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什么是电机控制器？它是干嘛用的？

发布于 2024-09-03 22:41 阅读(0)

一、什么是电机控制器？它是干嘛用的？

依据GB/T18488.1-2015《电动汽车用驱动电机系统第1部分：技术条件》，电机控制器的定义是：控制动力电源与驱动电机之间能量传输的装置，由控制信号接口电路、驱动电机控制电路和驱动电路组成。也就是将动力电池的直流电转换为交流电，并且控制整车控制器发送的目标扭矩和转速进行输出，电机控制器的结构图如图1所示。

图1 电机控制器的结构图

01.电机控制器的硬件构成

电机控制器的硬件通常分为控制板和驱动板。控制板主要包括主控芯片、CAN网络、采样电路、旋变电路和电源电路等。

1.主控芯片

控制板的主控芯片以DSP或FPGA为主，在车载电机控制器中常用的英飞凌、恩智浦、瑞萨为主。

英飞凌的Aurix系列，65nm工艺，32bit带宽，具有多个锁步核，最高主频达300MHz。常用的有TC2XX和TX3XX系列。

恩智浦的MPC5XX系列，55nm工艺，32bit位宽带锁步核的单核、双核架构，最高主频200MHz。

瑞萨的RH850系列，40nm工艺，32bit位宽带锁步核的单核、双核架构，最高主频240MHz。

CAN电路：CAN电路主要以CAN收发器芯片为主，提供电机控制器与外部的交互，常用的芯片有JTA1145，JTA1043等。

2.电源电路

电源电路主要将12V电转变成DSP和部分电路所需的电压，比如主控芯片的外设和内核供电，CAN收发器的供电等。常用的电源芯片包括：

英飞凌的TLF35584及其下一代，其满足ISO26262要求，通常厂家与Aurix主控芯片打包推荐。

NXP的FS6500，满足ISO26262要求，集成CAN收发器、电源管理、LIN总线收发器、自检诊断功能一体。

ST的L9788，满足ISO26262要求，集成CAN收发器、电源管理、LIN收发器、继电器驱动等功能。

TI的TS65381，满足ISO26262要求，集成CAN收发器、电源管理、自检诊断功能。

3.旋变电路

硬件解码电路以旋变解码芯片为标志，芯片有ADI的12XX系列芯和AU680系列为主。

AD2S12XX系列的性能：

    • 最大跟踪速率达187500min- 1
    • 分辨率10/12/14/16位可调；
    • 可输出绝对位置和速度；
    • 对于故障检测阀值可通过编程设置；
    • 内置可编程正弦波振荡器；
    • 增量式编码器输出采用A-quad-B格式， 并提供方向输出， 减小软件运算量；
    • 12位二 进制并行输出、 总线输出、 A/B/Z编码输出、 10至16位串行SPI输出；

AU680X系列的性能：

    • 最大跟踪速率：240,000min- 1 最大角加速度：1,000,000rad/s2
    • 自带激励放大电路（部分应用也可增加激励放大电路） ；
    • 内部集成振荡器（部分应用需要外部振荡器） ；
    • 内部自动补偿激励信号相位偏移；
    • 2位二进制并行输出、 总线输出、 A/B/Z编码输出、 串行SPI输出。

采样电路：采样电路包括控制器的温度采样、冷却的温度采样、电机的温度采样、IG_ON的检测、HVIL的检测等。

驱动板包括高压采样和驱动电路等。

4.高压采样电路

高压采样电路包括多个高压采样电阻和隔离运放，主要是对母线电流电压，三相电流采样。

5.驱动电路

驱动电路：驱动电路是将DSP输出的驱动信号经过隔离芯片将驱动信号带载能力加强，驱动IGBT，并将故障信号送到DSP，隔离方式主要有磁隔离、容隔离和光电隔离。

02.电机控制器的功能

1.扭矩控制功能

MCU根据VCU发送的扭矩请求指令，控制电机输出需求你扭矩。主要是通过PWM，控制IGBT的开关来实现控制。对于扭矩响应必须有一定的性能要求，比如扭矩响应时间小于60ms，扭矩控制精度满足±3%的要求等。

2.转速控制功能

MCU根据VCU发送的转速指令，控制电机控制器的转速。这个功能主要用于定速续航等需要控制车辆速度的功能时使用。

3.旋变零位自学习功能

旋变是旋转变压器的简称，其作用是输出电机转速相关信号给MCU，算法根据该信号做转速、扭矩等的控制。但是通常旋变在安装是与电机的零位有一定的偏差，因此需要计算这个偏移量。

