、合理，運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，其先將同步轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速區(qū)分開來進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆侄问窖a(bǔ)償，同時在進(jìn)行轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制時將速度差和轉(zhuǎn)差率同時作為控制對象，實際測試結(jié)果表明，本實用新型抗干擾性強(qiáng)，通用性好、精度高，動態(tài)響應(yīng)速度快，能夠滿足電機(jī)速度閉環(huán)控制的要求；
[0013]本實用新型基本功能是:在某一油門信號情況下，同時將電機(jī)全轉(zhuǎn)速范圍運(yùn)行區(qū)間分成三個區(qū)間，按照低速、中速和高速分成三個區(qū)間，在三個不同的區(qū)間段內(nèi)，根據(jù)定子電流的大小不一樣，對給定轉(zhuǎn)速進(jìn)行一定的補(bǔ)償，從而得到最終的給定轉(zhuǎn)速；在滿足轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制條件的情況下，才進(jìn)入轉(zhuǎn)速閉環(huán)的PI調(diào)節(jié)，從而保證實際轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與給定的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速基本一致。
【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型電動車用電機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為本實用新型電動車用電機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速檢測單元的電路圖；
[0016]圖3為本實用新型電動車用電機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)的同步轉(zhuǎn)速計算單元的電路圖。
【具體實施方式】
[0017]如圖1至3所示，本實用新型電動車用電機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)，包括轉(zhuǎn)速檢測單元1、同步轉(zhuǎn)速計算單元2、給定轉(zhuǎn)速計算單元3、給定轉(zhuǎn)速補(bǔ)償單元4、速度閉環(huán)控制準(zhǔn)入單元5以及扭矩調(diào)節(jié)單元6。
[0018]其中，該轉(zhuǎn)速檢測單元1、同步轉(zhuǎn)速計算單元2和給定轉(zhuǎn)速計算單元3集成為一體。
[0019]該轉(zhuǎn)速檢測單元I是用于準(zhǔn)確的計算出轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，同時對計算出的結(jié)果進(jìn)行數(shù)字濾波，將數(shù)字濾波后輸出的轉(zhuǎn)速值作為速度閉環(huán)控制中的實際轉(zhuǎn)速值，一端連接于該同步轉(zhuǎn)速計算單元2。其中，該轉(zhuǎn)速檢測單元I包括轉(zhuǎn)速信號預(yù)處理電路和軟件處理算法(包括中值平均、排序和滑動平均)；如圖2所示，該轉(zhuǎn)速信號預(yù)處理電路是由電阻R1~R8、電容C1~C6、共模抑制電感T、電壓比較器Ql、光電耦合器Ul和施密特觸發(fā)器U2連接組成；該電阻Rl —端連接+12V電源，另一端通過電阻R2連接共模抑制電感T其中一個輸入端，該電阻Ri與電阻R2的連接點還連接有端子BMB并通過端子BMB連接在電機(jī)的正交編碼器的轉(zhuǎn)速脈沖輸出端；電容Cl并聯(lián)于共模抑制電感T的兩個輸入端之間且一端還接地；電容C2并聯(lián)于共模抑制電感T的兩個輸出端之間且一端還接地；該電壓比較器Ql的電源正極端連接+12V電源，電源負(fù)極端接地，同相輸入端連接共模抑制電感T其中一個輸出端，反相輸入端連接電阻R3并通過電阻R3連接+6V的電源；電阻R4 —端接地，另一端連接電壓比較器Ql的輸出端；該光電耦合器Ul的陰極端接地，陽極端通過電阻R5連接至電壓比較器Ql的輸出端，基極連接+3.3V電源，發(fā)射極接地，集電極通過電阻R7連接至施密特觸發(fā)器U2的端口 A ;電阻R6 —端連接+3.3V電源，另一端連接光電耦合器Ul的集電極；電容C3 —端連接于光電耦合器Ul的集電極與電阻R6、R7的連接點，另