一种应用单电流传感器的无刷直流电机回馈制动系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电机控制技术领域，具体地说，涉及一种应用单电流传感器的无刷直 流电机回馈制动系统。
【背景技术】
[0002] 在交通拥堵，车辆日益增多的大中城市，汽车，摩托车等依靠化石燃料的交通正面 临着全球石油资源紧缺和环境污染的问题，依靠化石燃料的车辆通常使用内燃机作为发动 机，为车辆提供动力，但内燃机工作效率非常低，并且燃料不可再生，这也造成了传统车辆 能源浪费的现状。
[0003] 电动车辆，如电动汽车、电动摩托车、电动自行车等采用更为高效的电动机作为动 力输出。其中永磁无刷直流电动机因其具有控制简单、功率密度大、效率高、启动转矩大、过 载能力强、调速性能好、无碳刷免维护等优点，被广泛用于轻型电动车辆。
[0004]与内燃机所驱动的车辆不同，电动车辆通常采用蓄电池作为储能装置，由于蓄电 池能量密度相对较低，导致电动车辆续航里程远低于燃油发动机车辆。
[0005] 由于电动车辆在实际道路行驶时会频繁的进行制动，因而采取回馈制动的方式能 有效地把车辆动能转化为电能存储进蓄电池，从而增加电动车辆的续航里程。然而已有的 制动能量回收方法多采用较为简单的开环控制、单一电压闭环控制或电机相电流闭环控 制，如专利201210435990. 2和201420254918. 4所述，然而这些方法无法最大限度地回收制 动能量。主要原因在于蓄电池存在最大允许充电电流限制，上述方法不能直接有效控制回 送到蓄电池的电流；为了避免损坏蓄电池电池及延长蓄电池寿命，上述方法不得不减小回 馈电流，造成无法最大化获得回馈到电池的能量。
【发明内容】
[0006]本发明主要解决的技术问题是，通过制动能量回馈，最大化地将车辆动能转化为 电能回送给蓄电池，以最大限度地提高电动车辆的续航里程。本发明采用电机电枢电流与 回送蓄电池电流双闭环控制方法，并且只应用了单电流传感器。
[0007]本发明所采用的技术方案是：
[0008]一种应用单电流传感器的无刷直流电机回馈制动系统，包括：母线电流传感器，永 磁无刷直流电机，蓄电池，母线电容，三相全桥逆变器；RC低通滤波器，直流母线电流调节 器，直流母线过压保护模块，电枢电流调节器，PWM调制器。
[0009]永磁无刷直流电机的三相绕组与三相全桥逆变器的三个半桥臂相连；三相全桥逆 变器与母线电容和蓄电池的正负母线并联在一起；母线电流传感器放置在正母线或负母线 上，用于检测三相全桥逆变器流过的母线电流；直流母线过压保护模块的输入是母线电压 信号UDC，其输出到直流母线电流调节器；PWM调制器输出的PWM信号到三相全桥逆变器，其 输入分别来自永磁无刷直流电机输出Hall信号及电枢电流调节器；母线电流传感器的输 出信号同时输入给电枢电流调节器和RC低通滤波器；RC低通滤波器输出信号到直流母线 电流调节器；来自外部的刹车给定信号输入到直流母线电流调节器；直流母线电流调节器 输出信号到电枢电流调节器；电枢电流调节器输出信号至PWM调制器。
[0010] 回馈制动过程为：三相全桥逆变器中两相下桥臂开关管根据永磁无刷直流电机 的霍尔传感器位置信号分别导通和PWM斩波，对电机反电动势进行升压以回送电流到蓄电 池。
[0011] 电枢电流调节器对脉冲电流信号的峰值进行采样，获得永磁无刷直流电机的电枢 电流；脉冲电流信号通过RC低通滤波器的滤波，获得直流分量，作为直流母线电流信号。
[0012] 在制动回馈过程中，电枢电流调节器对永磁无刷直流电机电枢电流进行闭环控 制，其反馈量为电机电枢电流，其给定量为直流母线电流调节器输出信号。
[0013] 在制动回馈过程中，直流母线电流调节器对直流母线电流进行闭环控制，其反馈 量为直流母线电流信号，其给定值根据所述蓄电池的充放电特性所决定。
