一種電池供電的永磁同步電機剎車控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電池供電的永磁同步電機剎車控制方法，應用于電池、變頻器、永磁同步電機和負載組成的系統(tǒng)，所述變頻器的控制方法包括以下步驟：（1）、在永磁同步電機剎車期間，在滿足剎車速度曲線要求以及確保電池充電電流不超過電池充電電流最大安全值的條件下，確定電壓幅值和電壓角度；（2）、基于確定的電壓幅值和電壓角度計算向永磁同步電機的輸出電壓，并向永磁同步電機輸出，實現(xiàn)永磁同步電機的剎車性能，本發(fā)明既實現(xiàn)了剎車速度曲線要求，滿足剎車性能，同時還有效保證了在永磁同步電機剎車時，電池充電電流不超過電池充電電流最大安全值，保證電池的使用壽命。
【專利說明】—種電池供電的永磁同步電機剎車控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種永磁同步電機剎車控制方法，特別是一種電池供電的永磁同步電機剎車控制方法，應用于電池、變頻器、永磁同步電機和負載組成的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]所謂的電池供電的永磁同步電機剎車控制方法一般應用在電動車領(lǐng)域中。常規(guī)的電動車永磁同步電機的剎車方法一般采用機械剎車，即附加機械裝置抱死永磁同步電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸或其從動部件實現(xiàn)剎車，結(jié)構(gòu)復雜、成本高，且由于磨損打滑、損壞等原因容易導致剎車失效，無法保證永磁同步電機的剎車性能，存在較大的安全隱患?？紤]到以上所述機械剎車的缺點，已有直接采用由變頻器控制的電子剎車方法實現(xiàn)電動車的永磁同步電機剎車，即將永磁同步電機機械能先轉(zhuǎn)化為電能再轉(zhuǎn)化為熱能。但現(xiàn)有的電子剎車方法雖然實現(xiàn)了剎車速度曲線要求，但無法保證在永磁同步電機剎車時，電池充電電流不超過電池充電電流最大安全值，電池很可能因此受到損壞，導致其使用壽命無法得到確保。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種電池供電的永磁同步電機剎車控制方法，既實現(xiàn)剎車速度曲線要求，滿足剎車性能，同時還有效保證在永磁同步電機剎車時，電池充電電流不超過電池充電電流最大安全值，保證電池的使用壽命。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0005]一種電池供電的永磁同步電機剎車控制方法,應用于電池、變頻器、永磁同步電機和負載組成的系統(tǒng)，其中:所述變頻器的控制方法包括以下步驟:
[0006](I)、在永磁同步電機剎車期間，在滿足剎車速度曲線要求以及確保電池充電電流不超過電池充電電流最大安全值的條件下，確定電壓幅值和電壓角度；
[0007]( 2 )、基于確定的電壓幅值和電壓角度計算向永磁同步電機的輸出電壓，并向永磁同步電機輸出，實現(xiàn)永磁同步電機的剎車性能。
[0008]優(yōu)選地，所述的確定電壓幅值的步驟采用速度閉環(huán)控制模式；進一步優(yōu)選地，優(yōu)選地，所述的速度閉環(huán)控制模式是指根據(jù)剎車速度曲線要求輸出的永磁同步電機目標速度與其實際速度之間的誤差，經(jīng)過PI控制器調(diào)節(jié)后輸出，完成電壓幅值的確定。本發(fā)明所述的速度閉環(huán)控制模式是本【技術(shù)領(lǐng)域】的常規(guī)術(shù)語，意指變頻器以控制電機的實際轉(zhuǎn)速為目的，由PI (Proportional Integral)控制器實現(xiàn),永磁同步電機的實際速度通過編碼器(或其它檢測方式)檢測。本發(fā)明所述的剎車速度曲線是按系統(tǒng)應用要求進行設(shè)置的。本發(fā)明所述的PI控制器具有比例調(diào)節(jié)和積分調(diào)節(jié)功能。
