CN102751944A - 中高压变频器的控制方法和*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种中高压变频器的控制方法和***，该方法包括第一主控芯片将V/F或矢量控制的逆变调制波指令发送给控制单元；控制单元分别与第一主控芯片、第二主控芯片以及各个功率单元相连接，用于根据V/F或矢量控制的逆变调制波指令，将调制波和设定的载波进行比较生成的各个功率单元的PWM波，并将PWM波发送给对应的各个功率单元以实现电机的V/F控制或矢量控制；第二主控芯片发送对电机的逻辑控制命令给控制单元；控制单元将逻辑控制命令发送给功率单元以实现对电机的逻辑控制。
Description
技术领域
本发明涉及电子技术，尤其涉及一种中高压变频器的控制方法和***。
背景技术
目前，中高压变频器方案中的一个主流方法就是利用功率单元串联方案，将多级低压功率单元串联起来实现高压输出。其中，该方案具备输出电压谐波小、提高电机寿命和降低电磁干扰等有限。另外，在功率单元级联式的高压变频器中，控制器是其最核心最主要的构成部分，它主要是完成电机控制策略、多电平脉冲宽度（PWM）算法、光纤串行通信、上位机通信、数字量/模拟量的输入输出处理等任务。控制器的实时性及处理能力极大的决定了***对电机的控制性能。
现有技术中的控制器主要包括：主控芯片和多个外网控制单元。其中，***控制单元一般是具备一定逻辑处理能力的芯片，例如MCU或CPLD等。每个***控制单元负责一个功率单元的控制，所有的***控制单元直接与控制芯片进行数据的通信，主控芯片发挥着总指挥的作用，即主控芯片发送控制命令给各个***控制单元，***控制单元接收到主控的指令后通过光纤通信发送控制指令给功率单元。***控制单元发送单元控制命令给各个功率单元，同时处理功率单元反馈过来的运行状态信息再反馈给主控芯片。
但是，由于控制器只能串行的执行指令，对功率单元发PWM波控制的同步性差，因此，导致了各个功率单元动作的时间误差大，且控制性能不理想、成本高且可靠性低。
发明内容
本发明提供一种中高压变频器的控制方法和***，用于解决了现有技术中控制器只能串行的执行指令，对功率单元发PWM波控制的同步性差，因此，导致了各个功率单元动作的时间误差大，且控制性能不理想、成本高且可靠性低的问题。
本发明的第一个方面是提供一种中高压变频器的控制***，包括：第一主控芯片、控制单元、第二主控芯片和功率单元；
所述第一主控芯片，与所述控制单元相连接，用于将V/F或矢量控制的逆变调制波指令发送给所述控制单元；
所述控制单元，分别与所述第一主控芯片、第二主控芯片以及各个所述功率单元相连接，用于根据所述V/F或矢量控制的逆变调制波指令，将调制波与设定后的载波进行比较，生成各个所述功率单元的脉冲宽度调制PWM波，并将所述PWM波发送给对应的所述各个功率单元，以实现电机的V/F控制或者矢量控制；
所述第二主控芯片，与所述控制单元相连接，用于发送逻辑控制命令给所述控制单元；
所述控制单元还用于将所述逻辑控制命令发送给所述功率单元，以实现对所述电机的逻辑控制。
本发明的另一个方面是提供一种中高压变频器的控制方法，包括：
第一主控芯片将所述V/F或矢量控制的逆变调制波指令发送给控制单元；
所述控制单元根据所述V/F或矢量控制的逆变调制波指令，将调制波与设定的载波进行比较，生成各个所述功率单元的脉冲宽度调制PWM波，并将所述PWM波发送给对应的所述各个功率单元，以实现电机的V/F控制或者矢量控制；
所述第二主控芯片发送逻辑控制命令给所述控制单元；
所述控制单元将所述逻辑控制命令发送给所述功率单元，以实现对所述电机的逻辑控制。
本发明的技术效果是：通过第一主控芯片和第二主控芯片并行工作，并分别独立负责算法或逻辑任务，从而有效地提高了控制性能的可靠性，使得本发明的实时性比现有技术中控制器只能串行的执行指令的异步串行通信高；另外，由于FPGA可以同时对各个功率单元发送PWM波和逻辑控制命令，从而保证了各个功率单元控制的同步性，提供了***的性能。
附图说明
图1为本发明中高压变频器的控制***的一个实施例的结构示意图；
图2为本发明中高压变频器的控制***的另一个实施例的结构示意图；
图3为本发明中高压变频器的控制方法的一个实施例的流程图。
具体实施方式
