可实现动能高效回收的电机控制系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术所公开的一种可实现动能高效回收的电机控制系统，包括电控单元，主控电路，受控电机，主控电路包括Ｈ型全桥电路、低压回路、高压回路，上述三个电路通过直流母线相互并联，主控电路三个输入端分别为全桥电路的第一输入端、低压回路的第二输入端、高压回路的第三输入端；电控单元的模拟信号输入端连接到受控电机模拟信号输出端；电控单元的第一输出端接全桥电路的第一输入端，电控单元的第二输出端接低压回路的第二输入端，电控单元的第三输出端接高压回路的第三输入端；全桥电路的电压端为主控电路的输出端。本发明专利技术无需使用大功率的直流变换器，借助于电机自身电感的续流作用，能提高动能回收的范围与效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电机控制系统及其控制方法，特别是一种可实现动能高效回收的电机控制控制系统及其控制方法。
技术介绍
电动车辆以电机作为动力装置，由电机控制系统根据指令控制电机输出确定的转矩与转速。为了尽量提高车辆的一次充电续航里程，电机控制系统不但要保证电机在电动状态的高性能，同样应保证电机工作于制动状态的高效的再生发电性能。目前，电动车辆主要使用直流斩波和交流变频两种调速方案。理论上，这两种方案在车辆下坡或减速过程中，都可以将动能回收并反馈到电能存储系统中。但是，为了实现电机制动电压与电源系统充电电压之间的匹配，在电机控制系统以外，需要增加一个可变输入电压的直流变换器。基于直流变换器的常规动能回收方案主要存在以下几个问题：1.直流变换器允许的升压与降压范围有限，制动电压过高或者过低都无法被有限利用，此时的动能只能消耗在传统的能耗制动器上。2.大功率的直流变换器不但体积巨大，而且成本较高。且变压范围越广所需电感元件的体积越大，成本越高。3.直流变换器本身存在功率损耗，大大降低了动能的回收率。并且变压范围越广，所需电感元件的体积越大，损耗越高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种无直流变换器的可实现动能高效回收的电机控制系统及其控制方法。本专利技术的电机控制系统不使用大功率的直流变换器，借助于电机自身电感的续流作用，利用脉冲宽度调试的方式实现制动电流与制动力的控制，并同时完成匹配充电电压的直流变换过程，实现制动或减速过程中电机系统多余的动能向直流电源系统的回馈，以达到降低再生制动的成本，提高动能回收的范围与效率。该电机控制系统可广泛应用于各种需工作于电动和发电两种工作状态，并使用直流电源供电的各种电机。特别地，该电机控制系统可应用于各种电动车辆。实现本专利技术目的技术解决方案为：一种可实现动能高效回收的电机控制系统，包括电控单元，主控电路，受控电机，主控电路包括H型全桥电路、低压回路、高压回路，上述三个电路通过直流母线相互并联，主控电路三个输入端分别为全桥电路的第一输入端、低压回路的第二输入端、高压回路的第三输入端；电控单元的模拟信号输入端连接到受控电机模拟信号输出端，以获得受控电机的电流和速度信息；电控单元的第一输出端接全桥电路的第一输入端，为全桥电路提供脉宽控制信号，电控单元的第二输出端接低压回路的第二输入端，为低压回路提供脉宽控制信号，电控单元的第三输出端接高压回路的第三输入端，为高压回路提供导通信号；全桥电路的电压端为主控电路的输出端，该端口接受控电机-->的控制端，以实现对受控电机端电压的控制。基于上述的可实现动能高效回收的电机控制系统的控制方法，包括以下步骤：第一步：伺服周期开始，控制器ECU从传感模块的电流传感器、转速传感器分别获取电流、转速等状态量，并获取相关指令信息；第二步：控制器ECU判断当前受控电机所需的工作模式，工作模式分为电动、发电和无动作三种；第三步：控制器ECU根据不同的工作模式控制功率开关模块的开关状态；电动模式的具体控制方法为：关闭第五功率开关模块，导通第六功率开关模块，对H桥的四个功率开关模块进行脉宽调制，以实现电机电流和转速的伺服控制；发电模式的具体控制方法为：关闭第六开关模块，关闭H桥的四个功率开关模块，对第六功率开关模块进行脉宽调制，以实现电机电流和转速的伺服控制；无动作模式的具体控制方法为：关闭所有的功率开关模块；第四步：伺服周期结束，并开始一个新的伺服周期。