專利名稱：一種車(chē)用無(wú)刷直流電機(jī)母線限流控制方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及車(chē)用無(wú)刷直流電機(jī)控制技術(shù)，尤其是涉及一種車(chē)用無(wú)刷直流電機(jī)母線限流控制方法及裝置。
背景技術(shù)：
過(guò)熱問(wèn)題一直是車(chē)用無(wú)刷直流電機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用的障礙之一。無(wú)刷直流電機(jī)系統(tǒng)包括電機(jī)本體和控制器兩部分，當(dāng)電機(jī)本體過(guò)熱時(shí)相繞組電阻阻值增大，甚至繞組燒壞；當(dāng)控制器過(guò)熱時(shí)，控制板尤其是功率開(kāi)關(guān)管在高溫下會(huì)被損壞而不能正常工作。總之，嚴(yán)重的過(guò)熱會(huì)導(dǎo)致電機(jī)系統(tǒng)部件損壞而無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。大電流是引起電機(jī)系統(tǒng)過(guò)熱最直接的原因之一，因此必須限制電機(jī)系統(tǒng)電流幅值，同時(shí)盡可能維持電機(jī)正常工作，這就涉及到電機(jī)電流保護(hù)的問(wèn)題。目前，直流無(wú)刷電機(jī)電流保護(hù)措施和裝置類型較多，涉及短路保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、欠流保護(hù)、斷相保護(hù) 等，但總結(jié)起來(lái)，其實(shí)現(xiàn)方式主要有以下三類，(I)采用熔斷器、接觸器或繼電器等電力設(shè)備，在電流過(guò)大時(shí)將切斷電路回路，關(guān)閉電機(jī)；(2)采用專門(mén)設(shè)計(jì)的包含運(yùn)算功能器件的保護(hù)電路；(3)用傳感器測(cè)量電機(jī)若干信號(hào)進(jìn)行電流控制。對(duì)于車(chē)用直流無(wú)刷電機(jī)系統(tǒng)而言，顯然不允許在行駛工況下的關(guān)閉電機(jī)。而無(wú)論采用保護(hù)電路還是傳感器的方法，都會(huì)改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)復(fù)雜化，這些保護(hù)裝置不僅安裝麻煩，增加了總體生產(chǎn)成本，而且在電機(jī)正常運(yùn)行過(guò)程中，還要消耗一定的電能，造成能源浪費(fèi)。中華人民共和國(guó)201020572308. O號(hào)專利《一種直流無(wú)刷電機(jī)的電流保護(hù)的控制裝置》采用系統(tǒng)若干信號(hào)(電壓，調(diào)速信號(hào)，轉(zhuǎn)子位置信號(hào)等)進(jìn)行限流處理，該方法并沒(méi)有對(duì)電流進(jìn)行直接測(cè)量，形成不了閉環(huán)限流的目的，從而抗干擾能力差。200710163375號(hào)專利《用于無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的保護(hù)電路》需增加較多的電子元器件，系統(tǒng)復(fù)雜，不靈活，且成本增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種車(chē)用無(wú)刷直流電機(jī)母線限流控制方法及裝置，該方法及裝置可預(yù)防無(wú)刷直流電機(jī)系統(tǒng)因電流過(guò)大引起的過(guò)熱問(wèn)題，同時(shí)避免動(dòng)力電池因放電電流過(guò)大而造成電池，而且在母線電流未超過(guò)限流值時(shí)，不影響駕駛員的操作。