直流无刷电机回馈制动控制方法技术

一种直流无刷电机回馈制动控制方法，该方法基于同步整流的制动控制，VT1、VT2、VT3、VT4、VT5和VT6为直流无刷电机三相调制开关管，在一个周期内，所述直流无刷电机同样有3个状态，也是每120°电角度换相一次。在0～2π/3为区间的续流阶段，调制导通VT4的同时导通VT6，代替VD6作为续流回路，电流回路为A相→VT4→VT6→B相，在2π/3～4π/3和4π/3～2π的充电阶段，调制关断VT4同时开起VT1，代替VD1作为充电回路，电流回路为A相→VT1→电源正→电源负→VT6→B相。

【技术实现步骤摘要】
直流无刷电机回馈制动控制方法
本专利技术属于电机控制
，特别涉及一种直流无刷电机回馈制动控制方法。
技术介绍
无刷直流电机由于其无换向器、调速性能好等优点已广泛应用于电动车驱动系统中。在电动车运行过程中，有时要根据实际情况进行减速或制动,常见的制动方式有机械制动和电气制动，其中电气制动方式包括能耗制动、反接制动和回馈制动.机械制动直接将机械能转化为热能，制动方式简单可靠；能耗制动是将系统的动能转换成电能消耗在制动电阻上；反接制动是将电机绕组接向电源的极性对调，制动效果明显，但是需要电源提供制动电流。上述制动方式，均不能有效地回收和利用能量，而回馈制动则可以将机械能转化为电能回馈到储能装置。其常用的控制方式有:最大允许制动转矩控制方式、基于能量回馈曲线(制动曲线)的控制方式和回馈电流恒定的控制方式。最大允许制动转矩控制方式能够提供最大回馈电流，但其制动的动态波动性较大，可靠性较低；基于能量回馈曲线的控制方式可以实现制动的安全平稳，但限制因素较多，控制复杂。
技术实现思路
本专利技术实施例之一，一种直流无刷电机回馈制动控制方法，该方法基于同步整流的制动控制，VT1、VT2、VT3、VT4、VT5和VT6为直流无刷电机三相调制开关管。在一个周期内，所述直流无刷电机同样有3个状态，也是每120°电角度换相一次，顺序如下：在0～2π/3为区间的续流阶段，调制导通VT4的同时导通VT6，代替VD6作为续流回路，电流回路为A相→VT4→VT6→B相，在2π/3～4π/3和4π/3～2π的充电阶段，调制关断VT4同时开起VT1，代替VD1作为充电回路，电流回路为A相→VT1→电源正→电源负→VT6→B相，同时，实时检测泵升电压，如果泵升电压高于直流母线电压，则在充电阶段可以调制导通VT1，代替VD1作为充电回路，以减小压降；如果泵升电压低于直流母线电压，则在充电阶段必须调制关断VT1，利用二极管VD1的单向导电性，截止电流反向，保证电磁转矩仍为制动性质，在制动过程中，转矩给定值与电机实际转矩的差值通过控制器调节PWM的占空比，从而控制回馈电流i的恒定，使制动转矩跟随给定转矩的参考值变化，实现制动的恒转矩闭环控制。本专利技术提出了基于同步整流的回馈制动控制新方法，即在回馈制动的同时利用同步整流技术，反向导通开关器件代替二极管作为电流回路。由于开关器件的通态电阻很小，因此利用同步整流技术可减小回路压降，降低功率损耗，实现高效回馈制动。附图说明通过参考附图阅读下文的详细描述，本专利技术示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本专利技术的若干实施方式，其中：图1本专利技术实施例中同步整流制动续流状态示意图。图2本专利技术实施例中同步整流制动充电状态示意图。图3现有技术中制动方法电机转速变化过程曲线图。图4本专利技术实施例中同步整流制动方法电机转速变化过程曲线图。图5现有技术中制动方法电机转矩变化过程曲线图。图6本专利技术实施例中同步整流制动方法电机转矩变化过程曲线图。具体实施方式回馈制动一般发生在电机转速低于额定转速时，因此称之为低速能量回馈制动。在制动过程中电机产生与运行方向相反的电磁转矩，同时将电机的动能转化为电能回馈至蓄电池。但只有当电机端电压高于直流侧端电压时，电机才能向蓄电池输出电能。低速能量回馈制动时电机两相绕组串联后线电势的幅值2e总是低于蓄电池的直流母线电压Ud，因此无法直接回馈。由于电机绕组属感性元件，故可利用升压斩波原理。在一个PWM周期内，当t0～t1时，绕组电感储能，回路电流上升，此阶段称之为续流阶段；当t1～t2时，绕组电感放电，向蓄电池充电，回路电流下降，此阶段称之为充电阶段。根据一个或者多个实施例，如图1所示，一个PWM调制周期内电流波形在回馈制动时，常采用半桥斩波的调制方式，即只对相同半桥上的3只功率器件进行PWM调制(如下半桥VT4、VT6、VT2)；而另外半桥上的3只功率器件总保持截止(如上半桥VT1、VT3、VT5)。