他励电机控制器及其控制方法技术

本发明专利技术是涉及他励电机控制器及其控制方法，控制器由功率部分和控制部分组成，包括电枢绕组驱动电路和励磁绕组驱动电路，单片机以及与其接口的外围电路，电枢绕组驱动电路由互补导通的整流功率管和续流功率管构成，整流功率管和续流功率管采用多个Ｎ沟道耗尽型功率ＭＯＳ管并联；励磁绕组驱动电路采用Ｈ桥结构，由Ｎ沟道耗尽型功率ＭＯＳ管驱动；其控制方法是由单片机程序实现的，通过各个输入电路对外部模拟信号和开关信号进行实时检测；根据结果，控制调节各个输出电路输出的控制信号；控制电机和各外部接触器、继电器、报警器以及状态指示ＬＥＤ，从而实现控制功能。本发明专利技术的他励电机控制器的结构紧凑、电路简洁、功能完善，具有很高的可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电机控制技术，尤其是涉及基于单片机的他励电机控制器的系统结构的设计方案以及所采用的控制策略。祖旦仕|电动车辆使用的他励电机控制器基本上都是全数字控制系统，控制电路基于单片机及相应的外围电路实现。目前市场上主流的他励电机控制器为科蒂斯的他励电机控制器系列产品，其控制电路采用了基于主从两个单片机的方式实现，并且采用了外挂的EEPR0M，外围接口电路多，结构相对复杂；由于采用这种硬件方案，使得控制软件的设计也分成了两部分实现，通过主从处理器特定的通信机制来进行配合，以实现整个系统的各种控制功能。整个控制系统的硬件结构和软件结构都相对复杂，会增加故障概率，影响运行的可靠性。同时，目前的他励电机控制器的故障诊断和处理机制并不是十分完善，特别是电机电枢驱动功率管的短路检测和保护并没有得到很好的解决。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出一种他励电机控制器的系统结构，其控制电路基于一个单片机实现，该单片机集成了足够满足控制需要容量的EEPR0M，从而不需要外挂EEPR0M。这样，处理器的外围接口电路大为减少，使得故障点减少，硬件结构更为紧凑；软件设计基于一个单片机实现，软件系统复杂度降低，可靠性提高。同时，本专利技术增加了专门的硬件电路来检测功率管短路故障，有效地实现了电枢驱动功率管的短路保护功能，大大提高了整个系统的可靠性。本专利技术的目的通过以下方式实现，本专利技术提出一种他励电机控制器，由功率部分和控制部分组成，所述的功率部分包括电枢绕组驱动6电路和励磁绕组驱动电路，所述控制部分包括单片机以及与其接口的外围电路，所述电枢绕组驱动电路由采用同步整流方式的互补导通的整流功率管和续流功率管构成，整流功率管和续流功率管采用多个N沟道耗尽型功率MOS管并联；所述励磁绕组驱动电路采用H桥结构，由N沟道耗尽型功率M0S管驱动；所述单片机接口外围电路包括输入部分和输出部分；所述输入部分包括模拟信号调理电路和开关信号调理电路，所述输出部分包括功率管驱动电路、外部电磁线圈绕组驱动电路、报警器驱动电路以及状态指示灯驱动电路；其中，所述模拟信号调理电路将外部输入的模拟检测信号进行放大或縮小，滤波后输入到单片机中，再由单片机进行采样和AD转换后供控制程序使用；所述开关信号调理电路将外部输入的开关信号进行电平转换和滤波处理，然后通过单片机1/0 口输入到单片机，以供控制程序使用。所述模拟信号调理电路包括电池电压检测电路、电容电压检测电路、电枢电流检测电路、励磁电流检测电路、主接触器和辅助继电器绕组电压检测电路、温度检测电路以及加速信号检测电路；所述开关信号调理电路包括钥匙开关信号检测电路、方向开关信号检测电路、脚踏微动开关信号检测电路、模式开关信号检测电路、霍尔速度传感器信号检测电路、电磁线圈驱动过流信号检测电路以及M-短路信号检测电路。所述功率管驱动电路包括电枢电路的功率管驱动电路和励磁电路的功率管驱动电路，电枢电路的功率管驱动电路采用IR2110S驱动芯片及其外围电路构成，所述励磁电路的功率管驱动电路 用L6384D驱动芯片及其外围电路构成；所述外部电磁线圈绕组驱动电路的每路驱动输出采用一个MOS管，用于驱动外部接触器或继电器；所述报警 器驱动电路采用NPN三极管，用于驱动外部报警蜂鸣器或喇叭；所述状态指示灯驱动电路内置显示故障状态的LED,由I/O 口直接驱动。本专利技术还提出了基于上述硬件平台的他励电机控制方法，所述方 法的各项功能是在控制器硬件平台上由单片机程序实现的，所述的控制方法包括步骤单片机通过各个输入电路对外部模拟信号和开关信号进行实时根据这些实时参数值的检测结果，控制调节各个输出电路输出的 控制信号；通过所述控制信号来控制电机和各外部接触器、继电器、报警器以及状态指示LED，从而实现控制器系统的控制功能。