为了减少人为的工序，MCU应该有旋变标定模式，启动后，MCU自行运行一段程序来检测旋变零位。

4.故障监控

MCU涉及到高压控制，故障监控是必须的，而且策略会比较严苛。故障监控包括直流电流和电压监控、电机定转子温度和电机控制器温度监控、IGBT以及传感器故障监控等。当监测到故障发生时，轻则报警，降功率，重则关闭输出。

除了以上之外，还有网络管理、热管理、功能安全等功能需要MCU来实现。

03.电机控制器的发展趋势

首先从电驱总成来看，从之前的MCU、电机、减速器分离式到后面的三合一集成总成(如图1所示)，集成化、域控化是依然是当前的趋势。比如现在的多合一控制器，比如比亚迪E3.0平台中的八合一，其就是将原来分开的VCU、电机控制器、BMS、车载充电器集成到一个控制器中，如图3所示。

图2 三合一电驱总成
图3 比亚迪E3.0平台的八合一

随着电机控制器的发展，功率密度也随之提升，对功率器件而言，双面水冷技术(DSC)也就应运而生。相比现有IGBT模块， 芯片上层的DCB构成第二条散热通道，用于改善模块的散热效果，如图4所示。

图4 功率器件的双面水冷示意图

当前国外已有一些使用案例，比如通用第二代Voltec电驱控制器采用的IGBT双面冷却方案 凯迪拉克CT6 PHEV电驱控制器采用的IGBT双面冷却方案 。

丰田THS IV电驱控制器，引入了全新二合一功率卡片式IGBT模块。每个功率卡片包含两个IGBT芯片和两个续流二极管组成的半桥。然后使用多组水冷冷却片来对如上的功率卡片式IGBT进行双面水冷。如图5所示的高压功率模块共包含7个功率卡片式IGBT模组，由8片水冷冷却片对其进行夹紧并双面水冷。整体高压功率模块体积较之前减小了33%。同时电气损失减少了20%。

图5 丰田TVS的功率器件双面水冷方案

除此之外，SiC技术也逐渐引入电机控制器中，有关文献表明，基于SiC的永磁同步电机驱动损耗降低50%，效率提高1%左右，在低速情况下，死区效应更小，动态性能更好。另外NEDC效率可以提升3-5%个点。

当前来说，SiC的开关频率一般在20Kz左右，对算法的执行时间优化有一定的要求，另外成本高，目前是IGBT的2~3倍，另外EMC性能差，解决成本较高。

二、电机控制器发展

电机控制器的发展历程

电机控制器作为电机系统的重要组成部分，其发展历程也见证了电机技术的进步。在过去几十年里，电机控制器经历了多次变革，从最初的模拟电路到现在的数字化控制器，其性能和功能都有了显著的提升。

在早期，电机控制器主要依赖于模拟电路。这些电路通过电阻、电容和电感等元件来模拟电机的运行。由于模拟电路的限制，电机控制器的性能和精度都相对较低，难以实现精确的控制。但是，随着技术的不断发展，数字化控制器逐渐取代了模拟电路，成为了电机控制领域的主流。

数字化控制器采用了微处理器或数字信号处理器（DSP）等数字芯片，通过编程来实现电机控制算法。与模拟电路相比，数字化控制器具有更高的精度和可靠性，能够实现更加灵活和精确的控制。同时，数字化控制器也更容易实现网络化和智能化，为电机系统的进一步发展提供了更多的可能性。

除了硬件的进步，电机控制器的发展也离不开软件技术的发展。例如，电机控制算法的优化和仿真技术，以及电机控制系统的开发环境等，都为电机控制器的性能提升提供了重要的支持。

未来发展趋势

随着科技的不断发展，电机控制器也面临着更多的挑战和机遇。未来，电机控制器的发展将朝着以下几个方向发展：

  • 更加智能化：随着人工智能技术的发展，电机控制器将更加智能化，能够实现自我学习和自我适应，以适应各种复杂的工况。
  • 更加绿色环保：环保已经成为各行各业发展的主题，电机控制器也不例外。未来的电机控制器将更加注重节能减排，采用更加环保的材料和工艺，降低对环境的影响。
  • 更加网络化：随着物联网技术的发展，电机控制器将更加网络化，可以实现远程监控和故障诊断，提高系统的可靠性和稳定性。
  • 更加多样化：随着应用领域的不断拓展，电机控制器也将更加多样化，针对不同应用场景开发出更加灵活和高效的电机控制器。

