专利名称：：直流无刷电机反充电式电子制动方法
技术领域：
：本发明涉及直流无刷电机控制
技术领域：
，尤其涉及一种直流无刷电机反充电式电子制动方法。
背景技术：
：直流无刷电机的运行需要一个配套的控制器。目前控制器在制动时有四种方法一是简单地切断电源，二是切断电源加机械制动，三是能耗制动，四是反接制动。上述四种方法分别具有以下不足之处第一、简单地切断电源。电机在高速运行时，有很大的动能，因此采用切断电源方法电机要很长时间才能停下来，可能造成危险。第二、切断电源加机械制动。切断电源如第一种方法所述，机械制动效果固然好，但制动部件会磨损，需要经常换。第三，能耗制动。能耗制动指的是把电机转动所产生的反电动势通过闭合回路产生电流，让动能转化为电能后通过功率管及电阻以发热形式消耗掉，这属于电子制动，但缺点是没有利用电机动能，并且容易造成功率管过热烧毁。第四，反接制动。反接制动指的是电机正转时则加反转的电压，反转时则加正向的电压，这种方法属于电子制动，但缺点是不但没有利用电机动能，反而需要电源输出功率。
发明内容(一)要解决的技术问题有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种直流无刷电机反充电式电子制动方法，以克服机械制动造成机械部件的损伤，并对电机的动能进行回收利用，减小功率管的发热，提高能源利用效率。(二)技术方案为达到上述目的，本发明提供了一种直流无刷电机反充电式电子制动方法，该方法应用于至少包含主控单元、制动子单元、脉宽调整子单元和调制中断单元的直流无刷电机单片机控制系统，该方法包括:未接收到制动信号时，该单片机控制系统的主控单元、脉宽调整子单元、调制中断单元执行正常操作，制动子单元不工作；在接收到制动信号时，主控单元周期调用制动子单元和脉宽调整子单元，系统在周期中断条件下触发调制中断单元；制动子单元根据电机速度计算期望脉宽调制信号值，脉宽调整子单元在满足不超过允许电流电压范围前提下根据期望脉宽调制信号值调整实际输出的脉宽调制信号值，调制中断单元计算电机速度，输出制动逻辑译码信号，经实际脉宽调制信号调制后输出给电机控制器的三相桥路，进而控制电机的电枢电流，实现直流无刷电机的反充电式电子制动。优选地，所述系统在周期中断条件下触发调制中断单元后，进一步包括调制中断单元判断直流无刷电机的霍尔信号是否发生变化，如果发生变化，则计算电机转速，并将计算的电机转速保存为全局变量，供制动子模块使用；如果霍尔信号发生变化，还需进行译码调制;如果没有发生变化，则直接输出脉宽调制信号给电机控制器。优选地，所述进行译码调制的过程包括调制中断单元判断制动标志位是否为假，如果制动标志位为假，则进行正常译码调制，结束;否则，如果制动标志位为真，进行制动逻辑译码调制，上管关闭，下管脉宽调制信号调制，输出的逻辑信号经脉宽调制信号调制后输出给电机控制器，通过三相桥路控制电机，实现直流无刷电机的反充电式电子制动。优选地，所述制动逻辑译码调制进一步具有同步整流功能上管全部关闭，一个下管调制，一个下管开通，调制的下管所处桥臂位置与正常运行时译码逻辑的上管所在桥臂位置相同，开通的下管位置即是正常运行时译码逻辑的下管所在位置，其他下管关闭。优选地，所述单片机控制系统调用主控单元、制动子单元和脉宽调整子单元执行的操作包括主控单元首先初始化相关外设，设定系统参数，设定变量的初始值；随后进入周期循环，一个周期查询信号触发一次周期循环，在周期循环体中，主控单元根据输入的制动信号电平设置制动标志位，并判断制动标志位是否为假，如果制动标志位为假，则触发正常操作，结束；否则，如果制动标志位为真，则触发制动子单元；该正常操作或制动子单元得到期望的脉宽调制信号值，将输出给脉宽调整子单元；脉宽调整子单元根据接收的期望的脉宽调制信号值调整实际输出的脉宽调制信号值；在脉宽调整子单元执行完毕后，主控单元完成本次循环操作，等待下一个周期查询信号以执行新一轮循环，直到系统停机为止。