本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)一種車(chē)用無(wú)刷直流電機(jī)母線限流控制方法，包括以下步驟I)電流檢測(cè)模塊采集無(wú)刷直流電機(jī)的母線電流，并發(fā)送至信號(hào)濾波模塊；2)信號(hào)濾波模塊對(duì)電流檢測(cè)模塊采集到的母線電流進(jìn)行濾波，并發(fā)送至主控芯片;3)主控芯片判斷該母線電流是否大于限流值，若為是，則以駕駛員輸入的駕駛意愿占空比作為輸出占空比，調(diào)制PWM波輸出至逆變器，驅(qū)動(dòng)無(wú)刷直流電機(jī)；若為否，執(zhí)行步驟4)；4)主控芯片根據(jù)母線電流計(jì)算獲得限流占空比；5)主控芯片比較限流占空比和駕駛意愿占空比，取較小的值作為輸出占空比，調(diào)制PWM波輸出至逆變器，驅(qū)動(dòng)無(wú)刷直流電機(jī)。步驟4)中限流占空比采用改進(jìn)PI補(bǔ)償算法，其計(jì)算公式如下
_4] \a > = Kp 'M + ^ + K> {Mdry (Al < O)
\am = I(Δ7 > 0)式中，％為限流占空比，Kp、KiS電機(jī)的PI補(bǔ)償系數(shù)，ΛΙ為限流值與母線電流之差，to為無(wú)刷直流電機(jī)的母線電流由正常狀態(tài)轉(zhuǎn)入過(guò)流狀態(tài)的時(shí)刻，α O為to時(shí)輸入的駕·駛意愿占空比。一種實(shí)施上述方法的車(chē)用無(wú)刷直流電機(jī)母線限流控制裝置，包括依次連接的電流檢測(cè)模塊、信號(hào)濾波模塊、主控芯片和逆變器，所述的電流檢測(cè)模塊連接無(wú)刷直流電機(jī)，檢測(cè)無(wú)刷直流電機(jī)的母線電流，所述的逆變器連接無(wú)刷直流電機(jī)，根據(jù)主控芯片輸入的PWM波驅(qū)動(dòng)無(wú)刷直流電機(jī)。所述的主控芯片包括改進(jìn)PI補(bǔ)償器、最小值比較單元、PWM波調(diào)制單元，所述的改進(jìn)PI補(bǔ)償器用于根據(jù)母線電流計(jì)算限流占空比，所述的最小值比較單元用于比較限流占空比和駕駛意愿占空比，并以最小值作為輸出占空比，所述的PWM波調(diào)制單元根據(jù)輸出占空比調(diào)制PWM波。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明將電流檢測(cè)單元采樣得到的母線電流信號(hào)作為調(diào)速系統(tǒng)反饋電流采樣數(shù)據(jù)的同時(shí)，又應(yīng)用到母線限流的控制中，加以運(yùn)算和處理，實(shí)現(xiàn)基于軟件的母線限流方法，防止系統(tǒng)過(guò)熱，有效地簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用基于PI補(bǔ)償算法的限流方法，無(wú)需改變電機(jī)系統(tǒng)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，充分利用了電機(jī)系統(tǒng)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單但有效，易于實(shí)現(xiàn)，成本低廉，為本發(fā)明的推廣和應(yīng)用帶來(lái)了極大的方便。對(duì)于采用動(dòng)力電池供電的車(chē)用直流無(wú)刷電機(jī)系統(tǒng)，本發(fā)明中采用的母線限流措施又可以有效地避免因放電電流過(guò)大造成電池的損害，有益于延長(zhǎng)電池的使用壽命。


圖I為本發(fā)明限流控制方法的流程圖；圖2為本發(fā)明限流控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為主控芯片內(nèi)控制程序的流程圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例對(duì)限流效果進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真的結(jié)果圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例如圖I所示，一種車(chē)用無(wú)刷直流電機(jī)母線限流控制方法，包括以下步驟I)電流檢測(cè)模塊采集無(wú)刷直流電機(jī)的母線電流，并發(fā)送至信號(hào)濾波模塊；2)信號(hào)濾波模塊對(duì)電流檢測(cè)模塊采集到的母線電流進(jìn)行濾波，并發(fā)送至主控芯片;3)主控芯片判斷該母線電流是否大于限流值，若為是，則以駕駛員輸入的駕駛意愿占空比作為輸出占空比，調(diào)制PWM波輸出至逆變器，驅(qū)動(dòng)無(wú)刷直流電機(jī)；若為否，執(zhí)行步驟4)；4)主控芯片根據(jù)母線電流計(jì)算獲得限流占空比；5)主控芯片比較限流占空比和駕駛意愿占空比，取較小的值作為輸出占空比，調(diào)制PWM波輸出至逆變器，驅(qū)動(dòng)無(wú)刷直流電機(jī)。