[0014] 在制动回馈过程中，电枢电流闭环作为内环，直流母线电流闭环作为外环，构成双 闭环控制结构。
[0015] 制动回馈过程中，母线电压信号超过三相全桥逆变器开关器件所能承受的限额电 压时，清零外环的电流给定，即把刹车给定信号置零；母线电压信号低于设定下限时，恢复 刹车给定信号；母线电压信号检测是实时的。
[0016] 所述系统还可作为无刷直流电机的驱动器，蓄电池电压高于最低限值时，通过控 制三相全桥逆变器的六个开关管通断，实现永磁无刷直流电机的电动运行。
[0017] 本发明的好处在于：采用双闭环回馈过程控制，可以最大限度地保证回馈给蓄电 池的能量，又能够有效控制电机的制动力矩，同时兼顾了驾驶体验和能量回馈效果；回馈过 程控制仅需要单电流传感器，成本较低；电池电量较充足的情况下也不会完全失去制动能 力，有效提尚了系统的安全性。
【附图说明】
[0018] 图1为本发明的制动能量回馈系统结构；
[0019] 图2为本发明的制动能量回馈系统母线电流传感器采样波形图；
[0020] 图3为本发明的制动能量回馈系统母线电流传感器信号通过RC低通滤波后的波 形图。
[0021] 图中：1、RC低通滤波器，2、直流母线电流调节器，3、直流母线过压保护模块，4、电 枢电流调节器，5、PWM调制器，6、母线电流传感器，7、永磁无刷直流电机，8、蓄电池，9、母线 电容，10、三相全桥逆变器。
【具体实施方式】
[0022] 如图1-3所示，一种应用单电流传感器的无刷直流电机回馈制动系统，该系统包 括RC低通滤波器1、直流母线电流调节器2、直流母线过压保护模块3、电枢电流调节器4、 PWM调制器5、母线电流传感器6、永磁无刷直流电机7、蓄电池8、母线电容9、三相全桥逆变 器10。
[0023] 永磁无刷直流电机7的三相绕组与三相全桥逆变器10的三个半桥臂相连；三相全 桥逆变器10与母线电容9和蓄电池8的正负母线并联在一起；母线电流传感器6放置在正 母线或负母线上，用于检测三相全桥逆变器10中流过的母线电流；直流母线过压保护模块 3的输入是母线电压信号UDC，其输出到直流母线电流调节器4 ;PWM调制器5输出的PWM信 号到三相全桥逆变器10,其输入分别来自永磁无刷直流电机7输出Hall信号及电枢电流 调节器4 ;母线电流传感器6的输出信号Iph同时输入给电枢电流调节器4和RC低通滤波 器1 ;RC低通滤波器1输出信号Id。到直流母线电流调节器2 ;来自外部的刹车给定信号输 入到直流母线电流调节器2 ;直流母线电流调节器2输出信号IphMf到电枢电流调节器4 ;电 枢电流调节器4输出信号至PWM调制器5。
[0024] 三相全桥逆变器10包含六个开关管V1-V6,每个开关管内各有一个二极管，本别 为D1-D6。开关管V1、V3、V5的正极性端相连，并与母线电流传感器6连接；开关管V4、V6、 V2的负极性端相连，并与母线电容9和蓄电池8的负母线连接；VI、V3、V5的负极性端分别 与V2、V4、V6的正极性端连接，构成三个半桥。
[0025] 本回馈制动系统，电枢电流调节器4对脉冲电流信号1_的峰值进行采样，获得永 磁无刷直流电机7的电枢电流Ia;脉冲电流信号Iph通过RC低通滤波器3的滤波，获得直流 母线电流信号Id。。
[0026] 在制动回馈过程中，电枢电流调节器4对永磁无刷直流电机7电枢电流进行闭环 控制，其反馈量为电枢电流Ia，其给定量为直流母线电流调节器2输出信号Iphrrf;同时，直 流母线电流调节器4对直流母线电流进行闭环控制，其反馈量为直流母线电流信号Id。，其 给定值根据所述蓄电池8的充放电特性所决定；电枢电流闭环作为内环，直流母线电流闭 环作为外环，