三、比亚迪 电机控制器

比亚迪电机控制器：电动汽车动力系统的核心

随着全球对环境和能源问题的日益关注，电动汽车作为一种绿色、高效、可持续的交通工具，迅速崛起。作为电动汽车的关键组成部分，电机控制器发挥着至关重要的作用，尤其是比亚迪电机控制器。

什么是比亚迪电机控制器？

比亚迪电机控制器是比亚迪公司专门为其电动汽车开发的一种智能控制装置，用于控制电动汽车的电机运行。它接收来自车辆的各种信号，并根据这些信号来控制电机的转速、转向、制动等功能。

比亚迪电机控制器的优势

1. 高效性能：比亚迪电机控制器采用先进的电路设计和控制算法，能够精确调节电机的转速和力度，提供卓越的动力输出。

2. 可靠性：比亚迪电机控制器经过严格的测试和验证，具有出色的可靠性和耐用性，能够在各种恶劣的环境条件下正常工作。

3. 安全性：比亚迪电机控制器具备多重安全保护功能，可监测电路状态、温度、电压等指标，一旦出现异常情况，能够及时采取措施，确保驾驶人员和车辆的安全。

4. 兼容性：比亚迪电机控制器兼容不同型号和配置的比亚迪电动汽车，实现电机系统的标准化和模块化设计，提高了产品的可替换性和可升级性。

比亚迪电机控制器的重要性

电机控制器是电动汽车动力系统的核心。它不仅负责控制电机的运行，还承担着整个动力系统的协调与管理。比亚迪电机控制器通过实时监测和调节电机的运行状态，确保其始终处于最佳工作点，最大程度地发挥电机的效能。

除了控制电机的转速和转向，比亚迪电机控制器还可以实现能量回收和制动能量的转换，提高电动汽车的能源利用效率。同时，比亚迪电机控制器还可以与其他车辆控制系统进行联动，如制动系统、电池管理系统等，提供更加智能、高效的整车控制策略。

比亚迪电机控制器的未来发展趋势

随着电动汽车市场的不断扩大和技术的不断进步，比亚迪电机控制器也在不断发展和完善。未来，比亚迪将继续加大对电机控制器技术的研发投入，提升产品性能和智能化水平。

在能效方面，比亚迪电机控制器将进一步提高转换效率，降低能量损耗，实现更长的续航里程。在安全性方面，比亚迪电机控制器将引入更多的安全保护功能和故障诊断系统，提高驾驶人员和车辆的安全性。

此外，比亚迪还将推动电机控制器与互联网的深度融合，实现远程监控和智能控制。通过与智能手机、车联网等终端设备的连接，驾驶人员可以随时随地监控车辆状态、查询车辆数据，并进行远程控制和智能调度。

结语

作为一家专注于新能源汽车的领先企业，比亚迪在电机控制器技术方面取得了显著的突破和进展。比亚迪电机控制器凭借其高效性能、可靠性、安全性和兼容性，成为电动汽车市场的热门选择。

随着比亚迪电动汽车产品线的丰富和技术的创新，相信比亚迪电机控制器将在未来继续扮演着重要的角色，并为电动汽车的发展带来更多的突破。

四、电机控制器 市场

电机控制器市场的发展趋势和机遇

电机控制器是现代电力系统中的关键组件之一，广泛应用于各种电动设备和机械装置中。随着科技的不断进步和工业自动化程度的提高，电机控制器市场正呈现出良好的发展前景。本文将介绍电机控制器市场的发展趋势和机遇。

1. 市场规模和增长

根据市场研究机构的数据显示，全球电机控制器市场规模正在快速增长。预计在未来几年内，市场将进一步扩大。其主要原因包括以下几点：

  • 1) 电力行业的快速发展：随着可再生能源的推广和电力需求的增加，电力行业对电机控制器的需求也在不断增长。
  • 2) 工业自动化的普及：各种制造业、工厂和生产设备的自动化程度越来越高，对电机控制器的需求也随之增加。
  • 3) 新技术的应用：新一代电机控制器具备更高的能效和更智能的功能，满足了市场对节能减排和智能控制的需求。