本专利技术与现有技术相比，其显著优点是：无需使用大功率的直流变换器，借助于电机自身电感的续流作用，利用脉冲宽度调制的方式实现制动电流的控制，并同时完成匹配充电电压的直流变换过程，实现动能向直流电源系统的反馈，以达到降低再生制动的成本，提高动能回收的范围与效率。附图说明图1为本专利技术的可实现动能高效回收的电机控制系统的电路框图。图2为本专利技术的可实现动能高效回收的电机控制系统的电路原理图。图3为本专利技术的可实现动能高效回收的电机控制系统的控制流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。由图1所示，本专利技术的一种可实现动能高效回收的电机控制系统，包括电控单元20，主控电路10，受控电机30，主控电路10包括H型全桥电路11、低压回路12、高压回路13，上述三个电路通过直流母线14相互并联，主控电路三个输入端分别为全桥电路11的第一输入端in1、低压回路12的第二输入端in2、高压回路13的第三输入端in3；电控单元20的模拟信号输入端Ai连接到受控电机30模拟信号输出端Ao，以获得受控电机30的电流和速度信息；电控单元20的第一输出端out1接全桥电路11的第一输入端in1，为全桥电路11提供脉宽控制信号，电控单元20的第二输出端out2接低压回路12的第二输入端in2，为低压回路12提供脉宽控制信号，电控单元20的第三输出端out3接高压回路13的第三输入端in3，为高压回路13提供导通信号；全桥电路11的电压端Vo为主控电路的输出端，该端口接受控电机30的控制端Vi，以实现对受控电机30端电压的控制。由图2可知，上述可实现动能高效回收的电机控制系统中，H型全桥电路11包括第一功率开关模块K1、第二功率开关模块K2、第三功率开关模块K3和第四功率开关模块K4，上述每个功率开关模块由一个功率开关管和一个续流二极管反向并联组成，即功率开关管的集电极接二极管的阴极，功率开关管的发射极接二极管的阳极；四个功率开关模块按照-->H型全桥电路方式连接，即第一功率开关模块K1的发射极接第四功率开关模块K4的集电极，第二功率开关模块K2的发射极接第三功率开关模块K3的集电极，第一功率开关模块K1的集电极与第二功率开关模块K2的集电极接直流母线14的正极，第四功率开关模块K4的发射极与第三功率开关模块K3的发射极接直流母线14的负极；H型全桥电路11的第一输入端in1包括四个端口，即第一功率开关模块K1的栅极in11、第二功率开关模块K2的栅极in12、第三功率开关模块K3的栅极in13和第四功率开关模块K4的栅极in14；受控电机30连接于所述的H型全桥电路11之间，即受控电机11的一个端子接到第一功率开关模块K1的发射极，受控电机的另一个端子接第二功率开关模块K2的发射极。上述的可实现动能高效回收的电机控制系统中，低压回路12包括一个低压超级电容器CL与一个功率开关模块K5，低压超级电容器CL与功率开关模块K5同向串联后连接于直流母线14，即第五功率开关模块K5的集电极接直流母线14的正极VH，第五功率开关模块K5的发射极接低压超级电容器CL的正极，低压超级电容器CL的负极接直流母线14的负极VL；第五功率开关模块K5由一个功率开关管和一个续流二极管反向并联组成。上述的可实现动能高效回收的电机控制系统中，高压回路13包括高压超级电容器CH与第六功率开关模块K6，高压超级电容器CH与反向的第六功率开关模块K6串联后，连接于直流母线14，即第六功率开关模块K6的发射极接直流母线14的正极VH，第六功率开关模块K6的集电极接高压超级电容器CH的正极，高压超级电容器CL的负极接直流母线14的负极VL；第六功率开关模块K6由一个功率开关管和一个续流二极管反向并联组成。上述可实现动能高效回收的电机控制系统中，电控单元20包括传本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可实现动能高效回收的电机控制系统，包括电控单元［２０］，主控电路［１０］，受控电机［３０］，其特征在于：主控电路［１０］包括Ｈ型全桥电路［１１］、低压回路［１２］、高压回路［１３］，上述三个电路通过直流母线［１４］相互并联，主控电路三个输入端分别为全桥电路［１１］的第一输入端［ｉｎ１］、低压回路［１２］的第二输入端［ｉｎ２］、高压回路［１３］的第三输入端［ｉｎ３］；电控单元［２０］的模拟信