优选地，所述脉宽调整子单元根据接收的期望的脉宽调制信号值调整实际输出的脉宽调制信号值的过程包括脉宽调整子单元接收到正常操作或制动子单元输入的期望的脉宽调制信号值，首先判断反充电制动标志位是否为真；如果反充电制动标志位为真，则进一步判断实际电流电压是否超过边界条件，如果没有超过，则根据接收的期望的脉宽调制信号值调整实际输出的脉宽调制信号值，如果期望的脉宽调制信号值大于实际输出的脉宽调制信号值，则增大实际输出的脉宽调制信号值，如果期望的脉宽调制信号值小于实际输出的脉宽调制信号值，则减小实际输出的脉宽调制信号值，不断縮小实际输出的脉宽调制信号值与期望脉宽调制信号值差距，直到两者相等；如果超过，则不考虑期望脉宽调制信号值大小，直接减小实际输出的脉宽调制信号值；如果反充电制动标志位为假，则执行正常操作，结束。优选地，所述制动子单元根据电机转速计算期望脉宽调制信号值的过程包括如果电机转速很大，则设置较小的期望脉宽调制信号值，如果电机转速很小，则设置较大的期望脉宽调制信号值，保证在很宽的速度范围内能对电源反充电。优选地，该方法在调制中断单元执行完制动操作后，进一步包括:单片机控制系统继续执行所述被暂停的主控单元、制动子单元和脉宽调整子单元执行的正常操作。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本发明具有以下优点本发明提供的这种直流无刷电机反充电式电子制动方法，采用反充电式电子制动，减小了电机的机械磨损；由于釆用反馈控制，根据电机的速度调整制动深度，使得不仅在速度高时，回收电机能量，而且在速度很低的时候，也能回收电机能量，尽可能提高能源利用效率；同时反充电的电流电压限制在允许的安全范围内，不造成蓄电池、控制器或电机的损伤；采用具有同步整流功能的制动译码调制，减小反充电时的回路发热损耗，进一步提高能源利用率。图1为本发明提供的直流无刷电机反充电式电子制动方法流程图2为本发明提供的制动子单元的方法流程图3为本发明提供的脉宽调整子单元的方法流程图4为本发明提供的调制中断单元的方法流程图5为本发明提供的反充电制动储能阶段的示意图，其中，左图、>0，右图〈<0;图6为本发明提供的反充电制动反充电阶段的示意图。具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。本发明提供的方法由烧写固化在控制器单片机里面的程序所实现。该程序由主控单元、被主控单元调用的制动子单元和脉宽调整子单元、及调制中断单元组成，除控制电机完成正常运转外，还实现反充电式电子快速制动。如图1所示，图1为本发明提供的直流无刷电机反充电式电子制动方法流程图，该方法应用于至少包含主控单元、制动子单元、脉宽8调整子单元和调制中断单元的直流无刷电机单片机控制系统，该方法包括在单片机控制系统未接收到制动信号时时，该单片机控制系统的主控单元、脉宽调整子单元和调制中断单元执行正常操作；在接收到制动信号时，主控单元周期调用制动子单元和脉宽调整子单元，系统在周期中断条件下触发调制中断单元；制动子单元根据电机速度计算期望脉宽调制信号值，脉宽调整子单元在满足不超过允许电流电压范围前提下根据期望脉宽调制信号值调整实际输出的脉宽调制信号值，调制中断单元计算电机速度，输出制动逻辑译码信号，经实际脉宽调制信号调制后输出给电机控制器的三相桥路，进而控制电机的电枢电流，实现直流无刷电机的反充电式电子制动。所述系统在周期中断条件下触发调制中断单元后，进一步包括调制中断单元判断直流无刷电机的霍尔信号是否发生变化，则计算电机转速，并将计算的电机转速保存为全局变量，供制动子单元使用；如果霍尔信号发生变化，还需进行译码调制；如果没有发生变化，则直接输出脉宽调制信号给电机控制器。上述进行译码调制的过程包括调制中断单元判断制动标志位是否为假，如果制动标志位为假，则进行正常译码调制，结束；否则，如果制动标志位为真，进行制动逻辑译码调制，上管关闭，下管脉宽调制信号调制，输出的逻辑信号经脉宽调制信号调制后输出给电机控制器，通过三相桥路控制电机，实现直流无刷电机的反充电式电子制动。上述制动逻辑译码调制进一步具有同步整流功能上管全部关闭，一个下管调制，一个下管开通，调制的下管所处桥臂位置与正常运行时译码逻辑的上管所在桥臂位置相同，开通的下管位置即是正常运行时译码逻辑的下管所在位置，其他下管关闭。上述调制中断单元在判断直流无刷电机的霍尔信号是否发生变化之前进一步包括调制中断单元根据直流无刷电机的霍尔信号计算电机转速，并将计算的电机转速保存为全体变量，供制动子单元使用。