基于TC1782的永磁同步電機控制系統(tǒng)

　　2.2.2 硬件設計

　　依照PMSM主控制器所需要的功能、實際參與控制的對象以及主控制芯片的特點，PMSM電機控制系統(tǒng)主控制器硬件結構如圖4所示。它采用了功能劃分和模塊化的設計思想，并根據(jù)功能需求分離成不同的功能模塊。主控制器的主要接口技術參數(shù)為:1)14路模擬量輸人通道(12比特);2)6路PWM輸出(帶電平轉換);3)2路CAN通訊接口(支持標定和系統(tǒng)通訊);4)可配置并行或串行通訊的旋變接口電路(AD2S1210);5)數(shù)字量輸入(故障檢測與診斷等);6)數(shù)字量輸出(急?？刂婆c主繼電器控制等);7)電源系統(tǒng)。

　　PMSM電機控制系統(tǒng)要求具有較高的安全等級，驅動器對主控制器的故障響應時間有著嚴格的要求，因此主控制器采用了符合ISO26262功能安全規(guī)范的監(jiān)控芯片CIC61508設計監(jiān)控電路。CIC61508具有可配置的電壓監(jiān)控輸入，可配置的主CPU任務執(zhí)行時間和可配置的故障響應時間及輸出，可以實時監(jiān)控主CPU的供電和軟件的運行狀況，按照預先配置好的故障響應輸出控制其他IC的使能與復位引腳，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的功能安全要求。

　　2.2.3 軟件設計

　　PMSM電機的控制系統(tǒng)方案主要以磁場定向控制FOC為主(圖5), 另外為達到最佳控制效果, 常常幾種控制方案結合運用, 如采用最大轉矩控制和弱磁控制原理(圖6)以實現(xiàn)電機的效率最優(yōu)和寬范圍的調速方案, 集轉矩控制和PWM 控制于一身的控制方案等[3]

　　圖5和圖6中的PMSM電機控制系統(tǒng)方案中表明TC1782除了要完成和FOC相關的計算，如Clark，Park，i-Park和SVM[4]計算外，還需要對系統(tǒng)的一些信號進行采集，如相電流，母線電壓，電機位置和轉速等。另外考慮到主控制器參與系統(tǒng)通訊，以及功能安全上的要求，這些都將對單核CPU的負載是一個嚴峻的挑戰(zhàn)。基于以上因素，按照主控制器的功能要求，將主控制器的軟件開發(fā)模塊化，分配給TC1782的主CPU和外設協(xié)處理器PCP，從而形成如圖7所示的軟件流程結構框架。

　　圖7所示的軟件系統(tǒng)架構中，主CPU在一個小型任務調度器的基礎上，分別調用了英飛凌安全功能軟件SafeTcore和PMSM電機控制相關算法軟件，SafeTcore在CPU運行時循環(huán)檢測系統(tǒng)的故障，測試項目可以依照要求進行配置，所運行的PMSM電機控制算法采用圖5和圖6中所示的控制策略進行。外設協(xié)處理器PCP除了運行安全功能軟件SafeTcore軟件監(jiān)控主CPU的運行外，還可以處理和通訊相關的中斷和信號采樣中斷等，從而降低主CPU的中斷負載。