2. 技术创新和应用领域

电机控制器市场的发展还受到技术创新的推动。近年来，一些新兴技术的应用为电机控制器带来了新的机遇：

  • 1) 变频技术：随着变频技术在电机控制器中的应用越来越广泛，传统的固定频率控制方式正在被取代。变频技术不仅提高了电机的能效，还降低了能源消耗。
  • 2) 智能控制：随着物联网和人工智能技术的发展，电机控制器在智能化方面取得了突破。智能电机控制器能够通过传感器和算法实时监控电机的工作状态，并作出相应的调整。
  • 3) 绿色制造：环保与可持续发展已经成为全球关注的焦点，电机控制器作为工业生产中的重要组成部分，不断推出的绿色制造解决方案将成为未来的市场主流。

3. 区域市场分析

不同地区的经济发展水平和产业结构差异导致了电机控制器市场的区域差异。

3.1 亚太地区

亚太地区是电机控制器市场的主要消费地区。经济的快速增长和工业化进程的加速，推动了电机控制器市场的发展。中国、日本和印度等亚太地区的国家拥有庞大的制造业和电力行业，对电机控制器的需求量大。

3.2 欧洲

欧洲以其发达的制造业和工业自动化水平而闻名。德国、意大利和法国等国家在电机控制器市场上具有较大的市场份额。欧洲的环保意识和对节能技术的需求促使市场不断推出高效节能的电机控制器产品。

3.3 北美

北美地区的电机控制器市场发展较为成熟。美国和加拿大等国家在能源行业和高科技制造领域的需求推动了电机控制器市场的不断发展。此外，北美地区的研发能力和技术创新能力也为市场注入了新的动力。

4. 持续发展的机遇

电机控制器市场未来的发展将面临一些机遇：

  • 1) 新能源市场的崛起：随着可再生能源市场的壮大，如风能、太阳能等，电机控制器在电力转换和调节方面的需求将继续增长。
  • 2) 智能制造的普及：智能制造正在成为全球制造业的新趋势。电机控制器作为智能制造的核心组件之一，其在工业自动化和智能化生产中的应用将越来越广泛。
  • 3) 电动汽车的普及：电动汽车市场正呈现出快速增长的态势。电机控制器作为电动汽车的关键部件，随着电动汽车市场的扩大，电机控制器市场也将迎来新的机遇。

总体而言，随着电力行业和工业自动化的发展，电机控制器市场正处于稳步增长的阶段。新技术的应用和市场机遇为电机控制器行业注入了新的动力。未来几年，电机控制器市场有望进一步扩大，成为电力系统和工业自动化的重要支撑。

五、PLC控制器无法启动电机何原因？

PLC有信号你是指，输入信号，还是输出信号。

如果1：有输入信号，电机不启动。

这种情况一般都是条件断开了。如：停止信号按钮不通。热继电保护跳开了（电机坏了）等。

如果2：有输出信号，电机不启动。

这种情况，可能是输出部份出了故障。如：PLC输出继电器点坏了。输出模块的电源虚接或开路了。控制电机的中间继电器（交流继电器）电源故障。

六、伺服电机控制器里有plc吗？

有

PLC从来不是伺服电机的直接控制者。伺服电机是通过伺服驱动器，或者叫做伺服放大器来驱动的。

PLC通过PTO（脉冲串）或者通信（总线，串口等）的方式来控制伺服驱动器，伺服驱动器再控制伺服电机进行运动

七、plc控制器编程视频大全

PLC控制器编程视频大全：

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结语：

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八、plc控制伺服电机控制器怎么看？

1.通过通讯读取伺服H0B组参数得知伺服当前位置，如读取H0B-07绝对位置

2.用伺服驱动器上的编码器分频脉冲差分输出（PAO+、PAO-、PBO+、PBO-、PZO+、PZO-）接到PLC的输入端，可获取伺服的实际位置。1.通过通讯读取伺服H0B组参数得知伺服当前位置，如读取H0B-07绝对位置2.用伺服驱动器上的编码器分频脉冲差分输出（PAO+、PAO-、PBO+、PBO-、PZO+、PZO-）接到PLC的输入端，可获取伺服的实际位置。

九、PLC可以取代步进电机控制器么？

1、PLC不可以取代步进电机控制器，因为步进电机需要步进电机驱动器才能按照信号进行动作。

2、plc，可编程逻辑控制器，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

3、步进电机驱动器是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速和定位的目的。

十、PLC电机有什么用？

可编程逻辑控制器（PLC）广泛用于工业网络控制，因为它价格便宜和应用的灵活性在各个工业控制领域得到广泛的好评。

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