上述单片机控制系统调用主控单元、制动子单元和脉宽调整子单9元执行正常操作的包括主控单元首先初始化相关外设，设定系统参数，设定变量的初始值；随后进入周期循环，一个周期査询信号触发一次周期循环，在周期循环体中，主控单元根据输入的制动信号电平设置制动标志位，如果输入的制动信号电平为有效电平，则设置制动标志位为真；如果输入的制动信号电平为无效电平，则设置制动标志位为假。然后主控单元判断制动标志位是否为假，如果制动标志位为假，则触发正常操作，结束；否则，如果制动标志位为真，则触发制动子单元；该正常操作或制动子单元得到期望的脉宽调制信号值，并将该期望的脉宽调制信号值输出给脉宽调整子单元；脉宽调整子单元根据接收的期望的脉宽调制信号值调整实际输出的脉宽调制信号值；在脉宽调整子单元执行完毕后，主控单元完成本次循环操作，等待下一个周期查询信号以执行新一轮循环，直到系统停机为止。上述脉宽调整子单元根据接收的期望的脉宽调制信号值调整实际输出的脉宽调制信号值的过程包括脉宽调整子单元接收到正常操作或制动子单元输入的期望的脉宽调制信号值，首先判断反充电制动标志位是否为真；如果反充电制动标志位为真，则进一步判断实际电流电压是否超过边界条件，如果没有超过，则根据接收的期望的脉宽调制信号值调整实际输出的脉宽调制信号值，如果期望的脉宽调制信号值大于实际输出的脉宽调制信号值，则增大实际输出的脉宽调制信号值，如果期望的脉宽调制信号值小于实际输出的脉宽调制信号值，则减小实际输出的脉宽调制信号值，不断縮小实际输出的脉宽调制信号值与期望脉宽调制信号值差距，直到两者相等；如果超过，则不考虑期望脉宽调制信号值大小，直接减小实际输出的脉宽调制信号值；如果反充电制动标志位为假，则执行正常操作，结束。所述制动子单元根据电机转速计算期望脉宽调制信号值的过程包括如果电机转速很大，则设置较小的期望脉宽调制信号值，如果电机转速很小，则设置较大的期望脉宽调制信号值，保证在很宽的速度范围内能对电源反充电。该方法在调制中断单元执行完制动操作后，进一步包括单片机控制系统继续执行所述被暂停的主控单元、制动子单元和脉宽调整子单元执行的正常操作。再参照图1，系统上电复位后，主控单元被触发，该单元首先进行初始化工作，随后进入周期循环。一个周期信号触发一次周期循环，在周期循环体中，主控单元根据输入制动信号电平设置制动标志位，如果制动标志位为假，则触发正常操作，根据速把输入得到正常运转的期望脉宽调制信号(即PWM)值；否则触发制动子单元，制动子单元根据调制中断单元得到的电机速度计算得到制动时的期望PWM值，以控制制动深度，在速度很大的时候，设定较小的调制深度，同时也能使充电电流不会太大；在速度很小的时候，设定较大的调制深度；这样一方面尽可能快速制动，另一方面使能量尽可能得到回收。期望PWM值送往脉宽调整子单元，脉宽调整子单元首先判断制动标志位是否为真，如果不是则正常调整；如果是则根据实测的电流和电压值与设定的反充电限流限压值进行比较，如果超过任一限制值，则根据超过的程度减小PWM值。在脉宽调整子单元执行完毕后，主控单元完成了本次循环操作，等待下一个周期信号以执行新一轮循环，直到停机为止。如果周期中断信号到，将触发调制中断单元，这时单片机系统暂停执行主控单元的代码，进入调制中断单元，该单元通过计算相邻霍尔信号的时间间隔得到电机速度值供制动子单元使用；然后进行译码调制。如果制动标志位为假则进行正常译码调制；否则进行制动逻辑译码，下管PWM调制，输出的逻辑信号经PWM调制后，控制三相全桥输出，实现反充电制动功能。制动译码调制具有同步整流功能上管全部关闭，一个下管调制，一个下管开通，调制的下管所处桥臂位置与正常运行时译码逻辑的上管所在桥臂位置相同，开通的下管位置即是正常运行时译码逻辑的下管所在位置，其他下管关闭。调制中断单元执行完毕后退出中断，继续刚刚被中断的主控单元的执行。请参照图2，图2为本发明提供的制动子单元的方法流程图。制动子单元根据调制中断单元测量的电机转速计算制动期望PWM值，用以控制调制深度。在速度高时，期望PWM值将很小，在速度低时，期望PWM值将很大，使得系统很宽速度范围内能够充电，随后子单元返回。请参照图3，图3为本发明提供的脉宽调整子单元的方法流程图。