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专利号: 2021116092427
申请人: 苏州感测通信息科技有限公司
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-19
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种用于陀螺寻北仪的微型电机控制系统,其特征在于,包括外部硬件、功能模块、反馈模块,所述外部硬件包括FPGA、电源,功率器件、电流采样电路模块、电机、编码器,通信IO;所述功能模块包括:控制输入模块,用于输入信号,所述输入信号包括目标角位置、目标角速度、工作模式信号,所述控制输入模块通过所述通信IO由MCU进行输入,所述通信IO包括SPI;

控制输出模块,用于输出空间矢量脉宽调制信号;

反馈输入模块,用于输入反馈信号,所述反馈信号包括编码器脉冲信号以及三相驱动相电流;位置环自适应PI控制模块,通过自适应参数的位置比例积分和位置限幅进行控制,并输出内部目标角速度,其中位置比例积分的参数包括位置环比例Xkp和位置环积分Xki,位置限幅的参数包括位置环限幅Xlim;

速度环自适应PI控制模块,通过自适应参数的速度比例积分和速度限幅进行控制,并输出目标交轴电流,其中速度比例积分的参数包括速度环比例Vkp和速度环积分Vki,速度限幅的参数包括速度环限幅Vlim;自适应直轴控制模块,通过工作模式和目标角速度进行自适应调整,并输出目标直轴电流进行控制;

电流环交轴自适应PI模块,通过第一电流比例积分和电流限幅进行控制;速度比例积分的参数包括速度环比例Vkp,速度环积分Vki,速度限幅的参数包括速度环限幅Vlim,所述参数根据工作模式自适应调整;

电流环直轴自适应PI模块,通过第二电流比例积分进行控制;

Park逆变换模块,通过Park逆变换,完成定子直角坐标电压的计算;

SVPWM模块,通过空间矢量脉宽调制信完成空间矢量脉宽调制信号的计算;

所述工作模式包括:多位置调制寻北模式、连续旋转调制寻北模式、快速找原点模式、精确找原点模式;在多位置调制寻北以及快速找原点这两种模式下,采用对应两组固定的速度环比例Vkp,速度环积分Vki,速度环限幅Vlim,目标直轴电流为0;在连续旋转调制寻北以及精确找原点这两种模式下,速度环限幅Vlim是定值,速度环比例Vkp和速度环积分Vki根据目标角速度进行自适应调整,在目标角速度为0‑10弧分每秒时,速度环比例Vkp和速度环积分Vki维持在固定数值Vkp1和Vki1,且目标直轴电流保持在数值Idref1,在所述目标角速度升高到数值ω1时,速度环比例Vkp和速度环积分Vki随目标角速度按比率k1进行线性升高,且目标直轴电流随目标角速度按比率k2进行线性减少,直至减少到数值Idref2,当所述目标角速度再升高到数值ω2时,速度环比例Vkp和速度环积分Vki保持在固定数值Vkp2和Vki2。

2.如权利要求1所述的一种用于陀螺寻北仪的微型电机控制系统,其特征在于,所述反馈模块包括Park变换模块、Clarke变换模块、位置和速度计算模块,其中:所述Park变换模块,通过Park变换完成实际交轴电流和实际直轴电流的计算;

所述Clarke变换模块,通过Clarke变换完成定子直角坐标电流的计算;

所述位置和速度计算模块,通过计算得到实际角速度和实际角位置。

3.如权利要求1所述的一种用于陀螺寻北仪的微型电机控制系统,其特征在于,所述功率器件作为三相电桥使用。

4.如权利要求1所述的一种用于陀螺寻北仪的微型电机控制系统,其特征在于,所述电机为三相永磁同步伺服电机。

5.如权利要求1所述的一种用于陀螺寻北仪的微型电机控制系统,其特征在于,所述编码器为输出ABI格式编码器脉冲信号的编码器。

6.一种用于陀螺寻北仪的微型电机控制方法,通过权利要求1中所述用于陀螺寻北仪的微型电机控制系统实现,其特征在于,S1:进行信号输入,通过控制输入模块向系统输入目标角位置,外部目标角速度,以及工作模式信号;

S2:编码器向位置和速度计算模块输入编码器脉冲信号,通过所述位置和速度计算模块输出实际角位置和实际角速度;

S3:将所述目标角位置与实际角位置的差与所述工作模式信号输入位置环自适应PI控制模块,所述位置环自适应PI控制模块输出内部目标角速度;

S4:将所述内部目标角速度与所述外部目标角速度相加得到目标角速度和;

将所述目标角速度和与实际角速度的差、所述目标角速度、所述工作模式信号三者输入速度环自适应PI控制模块,所述速度环自适应PI控制模块输出目标交轴电流;

S5:同时,将所述目标角速度和所述工作模式信号输入自适应直轴控制模块,所述自适应直轴控制模块输出目标直轴电流;

S6:将所述目标交轴电流与实际交轴电流的差以及所述工作模式信号输入电流环交轴自适应PI控制模块,所述电流环交轴自适应PI 控制模块输出目标交轴电压;

S7:将所述目标直轴电流与实际直轴电流的差以及所述工作模式信号输入电流环直轴自适应PI控制模块,所述电流环直轴自适应PI控制模块输出目标直轴电压;

S8:将所述目标交轴电压、所述目标直轴电压、所述实际角位置三者输入Park逆变换模块,所述Park逆变换模块输出定子直角坐标电压;

S9:将所述定子直角坐标电压输入SVPWM模块,且SVPWM模块向功率模块输出空间矢量脉宽调制信号;

S10:所述空间矢量脉宽调制信号输入所述功率模块,所述功率模块向电机输出三相驱动相电流;

S11:所述三相驱动相电流输入Clarke变换模块,所述Clarke变换模块向Park变换模块输出定子直角坐标电流;

S12:将所述定子直角坐标电流和所述实际角位置输入Park变换模块,所述Park变换模块输出所述实际交轴电流和所述实际直轴电流,所述实际交轴电流则反馈至所述电流环交轴自适应PI控制模块的输入端,所述实际直轴电流则反馈至所述电流环直轴自适应PI控制模块的输入端,完成负反馈调节。

7.如权利要求6所述的一种用于陀螺寻北仪的微型电机控制方法,其特征在于,所述电流环交轴自适应PI控制模块中的第一电流比例积分的参数包括第一电流环比例Ipkp和第一电流环积分Ipki,电流限幅的参数包括电流环限幅Iplim,所述参数根据工作模式自适应调整。

8.如权利要求6所述的一种用于陀螺寻北仪的微型电机控制方法,其特征在于,所述电流环直轴自适应PI控制模块中的第二电流比例积分的参数包括第二电流环比例Iqkp和第二电流环积分Iqki,所述参数根据工作模式自适应调整。

9.如权利要求6所述的一种用于陀螺寻北仪的微型电机控制方法,其特征在于,所述编码器脉冲信号为ABI三路脉冲信号,通过所述A路和所述B路的脉冲频率获得角速度,通过所述A路和所述B路的脉冲相位获得运动方向,从而得出所述实际角速度,通过所述A路和所述B路的脉冲数量和运动方向获得相对角位置,通过I路脉冲得到原点位置,进而得到所述实际角位置。