图1为本发明中高压变频器的控制***的一个实施例的结构示意图，如图1所示，本实施例的***包括：第一主控芯片11、控制单元12、第二主控芯片13和功率单元14，其中，第一主控芯片11与控制单元12相连接，用于将该V/F或矢量控制的逆变调制波指令发送给控制单元12；控制单元12分别与第一主控芯片11、第二主控芯片12以及各个功率单元14相连接，用于根据该V/F或矢量控制的逆变调制波指令，将调制波与设定后的载波进行比较，生成各个功率单元14的脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation；简称：PWM）波，并将PWM波发送给对应的各个功率单元14，以实现电机的V/F控制或者矢量控制；第二主控芯片13，与控制单元12相连接，用于发送对电机的逻辑控制命令给该控制单元12。该控制单元12还用于将该逻辑控制命令发送给该功率单元14，以实现对电机的逻辑控制。
其中，载波是指开关管的频率。
优选地，该控制单元12可以具体为现场可编程门阵列（Field－Programmable Gate Array；简称：FPGA）。控制单元12具体可以通过光纤接口与各个功率单元相连接；且电机的逻辑控制包括对电机的正反转、加减速等逻辑控制。
另外，在本实施例中，该第一主控芯片11可以包括至少一个微处理器，例如：数字信号处理（Digital Signal Processing；简称：DSP）、单片机或者ARM等。第二主控芯片也可以具体包括至少一个微处理器，例如：DSP、单片机或者ARM等。需要说明的是，第一主控芯片11和第二主控芯片13可以相同也可以不相同。
还需要说明的是，V/F控制和矢量控制是电机的两种控制方法，其中，V/F比较简单，只是对输出电压V和输出频率F进行恒比例计算，而矢量控制则比较复杂，是通过矢量方法将电机的电流分解为2个电流矢量之和，是一种电机的磁通控制方法，这种控制方法比V/F控制方法更优越。
在本实施例中，通过第一主控芯片和第二主控芯片并行工作，并分别独立负责算法或逻辑任务，从而有效地提高了控制性能的可靠性，使得本发明的实时性比现有技术中控制器只能串行的执行指令的异步串行通信高；另外，由于FPGA可以同时对各个功率单元发送PWM波和逻辑控制命令，从而保证了各个功率单元控制的同步性，提供了***的性能。
图2为本发明中高压变频器的控制***的另一个实施例的结构示意图，在上述图1所示实施例的基础上，如图2所示，该控制单元12包括：双口RAM模块121、单元信息处理模块122、PWM波发生模块123和通信处理模块124。具体的，双口RAM模块121与第一主控芯片11和该第二主控芯片13相连接，用于实现该第一主控芯片11和该第二主控芯片13之间的数据高速通信；单元信息处理模块122分别与该第二主控芯片13相连接，用于接收各个功率单元的运行状态信号，并将该运行状态信号发送给该第二主控芯片13；以及接收来自该第二主控芯片发送的对电机的控制逻辑命令；PWM波发生模块123，与该第一主控芯片11相连接，用于接收该第一主控芯片11发送的该V/F或矢量控制的逆变调制波指令，并根据该V/F或矢量控制的逆变调制波指令，将调制波与设定的载波进行比较，生成各个功率单元的PWM波，并将该各个功率单元的PWM波输出；通信处理模块124分别与该单元信息处理模块122、该PWM波发生模块123和各个功率单元相连接，用于将接收到的各个功率单元的运行状态信号转发给单元信息处理模块122，并将该各个功率单元的PWM波以及逻辑控制指令通过光纤通信发送给各个功率单元。
另外，由于在控制单元12中设置了双口RAM模块，从而使得第一主控芯片11和第二主控芯片13可以同时对双口RAM模块中的同一地址单元进行读写操作而不发生冲突，且读写时间仅仅需要十几纳秒。举例来说，在本实施例中，双口RAM模块包括端口A和端口B，其中，端口A与第一主控芯片11相连，端口B与第二主控芯片13相连。FPGA 12也相当于一个控制芯片，并具备一定的信息处理能力，从而能够分担两个主控芯片的负担，满足高端变频器控制需求。
进一步的，第二主控芯片13还用于处理用户控制输入输出（Input Output；简称：IO）信号、***控制IO信号和模拟输入输出信号；接收变频器的输入电压和输入电流；提供用户人机界面（Human Machine Interface；简称：HMI）以及与上位机进行数据通信。
其中，该输入电压和输入电流可以通过HMI显示给用户，并在输入电压和/或输入电流异常时，发送警示信息，以提醒用户。