[0009]優(yōu)選地，所述的確定電壓角度的步驟為:在永磁同步電機剎車期間，檢測永磁同步電機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置，基于永磁同步電機轉(zhuǎn)速確定各轉(zhuǎn)速點的轉(zhuǎn)子位置與電壓角度之間的夾角，以及結(jié)合轉(zhuǎn)子位置，計算得到電壓角度，完成電壓角度的確定。
[0010]本發(fā)明所述的電壓角度是指永磁同步電機的定子電壓相位角。[0011]優(yōu)選地，所述的確定電壓角度的步驟還包括電池電流輔助控制環(huán)節(jié)，所述的電池電流輔助控制環(huán)節(jié)輸出用于調(diào)整各轉(zhuǎn)速點的轉(zhuǎn)子位置與電壓角度之間的夾角的修正角，當電池充電電池小于或等于電池充電電流最大安全值時，修正角為零；當充電電流大于電池充電電流最大安全值時，修正角對各轉(zhuǎn)速點的轉(zhuǎn)子位置與電壓角度之間的夾角進行修正，以降低永磁同步電機的工作效率，即降低電池充電電流，從而把電池充電電流控制在其安全值范圍內(nèi)，保證電池的使用壽命。
[0012]優(yōu)選地，所述的基于永磁同步電機轉(zhuǎn)速確定各轉(zhuǎn)速點的轉(zhuǎn)子位置與電壓角度之間的夾角以永磁同步電機處于其最佳工作效率為控制目標，使得在滿足剎車速度曲線要求以及確保電池充電電流不超過電池充電電流最大安全值的條件下，使電池最大程度地實現(xiàn)充電，有效延長了電池的運行時間，如負載為電動車類，則有效延長了電動車的運行里程。
[0013]優(yōu)選地，所述的電池電流輔助控制環(huán)節(jié)具體包括電池充電電流檢測、單向限幅控制和比例控制器，所述的比例控制器根據(jù)電池充電電流檢測和預先設(shè)置的電池充電電流最大安全值輸出用于調(diào)整各轉(zhuǎn)速點的轉(zhuǎn)子位置與電壓角度之間的夾角的修正角，單向限幅控制使得電池電流輔助控制環(huán)節(jié)僅在電池充電電流大于或接近電池充電電流最大安全值時器起作用，即當電池充電電池小于或等于電池充電電流最大安全值時，修正角為零；當充電電流大于電池充電電流最大安全值時，計算并確定修正角，以降低永磁同步電機的工作效率，即降低電池充電電流，從而把電池充電電流控制在其安全值范圍內(nèi)，保證電池的使用壽命。
[0014]本發(fā)明所述的比例控制器也可稱為KP控制器，具有比例調(diào)節(jié)功能，即具備傳統(tǒng)PI控制器中的比例項功能。
[0015]優(yōu)選地，通過速度檢測模塊檢測得到永磁同步電機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置。所述的速度檢測模塊包括傳感器，進一步優(yōu)選地，所述的傳感器可以是霍爾傳感器或位于其他位置的傳感器。
[0016]優(yōu)選地，通過角度轉(zhuǎn)速表檢測得到各轉(zhuǎn)速點的轉(zhuǎn)子位置與電壓角度之間的夾角。
[0017]優(yōu)選地，所述的永磁同步電機的最佳工作效率是通過測功機測試得到的。
[0018]本發(fā)明所述的永磁同步電機是公知的，核心部件包括定子和永磁磁極轉(zhuǎn)子，定子包括繞組等。進一步地，與對于本發(fā)明未涉及的解釋內(nèi)容或其他技術(shù)內(nèi)容相信是本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知常識或慣用手段，在此不再一一文字贅述。