所述实时检测的外部模拟信号包括加速器输入信号，将加速输入 信号转换成电压信号输入单片机，单片机将该电压信号进行AD转换 变成数字信号，单片机控制程序根据加速输入信号调节输出的电枢驱 动P画信号占空比，再通过功率管驱动电路，控制电枢绕组驱动电路， 实现电机转速加速器的开环调节。在根据加速输入信号调节电枢驱动 P麵信号占空比时加入给定积分控制环节，使电机以一定的加速率和 减速率来平缓加减速。其中加速率和减速率为客户可编程参数。所述的外部模拟信号包括励磁电流实时检测值与给定参考值，所 述励磁电流的实时检测值的检测是以励磁绕组驱动MOS管的沟道电 阻为电流采样电阻来实现的，所述给定参考值是利用霍尔电流传感器 将电枢电流转换为电压信号，经过放大和滤波后输入到单片机，在单 片机中经过AD转换得到实时电枢电流检测值，单片机控制程序根据 该实时电枢电流检测值计算对应的励磁电流给定参考值，以该值为参 考，通过比较励磁电流实时检测值与给定参考值来调节输出的励磁驱8动P丽信号占空比，再通过功率管驱动电路，使励磁电流实际值跟踪 给定参考值，实现励磁电流的预测控制和闭环调节。当单片机检测到所述实时电枢电流检测值超过内部设置的限流 值时，控制程序将进入电枢电流闭环调节状态，加速器开环调节失去 作用，在电枢电流闭环调节状态下，单片机程序通过比较电枢电流实 时检测值与内部设定限流值的大小，对电枢驱动P麵信号占空比进行 调节，从而控制电枢电流实际值保持限流设定值不变，实现限流功能， 当实际所需电枢电流小于限流设定值以后，程序将退出限流状态，重 新进入加速器开环控制。当单片机检测到电枢电流实时检测值为负值时，控制程序将进入 再生制动调节状态，单片机实时检测电容电压和电枢电流值，与内部 设定的过压值和再生限流值进行比较，当电容电压检测值超过过压值 或是电枢电流超过再生限流值时，单片机控制程序通过调节减速率来 调节电枢驱动P丽信号的占空比，实现平滑连续的制动力矩控制以及 对再生过程中由于电容反充电导致的过电压进行限制，以该限流值为 参考对再生制动电流进行闭环控制，实现平滑连续的制动效果。所述的外部模拟信号包括霍尔转速传感器所产生的电机实时转 速信号，当检测到所述电机实时转速超过单片机内部设定的限速值 时，控制程序将进入速度闭环调节状态，单片机程序通过比较电机转 速实测值与内部设定限速值的大小，对电枢驱动P丽信号占空比进行 调节，控制电机转速实际值保持限速设定值不变；当加速器输入减小 或是由于负载增加使得转速降低，程序将退出限速状态，重新进入加 速器开环控制。所述的开关信号包括M-短路检测信号、主接触器驱动过流信号、 防滑制动继电器驱动过流信号，用于进行故障诊断。将M-短路检测 信号对应的M-点平均电压经过运算放大器放大电路放大后，与基准电压进行比较，产生一个开关信号输入单片机，控制程序通过检测这 个开关信号的状态，结合M-短路的判据，进行功率管击穿短路故障 的诊断。主接触器驱动过流信号和防滑制动继电器驱动过流信号直接 与相应的基准电压比较后产生的开关信号输入单片机，进行主接触器 或防滑制动继电器驱动短路故障的诊断。所述开关信号包括锁线开关信号、方向开关信号、脚踏互锁开关 信号，所述的开关信号反馈给单片机，单片机程序根据开关信号的状 态来控制主接触器、防滑制动继电器以及报警器的驱动输出。所述的内置的状态指示LED由单片机程序根据故障诊断的结果本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种他励电机控制器，由功率部分和控制部分组成，所述的功率部分包括电枢绕组驱动电路和励磁绕组驱动电路，所述控制部分包括单片机以及与其接口的外围电路，其特征在于，　所述电枢绕组驱动电路由采用同步整流方式的互补导通的整流功率管和续流功率管构 成，整流功率管和续流功率管采用多个Ｎ沟道耗尽型功率ＭＯＳ管并联；　所述励磁绕组驱动电路采用Ｈ桥结构，由Ｎ沟道耗尽型功率ＭＯＳ管驱动；　所述单片机接口外围电路包括输入部分和输出部分；　所述输入部分包括模拟信号调理电路和开关信 号调理电路，所述输出部分包括功率管驱动电路、外部电磁线圈绕组驱动电路、报警器驱动电路以及状态指示灯驱动电路；　其中，所述模拟信号调理电路将外部输入的模拟检测信号进行放大或缩小，滤波后输入到单片机中，再由单片机进行采样和ＡＤ转换后供控制 程序使用；所述开关信号调理电路将外部输入的开关信号进行电平转换和滤波处理，然后通过单片机Ｉ／Ｏ口输入到单片机，以供控制程序使用。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孔昭松，杨新璇，
申请(专利权)人：天津市松正电动科技有限公司，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]