第一主控芯片11还用于采集该变频器的输出电压、输出电流以及电机转速反馈信号。
其中，第一主控芯片11可以具体用于根据输出电压和输出电流，获取矢量算法，并根据矢量算法，获取矢量控制的逆变调制波指令；
另外，第一主控芯片11还用于根据该电机转速反馈信号，生成电机转速指令，并将该电机转速指令发送给该控制单元12；
控制单元12将该电机转速指令发送给对应的各个功率单元，以实现电机的转速控制。
优选地，该第二控制芯片13还用于接收控制单元12反馈的各个功率单元的运行状态信号，并通过HMI显示该运行状态信号给用户。
更为优选地，该第二控制芯片13还可以实现与用户的输入输出接口功能。
在本实施例中，通过第一主控芯片和第二主控芯片并行工作，并分别独立负责算法或逻辑任务，从而有效地提高了控制性能的可靠性，且通过FPGA内部的双口RAM模块实现第一主控芯片和第二主控芯片之间的数据的高速通信，即可以同时对双口RAM中的同一地址单元进行读写操作，使得本发明的实时性比现有技术中控制器只能串行的执行指令的异步串行通信高；另外，由于FPGA可以同时对各个功率单元发送PWM波和逻辑控制命令，从而保证了各个功率单元控制的同步性，提供了***的性能。
还需要说明的是，本发明的中高压变频器的控制***中的主控芯片并不限于上述所述的两个主控芯片，还可以包括四个主控芯片，其实现原理与上述两个主控芯片的实现原理类似，此处不再赘述。
图3为本发明中高压变频器的控制方法的一个实施例的流程图，如图3所示，本实施例的方法包括：
步骤101、第一主控芯片将该V/F或矢量控制的逆变调制波指令发送给制单元。
步骤102、控制单元根据该V/F或矢量控制的逆变调制波指令，将调制波与设定的载波进行比较，生成各个功率单元的PWM波，并将该PWM波发送给对应的各个功率单元，以实现电机的V/F控制或者矢量控制。
步骤103、第二主控芯片发送逻辑控制命令给该控制单元。
步骤104、控制单元将该逻辑控制命令发送给功率单元，以实现对该电机的逻辑控制。
其中，控制单元可以为FPGA，并具体可以通过光纤接口与各个功率单元相连接；且电机的逻辑控制包括对电机的正反转、加减速等逻辑控制。
另外，该第一主控芯片可以包括至少一个微处理器，例如：DSP、单片机或者ARM等。第二主控芯片也可以具体包括至少一个微处理器，例如：DSP、单片机或者ARM等。需要说明的是，第一主控芯片和第二主控芯片可以相同也可以不相同。
在本实施例中，通过第一主控芯片和第二主控芯片并行工作，并分别独立负责算法或逻辑任务，从而有效地提高了控制性能的可靠性，使得本发明的实时性比现有技术中控制器只能串行的执行指令的异步串行通信高；另外，由于FPGA可以同时对各个功率单元发送PWM波和逻辑控制命令，从而保证了各个功率单元控制的同步性，提供了***的性能。
进一步的，在本发明的另一个实施例中，在上述图3所示方法实施例的基础上，该第一主控芯片和该第二主控芯片之间通过该FPGA中的双口RAM模块进行数据高速通信。
在本实施例中，由于在FPGA中设置了双口RAM模块，从而使得第一主控芯片和第二主控芯片可以同时对双口RAM模块中的同一地址单元进行读写操作而不发生冲突，且读写时间仅仅需要十几纳秒。
另外，该方法还可以进一步包括：
第二主控芯片处理用户控制IO信号、***控制IO信号和模拟输入输出信号；接收该变频器的输入电压和输入电流；并提供用户人机界面以及与上位机进行数据通信。
和/或，
第一主控芯片采集该变频器的输出电压、输出电流以及电机转速反馈信号。
则矢量控制的逆变调制波指令的获取过程为：
根据输出电压和输出电流，获取矢量算法，并根据矢量算法，获取矢量控制的逆变调制波指令；
且该方法还可以进一步包括：
第一主控芯片根据电机转速反馈信号，生成电机转速指令，并将电机转速指令发送给控制单元；
控制单元将电机转速指令发送给对应的各个功率单元，以实现电机的转速控制。
在本实施例中，通过第一主控芯片和第二主控芯片并行工作，并分别独立负责算法或逻辑任务，从而有效地提高了控制性能的可靠性；且通过FPGA内部的双口RAM模块实现第一主控芯片和第二主控芯片之间的数据的高速通信，即可以同时对双口RAM中的同一地址单元进行读写操作，使得本发明的实时性比现有技术中控制器只能串行的执行指令的异步串行通信高；另外，由于FPGA可以同时对各个功率单元发送PWM波和逻辑控制命令，从而保证了各个功率单元控制的同步性，提供了***的性能。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (8)