[0019]本發(fā)明所述的負載可以是電動自行車、電動車或混合動力汽車，也可以是其他類型。
[0020]當然，顯而易見地，本發(fā)明所述的永磁同步電機剎車控制方法根據(jù)實際需求應用與交流電源、變頻器、永磁同步電機和負載組成的系統(tǒng)。
[0021]本發(fā)明的工作原理和優(yōu)點:
[0022]1、本發(fā)明既滿足了根據(jù)剎車速度曲線需求實現(xiàn)對永磁同步電機的剎車的同時，本發(fā)明還通過電池電流輔助控制環(huán)節(jié)輸出用于調(diào)整各轉(zhuǎn)速點的轉(zhuǎn)子位置與電壓角度之間的夾角的修正角，當電池充電電池小于或等于電池充電電流最大安全值時，修正角為零；當充電電流大于電池充電電流最大安全值時，修正角對各轉(zhuǎn)速點的轉(zhuǎn)子位置與電壓角度之間的夾角進行修正，以降低永磁同步電機的工作效率，即降低電池充電電流,從而把電池充電電流控制在其安全值范圍內(nèi)，有效保證了電池的使用壽命。[0023]2.本發(fā)明以永磁同步電機處于其最佳工作效率為控制目標，基于永磁同步電機轉(zhuǎn)速確定各轉(zhuǎn)速點的轉(zhuǎn)子位置與電壓角度之間的夾角使得在滿足剎車速度曲線要求以及確保電池充電電流不超過電池充電電流最大安全值的條件下，使電池最大程度地實現(xiàn)充電，有效延長了電池的運行時間，如負載為電動車類，則有效延長了電動車的運行里程。
[0024]3.本發(fā)明提供的控制算法簡單，控制精確，容易實現(xiàn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]附圖1是本發(fā)明的應用系統(tǒng)框圖；
[0026]附圖2是本發(fā)明的變頻器與電池、永磁同步電機的連接框圖；
[0027]附圖3是本發(fā)明實施例11的剎車軟件控制算法示意圖；
【具體實施方式】
[0028]如圖1所示，本發(fā)明的應用系統(tǒng)由電池、變頻器、永磁同步電機和負載依次連接組成，如圖2所示，變頻器包括驅(qū)動控制芯片及其外圍電路模塊、速度檢測模塊、IGBT或IPM功率模塊，電池接入功率模塊，IGBT或IPM功率模塊由驅(qū)動控制芯片及其外圍電路控制，由驅(qū)動控制芯片及其外圍電路模塊向IGBT或IPM功率模塊輸出PWM號，IGBT或IPM功率模塊將PWM信號轉(zhuǎn)換成模擬電壓輸出給永磁同步電機,速度檢測模塊設(shè)置在永磁同步電機與驅(qū)動控制芯片及其外圍電路模塊之間，用于檢測永磁同步電機的實際速度(轉(zhuǎn)速)以及轉(zhuǎn)子位置并向驅(qū)動控制芯片及其外圍電路模塊輸出。
[0029]本發(fā)明所述變頻器的基本工作原理為:所述的驅(qū)動控制芯片及其外圍電路模塊中含有控制變頻器電壓輸出的運行軟件，以便驅(qū)動控制芯片及其外圍電路模塊根據(jù)永磁同步電機轉(zhuǎn)速通過軟件控制算法實現(xiàn)在滿足剎車速度曲線要求以及確保電池充電電流不超過電池充電電流最大安全值的條件下，確定電壓幅值和電壓角度，驅(qū)動控制芯片及其外圍電路模塊基于確定的電壓幅值和電壓角度計算輸出電壓后，將輸出電壓以PWM信號的形式向IGBT或IPM功率模塊輸出，IGBT或IPM功率模塊將PWM信號轉(zhuǎn)換成模擬電壓輸出給永磁同步電機，最終實現(xiàn)電池供電的永磁同步電機剎車控制。
[0030]實施例1、一種電池供電的永磁同步電機剎車控制方法，應用于如圖1和圖2所示的電池、變頻器、永磁同步電機和負載組成的系統(tǒng)，其中:所述變頻器的控制方法包括以下步驟:
[0031](I)、在永磁同步電機剎車期間，在滿足剎車速度曲線要求以及確保電池充電電流不超過電池充電電流最大安全值的條件下，確定電壓幅值和電壓角度；