号输入端［Ａｉ］连接到受控电机［３０］模拟信号输出端［Ａｏ］，以获得受控电机［３０］的电流和速度信息；电控单元［２０］的第一输出端［ｏｕｔ１］接全桥电路［１１］的第一输入端［ｉｎ１］，为全桥电路［１１］提供脉宽控制信号，电控单元［２０］的第二输出端［ｏｕｔ２］接低压回路［１２］的第二输入端［ｉｎ２］，为低压回路［１２］提供脉宽控制信号，电控单元［２０］的第三输出端［ｏｕｔ３］接高压回路［１３］的第三输入端［ｉｎ３］，为高压回路［１３］提供导通信号；全桥电路［１１］的电压端［Ｖｏ］为主控电路的输出端，该端口接受控电机［３０］的控制端［Ｖｉ］，以实现对受控电机［３０］端电压的控制。

【技术特征摘要】
1.一种可实现动能高效回收的电机控制系统，包括电控单元[20]，主控电路[10]，受控电机[30]，其特征在于：主控电路[10]包括H型全桥电路[11]、低压回路[12]、高压回路[13]，上述三个电路通过直流母线[14]相互并联，主控电路三个输入端分别为全桥电路[11]的第一输入端[in1]、低压回路[12]的第二输入端[in2]、高压回路[13]的第三输入端[in3]；电控单元[20]的模拟信号输入端[Ai]连接到受控电机[30]模拟信号输出端[Ao]，以获得受控电机[30]的电流和速度信息；电控单元[20]的第一输出端[out1]接全桥电路[11]的第一输入端[in1]，为全桥电路[11]提供脉宽控制信号，电控单元[20]的第二输出端[out2]接低压回路[12]的第二输入端[in2]，为低压回路[12]提供脉宽控制信号，电控单元[20]的第三输出端[out3]接高压回路[13]的第三输入端[in3]，为高压回路[13]提供导通信号；全桥电路[11]的电压端[Vo]为主控电路的输出端，该端口接受控电机[30]的控制端[Vi]，以实现对受控电机[30]端电压的控制。2.根据权利要求1所述的可实现动能高效回收的电机控制系统，其特征在于，H型全桥电路[11]包括第一功率开关模块[K1]、第二功率开关模块[K2]、第三功率开关模块[K3]和第四功率开关模块[K4]，每个功率开关模块由一个功率开关管和一个续流二极管反向并联组成，即功率开关管的集电极接二极管的阴极，功率开关管的发射极接二极管的阳极；四个功率开关模块按照H型全桥电路方式连接，即第一功率开关模块[K1]的发射极接第四功率开关模块[K4]的集电极，第二功率开关模块[K2]的发射极接第三功率开关模块[K3]的集电极，第一功率开关模块[K1]的集电极与第二功率开关模块[K2]的集电极接直流母线[14]的正极，第四功率开关模块[K4]的发射极与第三功率开关模块[K3]的发射极接直流母线[14]的负极；H型全桥电路[11]的第一输入端[in1]包括四个端口，即第一功率开关模块[K1]的栅极[in11]、第二功率开关模块[K2]的栅极[in12]、第三功率开关模块[K3]的栅极[in13]和第四功率开关模块[K4]的栅极[in14]；受控电机[30]连接于所述的H型全桥电路[11]之间，即受控电机[11]的一个端子接到第一功率开关模块[K1]的发射极，受控电机的另一个端子接第二功率开关模块[K2]的发射极。3.根据权利要求1所述的可实现动能高效回收的电机控制系统，其特征在于，低压回路[12]包括一个低压超级电容器[CL]与一个功率开关模块[K5]，低压超级电容器[CL]与功率开关模块[K5]同向串联后连接于直流母线[14]，即第五功率开关模块[K5]的集电极接直流母线[14]的正极[VH]，第五功率开关模块[K5]的发射极接低压超级电容器[CL]的正极，低压超级电容器[CL]的负极接直流母线[14]的负极[VL]；第五功率开关模块[K5]由一个功率开关管和一个续流二极管反向并联组成，即功率开关管的集电极接二极管的阴极，功率开关管的发射极接二极管的阳极。4.根据权利要求1所述的可实现动能高效回收的电机控制系统，其特征在于，高压回路[13]包括高压超级电容器[CH]与第六功率开关模块[K6]，高压超级电容器[CH]与反向的第六功率开关模块[K6]串联后，连接于直流母线[14]，即第六功率开...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐照平，常思勤，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]