一種應(yīng)用單電流傳感器的無刷直流電機(jī)回饋制動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種應(yīng)用單電流傳感器的無刷直 流電機(jī)回饋制動(dòng)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在交通擁堵，車輛日益增多的大中城市，汽車，摩托車等依靠化石燃料的交通正面 臨著全球石油資源緊缺和環(huán)境污染的問題，依靠化石燃料的車輛通常使用內(nèi)燃機(jī)作為發(fā)動(dòng) 機(jī)，為車輛提供動(dòng)力，但內(nèi)燃機(jī)工作效率非常低，并且燃料不可再生，這也造成了傳統(tǒng)車輛 能源浪費(fèi)的現(xiàn)狀。
[0003] 電動(dòng)車輛，如電動(dòng)汽車、電動(dòng)摩托車、電動(dòng)自行車等采用更為高效的電動(dòng)機(jī)作為動(dòng) 力輸出。其中永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)因其具有控制簡(jiǎn)單、功率密度大、效率高、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、過 載能力強(qiáng)、調(diào)速性能好、無碳刷免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于輕型電動(dòng)車輛。
[0004]與內(nèi)燃機(jī)所驅(qū)動(dòng)的車輛不同，電動(dòng)車輛通常采用蓄電池作為儲(chǔ)能裝置，由于蓄電 池能量密度相對(duì)較低，導(dǎo)致電動(dòng)車輛續(xù)航里程遠(yuǎn)低于燃油發(fā)動(dòng)機(jī)車輛。
[0005] 由于電動(dòng)車輛在實(shí)際道路行駛時(shí)會(huì)頻繁的進(jìn)行制動(dòng)，因而采取回饋制動(dòng)的方式能 有效地把車輛動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能存儲(chǔ)進(jìn)蓄電池，從而增加電動(dòng)車輛的續(xù)航里程。然而已有的 制動(dòng)能量回收方法多采用較為簡(jiǎn)單的開環(huán)控制、單一電壓閉環(huán)控制或電機(jī)相電流閉環(huán)控 制，如專利201210435990. 2和201420254918. 4所述，然而這些方法無法最大限度地回收制 動(dòng)能量。主要原因在于蓄電池存在最大允許充電電流限制，上述方法不能直接有效控制回 送到蓄電池的電流；為了避免損壞蓄電池電池及延長(zhǎng)蓄電池壽命，上述方法不得不減小回 饋電流，造成無法最大化獲得回饋到電池的能量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是，通過制動(dòng)能量回饋，最大化地將車輛動(dòng)能轉(zhuǎn)化為 電能回送給蓄電池，以最大限度地提高電動(dòng)車輛的續(xù)航里程。本發(fā)明采用電機(jī)電樞電流與 回送蓄電池電流雙閉環(huán)控制方法，并且只應(yīng)用了單電流傳感器。
[0007]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0008]一種應(yīng)用單電流傳感器的無刷直流電機(jī)回饋制動(dòng)系統(tǒng)，包括：母線電流傳感器，永 磁無刷直流電機(jī)，蓄電池，母線電容，三相全橋逆變器；RC低通濾波器，直流母線電流調(diào)節(jié) 器，直流母線過壓保護(hù)模塊，電樞電流調(diào)節(jié)器，PWM調(diào)制器。
[0009]永磁無刷直流電機(jī)的三相繞組與三相全橋逆變器的三個(gè)半橋臂相連；三相全橋逆 變器與母線電容和蓄電池的正負(fù)母線并聯(lián)在一起；母線電流傳感器放置在正母線或負(fù)母線 上，用于檢測(cè)三相全橋逆變器流過的母線電流；直流母線過壓保護(hù)模塊的輸入是母線電壓 信號(hào)UDC，其輸出到直流母線電流調(diào)節(jié)器；PWM調(diào)制器輸出的PWM信號(hào)到三相全橋逆變器，其 輸入分別來自永磁無刷直流電機(jī)輸出Hall信號(hào)及電樞電流調(diào)節(jié)器；母線電流傳感器的輸 出信號(hào)同時(shí)輸入給電樞電流調(diào)節(jié)器和RC低通濾波器；RC低通濾波器輸出信號(hào)到直流母線 電流調(diào)節(jié)器；來自外部的剎車給定信號(hào)輸入到直流母線電流調(diào)節(jié)器；直流母線電流調(diào)節(jié)器 輸出信號(hào)到電樞電流調(diào)節(jié)器；電樞電流調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)至PWM調(diào)制器。
[0010] 回饋制動(dòng)過程為：三相全橋逆變器中兩相下橋臂開關(guān)管根據(jù)永磁無刷直流電機(jī) 的霍爾傳感器位置信號(hào)分別導(dǎo)通和PWM斬波，對(duì)電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行升壓以回送電流到蓄電 池。
[0011] 電樞電流調(diào)節(jié)器對(duì)脈沖電流信號(hào)的峰值進(jìn)行采樣，獲得永磁無刷直流電機(jī)的電樞 電流；脈沖電流信號(hào)通過RC低通濾波器的濾波，獲得直流分量，作為直流母線電流信號(hào)。
[0012] 在制動(dòng)回饋過程中，電樞電流調(diào)節(jié)器對(duì)永磁無刷直流電機(jī)電樞電流進(jìn)行閉環(huán)控 制，其反饋量為電機(jī)電樞電流，其給定量為直流母線電流調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)。