[0032]( 2 )、基于確定的電壓幅值和電壓角度計算向永磁同步電機的輸出電壓，并向永磁同步電機輸出，實現(xiàn)永磁同步電機的剎車性能。
[0033]實施例2、一種電池供電的永磁同步電機剎車控制方法，其中:所述的確定電壓幅值的步驟采用速度閉環(huán)控制模式，其余同實施例1。
[0034]實施例3、一種電池供電的永磁同步電機剎車控制方法，其中:所述的確定電壓角度的步驟為:在永磁同步電機剎車期間，檢測永磁同步電機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置，基于永磁同步電機轉(zhuǎn)速確定各轉(zhuǎn)速點的轉(zhuǎn)子位置與電壓角度之間的夾角，以及結(jié)合轉(zhuǎn)子位置，計算得到電壓角度，完成電壓角度的確定，其余同實施例1或?qū)嵤├?。[0035]實施例4、一種電池供電的永磁同步電機剎車控制方法，其中:所述的確定電壓角度的步驟還包括電池電流輔助控制環(huán)節(jié)，所述的電池電流輔助控制環(huán)節(jié)輸出用于調(diào)整各轉(zhuǎn)速點的轉(zhuǎn)子位置與電壓角度之間的夾角的修正角，當電池充電電池小于或等于電池充電電流最大安全值時，修正角為零；當充電電流大于電池充電電流最大安全值時，修正角對各轉(zhuǎn)速點的轉(zhuǎn)子位置與電壓角度之間的夾角進行修正，以降低永磁同步電機的工作效率，從而把電池充電電流控制在其安全值范圍內(nèi)，保證電池的使用壽命，其余同實施例3。
[0036]實施例5、一種電池供電的永磁同步電機剎車控制方法,其中:所述的基于永磁同步電機轉(zhuǎn)速確定各轉(zhuǎn)速點的轉(zhuǎn)子位置與電壓角度之間的夾角以永磁同步電機處于其最佳工作效率為控制目標，其余同實施例3或?qū)嵤├?。
[0037]實施例6、一種電池供電的永磁同步電機剎車控制方法，其中:所述的電池電流輔助控制環(huán)節(jié)具體包括電池充電電流檢測、單向限幅控制和比例控制器，所述的比例控制器根據(jù)電池充電電流檢測和預先設(shè)置的電池充電電流最大安全值輸出用于調(diào)整各轉(zhuǎn)速點的轉(zhuǎn)子位置與電壓角度之間的夾角的修正角，單向限幅控制使得電池電流輔助控制環(huán)節(jié)僅在電池充電電流大于或接近電池充電電流最大安全值時器起作用，即當電池充電電池小于或等于電池充電電流最大安全值時，修正角為零；當充電電流大于電池充電電流最大安全值時，計算并確定修正角，以降低永磁同步電機的工作效率，從而把電池充電電流控制在其安全值范圍內(nèi)，保證電池的使用壽命，其余同實施例4或?qū)嵤├?。
[0038]實施例7、一種電池供電的永磁同步電機剎車控制方法，其中:所述的速度閉環(huán)控制模式是指根據(jù)剎車速度曲線要求輸出的永磁同步電機目標速度與其實際速度之間的誤差，經(jīng)過PI控制器調(diào)節(jié)后輸出，完成電壓幅值的確定，其余同實施例2-6中的任意一種實施例。
[0039]實施例8、一種電池供電的永磁同步電機剎車控制方法，其中:通過速度檢測模塊檢測得到永磁同步電機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置，其余同實施例3-7中的任意一種實施例。
[0040]實施例9、一種電池供電的永磁同步電機剎車控制方法，其中:通過角度轉(zhuǎn)速表檢測得到各轉(zhuǎn)速點的轉(zhuǎn)子位置與電壓角度之間的夾角，其余同實施例3-8中的任意一種實施例。
[0041]實施例10、一種電池供電的永磁同步電機剎車控制方法，其中:所述的永磁同步電機的最佳工作效率是通過測功機測試得到的，其余同實施例5-9中的任意一種實施例。
[0042]實施例11、如圖3所示，一種電池供電的永磁同步電機剎車控制方法，應用于電池、變頻器、永磁同步電機和負載組成的系統(tǒng)，其中:所述變頻器的控制方法包括以下步驟:
[0043](I)、在永磁同步電機剎車期間，在滿足剎車速度曲線要求以及確保電池充電電流不超過電池充電電流最大安全值的條件下，確定電壓幅值和電壓角度；
[0044]所述的確定電壓幅值的步驟采用速度閉環(huán)控制模式，所述的速度閉環(huán)控制模式是指根據(jù)剎車速度曲線要求輸出的永磁同步電機目標速度與其實際速度之間的誤差，經(jīng)過PI控制器調(diào)節(jié)后輸出，完成電壓幅值的確定；
[0045]所述的確定電壓角度的步驟為:在永磁同步電機剎車期間，通過速度檢測模塊檢測永磁同步電機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置，基于永磁同步電機轉(zhuǎn)速確定各轉(zhuǎn)速點的轉(zhuǎn)子位置與電壓角度之間的夾角，并通過角度轉(zhuǎn)速表檢測輸出該確定的各轉(zhuǎn)速點的轉(zhuǎn)子位置與電壓角度之間的夾角；還包括電池電流輔助控制環(huán)節(jié)，所述的電池電流輔助控制環(huán)節(jié)具體包括電池充電電流檢測、單向限幅控制和比例控制器，所述的比例控制器根據(jù)電池充電電流檢測和預先設(shè)置的電池充電電流最大安全值輸出用于調(diào)整各轉(zhuǎn)速點的轉(zhuǎn)子位置與電壓角度之間的夾角的修正角，單向限幅控制使得電池電流輔助控制環(huán)節(jié)僅在電池充電電流大于或接近電池充電電流最大安全值時器起作用，即當電池充電電池小于或等于電池充電電流最大安全值時，修正角為零；當充電電流大于電池充電電流最大安全值時，計算并確定修正角，以降低永磁同步電機的工作效率，從而把電池充電電流控制在其安全值范圍內(nèi)，保證電池的使用壽命；根據(jù)確定的各轉(zhuǎn)速點的轉(zhuǎn)子位置與電壓角度之間的夾角、檢測得到的轉(zhuǎn)子位置以及電池電流輔助控制環(huán)節(jié)輸出的修正角計算得到電壓角度，完成電壓角度的確定；
[0046](2)、控制芯片及其外圍電路模塊基于確定的電壓幅值和電壓角度計算輸出電壓后，輸出電壓通過控制芯片及其外圍電路模塊中的SVPMW模塊以PWM信號的形式向IGBT或IPM功率模塊輸出，IGBT或IPM功率模塊將PWM信號轉(zhuǎn)換成模擬電壓輸出給永磁同步電機，最終實現(xiàn)電池供電的永磁同步電機剎車控制，其余同實施例8或?qū)嵤├?或?qū)嵤├?0。
[0047]本實施例11附圖3所述的“ + ”和“一”為控制算法的運算符號，為本領(lǐng)域技術(shù)人員的常規(guī)運算符，在此不再對附圖3所披露而未進行文字說明的技術(shù)內(nèi)容不再進行一一贅述，相信本領(lǐng)域技術(shù)人員完全能夠?qū)崿F(xiàn)。
[0048]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，如對速度閉環(huán)控制方法、電池電流輔助控制環(huán)節(jié)的具體實現(xiàn)方法的等同替換做出若干改進和潤飾，同時本發(fā)明不僅局限應用于永磁同步電機，還可以應用于其他類型電機，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種電池供電的永磁同步電機剎車控制方法，應用于電池、變頻器、永磁同步電機和負載組成的系統(tǒng)，其特征在于:所述變頻器的控制方法包括以下步驟: (1)、在永磁同步電機剎車期間，在滿足剎車速度曲線要求以及確保電池充電電流不超過電池充電電流最大安全值的條件下，確定電壓幅值和電壓角度； (2)、基于確定的電壓幅值和電壓角度計算向永磁同步電機的輸出電壓，并向永磁同步電機輸出，實現(xiàn)永磁同步電機的剎車性能。