1.一种中高压变频器的控制***，其特征在于，包括：第一主控芯片、控制单元、第二主控芯片和功率单元；
所述第一主控芯片，与所述控制单元相连接，用于将V/F或矢量控制的逆变调制波指令发送给所述控制单元；
所述控制单元，分别与所述第一主控芯片、第二主控芯片以及各个所述功率单元相连接，用于根据所述V/F或矢量控制的逆变调制波指令，将调制波与设定后的载波进行比较，生成各个所述功率单元的脉冲宽度调制PWM波，并将所述PWM波发送给对应的所述各个功率单元，以实现电机的V/F控制或者矢量控制；
所述第二主控芯片，与所述控制单元相连接，用于发送逻辑控制命令给所述控制单元；
所述控制单元还用于将所述逻辑控制命令发送给所述功率单元，以实现对所述电机的逻辑控制。
2.根据权利要求1所述的中高压变频器的控制***，其特征在于，所述控制单元包括：
所述双口RAM模块，与所述第一主控芯片和所述第二主控芯片相连接，用于实现所述第一主控芯片和所述第二主控芯片之间的数据高速通信；
单元信息处理模块，分别与所述第二主控芯片相连接，用于接收所述各个功率单元的运行状态信号，并将所述运行状态信号发送给所述第二主控芯片；以及接收来自所述第二主控芯片发送的对电机的控制逻辑命令；
PWM波发生模块，与所述第一主控芯片相连接，用于接收所述第一主控芯片发送的所述V/F或矢量控制的逆变调制波指令，并根据所述V/F或矢量控制的逆变调制波指令，将所述调制波与所述设定的载波进行比较，生成所述各个所述功率单元的PWM波，并将所述各个所述功率单元的PWM波输出；
通信处理模块，分别与所述单元信息处理模块、所述PWM波发生模块和所述各个功率单元相连接，用于将接收到的所述各个功率单元的运行状态信号转发给所述单元信息处理模块，并将所述各个所述功率单元的PWM波以及所述逻辑控制指令发送给所述各个功率单元。
3.根据权利要求1或2所述的中高压变频器的控制***，其特征在于，所述第二主控芯片还用于处理用户控制IO信号、***控制IO信号和模拟输入输出信号；接收所述变频器的输入电压和输入电流；提供用户人机界面以及与上位机进行数据通信。
4.根据权利要求1或2所述的中高压变频器的控制***，其特征在于，所述第一主控芯片还用于采集所述变频器的输出电压、输出电流以及电机转速反馈信号；
则所述第一主控芯片还用于根据所述输出电压和输出电流，获取矢量算法，并根据所述矢量算法，获取所述矢量控制的逆变调制波指令；根据所述电机转速反馈信号，生成电机转速指令，并将所述电机转速指令发送给所述控制单元；
所述控制单元还用于将所述电机转速指令发送给对应的所述各个功率单元，以实现电机的转速控制。
5.一种中高压变频器的控制方法，其特征在于，包括：
第一主控芯片将所述V/F或矢量控制的逆变调制波指令发送给控制单元；
所述控制单元根据所述V/F或矢量控制的逆变调制波指令，将调制波与设定的载波进行比较，生成各个所述功率单元的脉冲宽度调制PWM波，并将所述PWM波发送给对应的所述各个功率单元，以实现电机的V/F控制或者矢量控制；
所述第二主控芯片发送逻辑控制命令给所述控制单元；
所述控制单元将所述逻辑控制命令发送给所述功率单元，以实现对所述电机的逻辑控制。
6.根据权利要求5所述的中高压变频器的控制方法，其特征在于，所述第一主控芯片和所述第二主控芯片之间通过所述控制单元中的双口RAM模块进行数据高速通信。
7.根据权利要求5或6所述的中高压变频器的控制方法，其特征在于，还包括：
所述第二主控芯片处理用户控制IO信号、***控制IO信号和模拟输入输出信号；接收所述变频器的输入电压和输入电流；提供用户人机界面以及与上位机进行数据通信。
8.根据权利要求7所述的中高压变频器的控制方法，其特征在于，还包括：
所述第一主控芯片采集所述变频器的输出电压、输出电流以及电机转速反馈信号；
则所述矢量控制的逆变调制波指令的获取过程为：
根据所述输出电压和输出电流，获取矢量算法，并根据所述矢量算法，获取所述矢量控制的逆变调制波指令；
且所述方法还包括：
所述第一主控芯片根据所述电机转速反馈信号，生成电机转速指令，并将所述电机转速指令发送给所述控制单元；
所述控制单元将所述电机转速指令发送给对应的所述各个功率单元，以实现电机的转速控制。
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