脉宽调整子单元首先判断反充电制动标志位，如果反充电制动标志位为假，则执行正常操作；否则根据制动子单元得到的期望PWM值计算实际PWM值，如果发现充电电流超过限制值了，则减小实际PWM值；如果发现充电电压超过限制值，也减小实际PWM值。随后子单元返回。请参照图4，图4为本发明提供的调制中断单元的方法流程图。调制中断单元由周期中断信号触发，触发后系统暂停主控单元代码，进入中断单元，首先根据霍尔信号计算电机转速，供制动子单元使用；如果霍尔信号不变则直接输出脉宽调制信号；如果变了，进行译码调制。如果制动标志位为假则进行正常译码调制；否则进行制动逻辑译码，下管PWM调制，输出的逻辑信号经PWM调制后，控制三相全桥输出，实现反充电制动功能。制动译码调制具有同步整流功能上管全部关闭，一个下管调制，一个下管开通，调制的下管所处桥臂位置与正常运行时译码逻辑的上管所在桥臂位置相同，开通的下管位置即是正常运行时译码逻辑的下管所在位置，其他下管关闭。现举例说明具有同步整流的反充电译码逻辑。一种可能的译码逻辑如表1所示，表1为正常运行和制动运行逻辑译码表。调制的功率管上带尖号。其中三相桥臂的六个功率管;...7;分布如图5、6所示。<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>表l调制后的译码信号，经硬件输出控制三相桥臂功率管的开通或关闭，实现具有同步整流的反充电电子制动功能。调制中断单元执行完毕后退出中断，继续刚刚被中断的主控单元的执行。附图5、6以霍尔为101为例说明反充电过程，A为调制管，z;为开通管。在反充电制动过程中，每个脉宽调制周期完成一次充电。该周期分为PWM—ON和PWM—Off两个阶段，在PWM—ON阶段，调制管开通，另一个管也开通，形成回路，把电机发的电储存到线圈中。在PWM—OFF阶段，调制管关闭，另一个管开通，储存的电能通过上管的续流二极管实现对电源的充电功能。请参照图5，图5为本发明提供的反充电制动储能阶段的示意图，即反充电过程PWM一ON阶段的示意图，将实现储能，其中，左图^>0，右图~<0。由于t;、z;开通，而对应此霍尔位置的A相B相线圈电动势方向一致，从B相指向A相，这样形成了一条闭合回路，电机发电一部分将转换为电阻和功率管热能，大部分将储存在线圈电感中，如左图所示。当^<0时，还有另外一条经由A相C相的回路，如右图所示。请参照图6，图6为本发明提供的反充电制动反充电阶段的示意图，即反充电过程PWM—OFF阶段的示意图，将实现反充电。由于7;关断、z;开通，原来回路不再存在，但线圈电感中电流不能突变，只好沿着图示回路经d,流入电池，实现充电目的。由于7;管开通，储能和充电回路不是经由z;的体续流二极管A，而是反向经过;的MOS管，这样将减小开通损耗，减少功率管的发热，提高能源利用率。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而己，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，13所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。权利要求1、一种直流无刷电机反充电式电子制动方法，该方法应用于至少包含主控单元、制动子单元、脉宽调整子单元和调制中断单元的直流无刷电机单片机控制系统，其特征在于，该方法包括未接收到制动信号时，该单片机控制系统的主控单元、脉宽调整子单元、调制中断单元执行正常操作，制动子单元不工作；在接收到制动信号时，主控单元周期调用制动子单元和脉宽调整子单元，系统在周期中断条件下触发调制中断单元；制动子单元根据电机速度计算期望脉宽调制信号值，脉宽调整子单元在满足不超过允许电流电压范围前提下根据期望脉宽调制信号值调整实际输出的脉宽调制信号值，调制中断单元计算电机速度，输出制动逻辑译码信号，经实际脉宽调制信号调制后输出给电机控制器的三相桥路，进而控制电机的电枢电流，实现直流无刷电机的反充电式电子制动。