2.如權(quán)利要求1所述的一種電池供電的永磁同步電機剎車控制方法，其特征在于:所述的確定電壓幅值的步驟采用速度閉環(huán)控制模式。
3.如權(quán)利要求1所述的一種電池供電的永磁同步電機剎車控制方法，其特征在于:所述的確定電壓角度的步驟為:在永磁同步電機剎車期間，檢測永磁同步電機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置，基于永磁同步電機轉(zhuǎn)速確定各轉(zhuǎn)速點的轉(zhuǎn)子位置與電壓角度之間的夾角，以及結(jié)合轉(zhuǎn)子位置，計算得到電壓角度，完成電壓角度的確定。
4.如權(quán)利要求3所述的一種電池供電的永磁同步電機剎車控制方法，其特征在于:所述的確定電壓角度的步驟還包括電池電流輔助控制環(huán)節(jié)，所述的電池電流輔助控制環(huán)節(jié)輸出用于調(diào)整各轉(zhuǎn)速點的轉(zhuǎn)子位置與電壓角度之間的夾角的修正角，當電池充電電池小于或等于電池充電電流最大安全值時，修正角為零；當充電電流大于電池充電電流最大安全值時，修正角對各轉(zhuǎn)速點的轉(zhuǎn)子位置與電壓角度之間的夾角進行修正，以降低永磁同步電機的工作效率，從而把電池充電電流控制在其安全值范圍內(nèi)，保證電池的使用壽命。
5.如權(quán)利要求3或4所述的一種電池供電的永磁同步電機剎車控制方法，其特征在于:所述的基于永磁同步電機轉(zhuǎn)速確定各轉(zhuǎn)速點的轉(zhuǎn)子位置與電壓角度之間的夾角以永磁同步電機處于其最佳工作效率為控制目標。
6.如權(quán)利要求4所述的一種電池供電的永磁同步電機剎車控制方法，其特征在于:所述的電池電流輔助控制環(huán)節(jié)具體包括電池充電電流檢測、單向限幅控制和比例控制器，所述的比例控制器根據(jù)電池充電電流檢測和預先設(shè)置的電池充電電流最大安全值輸出用于調(diào)整各轉(zhuǎn)速點的轉(zhuǎn)子位置與電壓角度之間的夾角的修正角，單向限幅控制使得電池電流輔助控制環(huán)節(jié)僅在電池充電電流大于或接近電池充電電流最大安全值時器起作用，即當電池充電電池小于或等于電池充電電流最大安全值時，修正角為零；當充電電流大于電池充電電流最大安全值時，計算并確定修正角，以降低永磁同步電機的工作效率，從而把電池充電電流控制在其安全值范圍內(nèi)，保證電池的使用壽命。
7.如權(quán)利要求2所述的一種電池供電的永磁同步電機剎車控制方法，其特征在于:所述的速度閉環(huán)控制模式是指根據(jù)剎車速度曲線要求輸出的永磁同步電機目標速度與其實際速度之間的誤差，經(jīng)過PI控制器調(diào)節(jié)后輸出，完成電壓幅值的確定。
8.如權(quán)利要求3所述的一種電池供電的永磁同步電機剎車控制方法，其特征在于:通過速度檢測模塊檢測得到永磁同步電機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置。
9.如權(quán)利要求3所述的一種電池供電的永磁同步電機剎車控制方法，其特征在于:通過角度轉(zhuǎn)速表檢測得到各轉(zhuǎn)速點的轉(zhuǎn)子位置與電壓角度之間的夾角。
10.如權(quán)利要求5所述的一種電池供電的永磁同步電機剎車控制方法，其特征在于:所述的永磁同步電機的最佳工作效率是通過測功機測試得到的。
【文檔編號】H02P6/24GK103490684SQ201210191116
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2012年6月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月11日
【發(fā)明者】何志明, 周文忠, 王鐵軍, 王超 申請人:無錫艾柯威科技有限公司