图2为电机制动时的功率管导通逻辑，上桥臂3个功率管全部关断，反电势为最大值相的下桥臂功率管斩波。回馈电流i的大小与反电势的大小及功率管触发脉冲的占空比有关:反电势越大，则回馈电流越大；占空比越大，则回馈电流越大。因此，在反电势一定的情况下，调节功率管开关器件的PWM占空比就能控制回馈电流i，进而控制制动转矩。在制动过程中，常采用回馈电流恒定的控制方式，转矩给定值与电机实际转矩的差值通过控制器调节PWM的占空比，从而控制回馈电流i的恒定，使制动转矩跟随给定转矩的参考值变化，实现制动的恒转矩闭环控制。在恒转矩制动控制的续流阶段和充电阶段，回馈电流都会流经功率器件的二极管。由于二极管的通态压降较大，回馈电流明显减小，因而产生较大的功率损耗。为了减小回路压降，实现高效驱动，本文提出了基于同步整流的新型制动控制方式。利用功率器件可反向导通，且通态电阻较小的特点，在回馈制动中反向导通开关器件代替二极管作为电流回路，以此降低制动时电流回路的压降，减小功率损耗，提高能量回馈的系统效率。以A、B相导通时制动为例，在0～2π/3为区间的续流阶段，调制导通VT4的同时导通VT6，代替VD6作为续流回路，电流回路为A相→VT4→VT6→B相，电路原理如图1所示。在2π/3～4π/3和4π/3～2π的充电阶段，调制关断VT4同时开起VT1，代替VD1作为充电回路，电流回路为A相→VT1→电源正→电源负→VT6→B相，电路原理如图2所示。采用本专利技术的控制方法必须实时检测泵升电压，如果泵升电压高于直流母线电压，则在充电阶段可以调制导通VT1，代替VD1作为充电回路，以减小压降；如果泵升电压低于直流母线电压，则在充电阶段必须调制关断VT1，利用二极管VD1的单向导电性，截止电流反向，保证电磁转矩仍为制动性质。根据以上分析，采用基于同步整流的回馈制动方法，一个周期电机同样有3个状态，也是每120°电角度换相一次，调通顺序为表1。表1导通顺序表图4是同步整流的回馈制动同步整流制动，二极管的导通顺序区间及调制顺序为0～2/3π：VT2→VT3→VT4→VT5→VT6；2/3π～4/3π：VT1→VT2→VT4→VT5→VT6；4/3π～2π:VT1→VT2→VT3→VT4→VT6，但在实际应用中，考虑到制动的快速性和回馈的效果，同时为了使控制简单，常对以上导通顺序进行简化。仍以A、B相导通时进行制动为例，在0～2π/3的续流阶段，可以调制导通VT6，代替VD6作为续流回路；而充电阶段对应在2π/3～4π/3和4π/3～2π，与续流区间0～2π/3相邻的区间为2π/3～4π/3，制动的快速性决定了在区间4π/3～2π的回馈效果甚微，因此在充电阶段可只针对2π/3～4π/3区间进行同步整流。此时仍然需要实时检测泵升电压并同直流母线电压相比较，以保证制动性的电磁转矩。简化后功率管开关器件的导通顺序为表2。表2简化后的导通顺序本专利技术方法通过仿真实验验证，基于MATLAB/Simulink建立无刷直流电机驱动系统，电动运行采用双闭环控制策略，回馈制动中采用PI控制，以实现回馈电流的恒流控制。使用的方波型无刷直流电机具体参数如下:额定电压U＝48V，额定功率P＝185W，极对数p＝4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直流无刷电机回馈制动控制方法，其特征在于，该方法基于同步整流的制动控制，VT1、VT2、VT3、VT4、VT5和VT6为直流无刷电机三相调制开关管，在一个周期内，所述直流无刷电机同样有3个状态，也是每120°电角度换相一次，顺序如下：

【技术特征摘要】
1.一种直流无刷电机回馈制动控制方法，其特征在于，该方法基于同步整流的制动控制，VT1、VT2、VT3、VT4、VT5和VT6为直流无刷电机三相调制开关管，在一个周期内，所述直流无刷电机同样有3个状态，也是每120°电角度换相一次，顺序如下：在0～2π/3为区间的续流阶段，调制导通VT4的同时导通VT6，代替VD6作为续流回路，电流回路为A相→VT4→VT6→B相，在2π/3～4π/3和4π/3～2π的充电阶段，调制关断VT4同时开起VT1，代替VD1作为充电回路，电流回路为A相→VT1→电源正→电源负→VT6→B...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾竹青，陆永耕，杨鑫，程松辽，袁红杰，
申请(专利权)人：上海电机学院，
类型：发明
国别省市：上海,31