2、根据权利要求1所述的直流无刷电机反充电式电子制动方法，其特征在于，所述系统在周期中断条件下触发调制中断单元后，进一步包括调制中断单元判断直流无刷电机的霍尔信号是否发生变化，如果发生变化，则计算电机转速，并将计算的电机转速保存为全局变量，供制动子模块使用；如果霍尔信号发生变化，还需进行译码调制；如果没有发生变化，则直接输出脉宽调制信号给电机控制器。3、根据权利要求2所述的直流无刷电机反充电式电子制动方法，其特征在于，所述进行译码调制的过程包括调制中断单元判断制动标志位是否为假，如果制动标志位为假，则进行正常译码调制，结束；否则，如果制动标志位为真，进行制动逻辑译码调制，上管关闭，下管脉宽调制信号调制，输出的逻辑信号经脉宽调制信号调制后输出给电机控制器，通过三相桥路控制电机，实现直流无刷电机的反充电式电子制动。4、根据权利要求3所述的直流无刷电机反充电式电子制动方法，其特征在于，所述制动逻辑译码调制进一步具有同步整流功能上管全部关闭，一个下管调制，一个下管开通，调制的下管所处桥臂位置与正常运行时译码逻辑的上管所在桥臂位置相同，开通的下管位置即是正常运行时译码逻辑的下管所在位置，其他下管关闭。5、根据权利要求4所述的直流无刷电机反充电式电子制动方法，其特征在于，所述单片机控制系统调用主控单元、制动子单元和脉宽调整子单元执行的操作包括主控单元首先初始化相关外设，设定系统参数，设定变量的初始值；随后进入周期循环，一个周期查询信号触发一次周期循环，在周期循环体中，主控单元根据输入的制动信号电平设置制动标志位，并判断制动标志位是否为假，如果制动标志位为假，则触发正常操作，结束；否则，如果制动标志位为真，则触发制动子单元；该正常操作或制动子单元得到期望的脉宽调制信号值，并将该期望的脉宽调制信号值输出给脉宽调整子单元；脉宽调整子单元根据接收的期望的脉宽调制信号值调整实际输出的脉宽调制信号值；在脉宽调整子单元执行完毕后，主控单元完成本次循环操作，等待下一个周期查询信号以执行新一轮循环，直到系统停机为止。6、根据权利要求5所述的直流无刷电机反充电式电子制动方法，其特征在于，所述脉宽调整子单元根据接收的期望的脉宽调制信号值调整实际输出的脉宽调制信号值的过程包括.-脉宽调整子单元接收到正常操作或制动子单元输入的期望的脉宽调制信号值，首先判断反充电制动标志位是否为真；如果反充电制动标志位为真，则进一步判断实际电流电压是否超过边界条件，如果没有超过，则根据接收的期望的脉宽调制信号值调整实际输出的脉宽调制信号值，如果期望的脉宽调制信号值大于实际输出的脉宽调制信号值，则增大实际输出的脉宽调制信号值，如果期望的脉宽调制信号值小于实际输出的脉宽调制信号值，则减小实际输出的脉宽调制信号值，不断缩小实际输出的脉宽调制信号值与期望脉宽调制信号值差距，直到两者相等；如果超过，则不考虑期望脉宽调制信号值大小，直接减小实际输出的脉宽调制信号值；如果反充电制动标志位为假，则执行正常操作，结束。7、根据权利要求6所述的直流无刷电机反充电式电子制动方法，其特征在于，所述制动子单元根据电机转速计算期望脉宽调制信号值的过程包括如果电机转速很大，则设置较小的期望脉宽调制信号值，如果电机转速很小，则设置较大的期望脉宽调制信号值，保证在很宽的速度范围内能对电源反充电。8、根据权利要求1所述的直流无刷电机反充电式电子制动方法，其特征在于，该方法在调制中断单元执行完制动操作后，进一步包括:单片机控制系统继续执行所述被暂停的主控单元、制动子单元和脉宽调整子单元执行的正常操作。全文摘要本发明公开了一种直流无刷电机反充电式电子制动方法，包括在接收到制动信号时，主控单元将循环调用制动子单元和脉宽调整子单元；制动子单元根据调制中断单元计算的电机速度，设定制动状态下的期望脉宽调制信号值，该期望值输出给脉宽调整子单元；脉宽调整子单元根据输入的期望值，在不超过充电限流值和充电限压值条件下，得到实际输出的脉宽调制信号；周期中断触发下的调制中断模块，一方面根据霍尔信号变化计算电机实际运行的速度，另一方面根据霍尔信号，得到制动译码逻辑信号，经实际脉宽调制信号调制后输出给电机控制器，控制电机实现反充电式电子制动，减小了机械部件磨损，提高了能源利用效率。文档编号H02P6/00GK101494432SQ20081005672公开日2009年7月29日申请日期2008年1月24日优先权日2008年1月24日发明者李成荣,陈晓鹏申请人:中国科学院自动化研究所