[0013] 在制動(dòng)回饋過程中，直流母線電流調(diào)節(jié)器對(duì)直流母線電流進(jìn)行閉環(huán)控制，其反饋 量為直流母線電流信號(hào)，其給定值根據(jù)所述蓄電池的充放電特性所決定。
[0014] 在制動(dòng)回饋過程中，電樞電流閉環(huán)作為內(nèi)環(huán)，直流母線電流閉環(huán)作為外環(huán)，構(gòu)成雙 閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)。
[0015] 制動(dòng)回饋過程中，母線電壓信號(hào)超過三相全橋逆變器開關(guān)器件所能承受的限額電 壓時(shí)，清零外環(huán)的電流給定，即把剎車給定信號(hào)置零；母線電壓信號(hào)低于設(shè)定下限時(shí)，恢復(fù) 剎車給定信號(hào)；母線電壓信號(hào)檢測(cè)是實(shí)時(shí)的。
[0016] 所述系統(tǒng)還可作為無刷直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器，蓄電池電壓高于最低限值時(shí)，通過控 制三相全橋逆變器的六個(gè)開關(guān)管通斷，實(shí)現(xiàn)永磁無刷直流電機(jī)的電動(dòng)運(yùn)行。
[0017] 本發(fā)明的好處在于：采用雙閉環(huán)回饋過程控制，可以最大限度地保證回饋給蓄電 池的能量，又能夠有效控制電機(jī)的制動(dòng)力矩，同時(shí)兼顧了駕駛體驗(yàn)和能量回饋效果；回饋過 程控制僅需要單電流傳感器，成本較低；電池電量較充足的情況下也不會(huì)完全失去制動(dòng)能 力，有效提尚了系統(tǒng)的安全性。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發(fā)明的制動(dòng)能量回饋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；
[0019] 圖2為本發(fā)明的制動(dòng)能量回饋系統(tǒng)母線電流傳感器采樣波形圖；
[0020] 圖3為本發(fā)明的制動(dòng)能量回饋系統(tǒng)母線電流傳感器信號(hào)通過RC低通濾波后的波 形圖。
[0021] 圖中：1、RC低通濾波器，2、直流母線電流調(diào)節(jié)器，3、直流母線過壓保護(hù)模塊，4、電 樞電流調(diào)節(jié)器，5、PWM調(diào)制器，6、母線電流傳感器，7、永磁無刷直流電機(jī)，8、蓄電池，9、母線 電容，10、三相全橋逆變器。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 如圖1-3所示，一種應(yīng)用單電流傳感器的無刷直流電機(jī)回饋制動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包 括RC低通濾波器1、直流母線電流調(diào)節(jié)器2、直流母線過壓保護(hù)模塊3、電樞電流調(diào)節(jié)器4、 PWM調(diào)制器5、母線電流傳感器6、永磁無刷直流電機(jī)7、蓄電池8、母線電容9、三相全橋逆變 器10。
[0023] 永磁無刷直流電機(jī)7的三相繞組與三相全橋逆變器10的三個(gè)半橋臂相連；三相全 橋逆變器10與母線電容9和蓄電池8的正負(fù)母線并聯(lián)在一起；母線電流傳感器6放置在正 母線或負(fù)母線上，用于檢測(cè)三相全橋逆變器10中流過的母線電流；直流母線過壓保護(hù)模塊 3的輸入是母線電壓信號(hào)UDC，其輸出到直流母線電流調(diào)節(jié)器4 ;PWM調(diào)制器5輸出的PWM信 號(hào)到三相全橋逆變器10,其輸入分別來自永磁無刷直流電機(jī)7輸出Hall信號(hào)及電樞電流 調(diào)節(jié)器4 ;母線電流傳感器6的輸出信號(hào)Iph同時(shí)輸入給電樞電流調(diào)節(jié)器4和RC低通濾波 器1 ;RC低通濾波器1輸出信號(hào)Id。到直流母線電流調(diào)節(jié)器2 ;來自外部的剎車給定信號(hào)輸 入到直流母線電流調(diào)節(jié)器2 ;直流母線電流調(diào)節(jié)器2輸出信號(hào)IphMf到電樞電流調(diào)節(jié)器4 ;電 樞電流調(diào)節(jié)器4輸出信號(hào)至PWM調(diào)制器5。
[0024] 三相全橋逆變器10包含六個(gè)開關(guān)管V1-V6,每個(gè)開關(guān)管內(nèi)各有一個(gè)二極管，本別 為D1-D6。開關(guān)管V1、V3、V5的正極性端相連，并與母線電流傳感器6連接；開關(guān)管V4、V6、 V2的負(fù)極性端相連，并與母線電容9和蓄電池8的負(fù)母線連接；VI、V3、V5的負(fù)極性端分別 與V2、V4、V6的正極性端連接，構(gòu)成三個(gè)半橋。
[0025] 本回饋制動(dòng)系統(tǒng)，電樞電流調(diào)節(jié)器4對(duì)脈沖電流信號(hào)1_的峰值進(jìn)行采樣，獲得永 磁無刷直流電機(jī)7的電樞電流Ia;脈沖電流信號(hào)Iph通過RC低通濾波器3的濾波，獲得直流 母線電流信號(hào)Id。。
[0026] 在制動(dòng)回饋過程中，電樞電流調(diào)節(jié)器4對(duì)永磁無刷直流電機(jī)7電樞電流進(jìn)行閉環(huán) 控制，其反饋量為電樞電流Ia，其給定量為直流母線電流調(diào)節(jié)器2輸出信號(hào)Iphrrf;同時(shí)，直 流母線電流調(diào)節(jié)器4對(duì)直流母線電流進(jìn)行閉環(huán)控制，其反饋量為直流母線電流信號(hào)Id。，其 給定值根據(jù)所述蓄電池8的充放電特性所決定；電樞電流閉環(huán)作為內(nèi)環(huán)，直流母線電流閉 環(huán)作為外環(huán)，