上述方法可通過(guò)如圖2所示的裝置實(shí)現(xiàn)，該裝置包括依次連接的電流檢測(cè)模塊、信號(hào)濾波模塊、主控芯片和逆變器，所述的電流檢測(cè)模塊連接無(wú)刷直流電機(jī)，檢測(cè)無(wú)刷直流電機(jī)的母線電流，所述的逆變器連接無(wú)刷直流電機(jī)，根據(jù)主控芯片輸入的PWM波驅(qū)動(dòng)無(wú)刷 直流電機(jī)。主控芯片包括改進(jìn)PI補(bǔ)償器、最小值比較單元、PWM波調(diào)制單元，改進(jìn)PI補(bǔ)償器用于根據(jù)母線電流計(jì)算限流占空比，最小值比較單元用于比較限流占空比和駕駛意愿占空t匕，并以最小值作為輸出占空比，PWM波調(diào)制單元根據(jù)輸出占空比調(diào)制PWM波，母線限流的實(shí)現(xiàn)采用如圖3所示的控制流程，若記電機(jī)系統(tǒng)輸入占空比到電機(jī)產(chǎn)生母線電流的傳遞函數(shù)為G(S)，按照控制策略當(dāng)Λ I彡O即電機(jī)未過(guò)熱時(shí)，限流模塊不起作用，而此時(shí)令a m = I彡α，從而a f=α策略滿足。一旦ΛΙ < O時(shí)，母線電流超過(guò)限流值，將引起電機(jī)過(guò)熱，系統(tǒng)觸發(fā)PI補(bǔ)償器工作。記PI補(bǔ)償器系數(shù)分別為Kp、Ki 改進(jìn)PI補(bǔ)償器首先記錄該時(shí)刻t = t0(此時(shí)I由正到負(fù)通過(guò)零點(diǎn))及該時(shí)刻下駕駛員意愿占空比α = α0;改進(jìn)PI補(bǔ)償器計(jì)算占空比 =\^ + ( 0 +盡^Δ/介)(t為控制器作用的時(shí)間)。由于Δ I < 0, =·^ρ·Δ/ + (θτΟ + Α￡ΔΜΓ); α ,從而 Ctf= am，這說(shuō)明電機(jī)本體
過(guò)熱時(shí)控制器會(huì)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋調(diào)節(jié)作用。而普通PI控制下《C = ^·δ/+<￡δ/￡/τ<0,
實(shí)際輸出af = 0，相對(duì)于此，改進(jìn)PI補(bǔ)償算法可以提升過(guò)熱時(shí)電機(jī)輸出功率，盡量滿足駕駛員的駕駛意愿，從而充分發(fā)揮系統(tǒng)的動(dòng)力性能。因此，母線限流模塊改進(jìn)PI補(bǔ)償器的實(shí)現(xiàn)概括如下
「 ^ am=Kp-^I + {ao + Ki[(Al < O)ijtO
. =!(Δ/>0)而依照母線限流控制策略，母線限流模塊的實(shí)際輸出占空比為af = min(a，
Ct ) O其中，％為限流占空比，&，1為電機(jī)的PI補(bǔ)償系數(shù)，ΛΙ為限流值與母線電流之差，h為無(wú)刷直流電機(jī)的母線電流由正常狀態(tài)轉(zhuǎn)入過(guò)流狀態(tài)的時(shí)刻，為h時(shí)輸入的駕駛意愿占空比，<^為輸出占空比。PI補(bǔ)償器的補(bǔ)償系數(shù)Kp，Ki和電機(jī)的限流值Imax，可以通過(guò)以下步驟初步確定獲得:I、根據(jù)車(chē)輛所應(yīng)用車(chē)輛的具體情況，估計(jì)出車(chē)輛在通常行駛路面上的行駛阻力F
權(quán)利要求
1.一種車(chē)用無(wú)刷直流電機(jī)母線限流控制方法，其特征在于，包括以下步驟 1)電流檢測(cè)模塊采集無(wú)刷直流電機(jī)的母線電流，并發(fā)送至信號(hào)濾波模塊； 2)信號(hào)濾波模塊對(duì)電流檢測(cè)模塊采集到的母線電流進(jìn)行濾波，并發(fā)送至主控芯片； 3)主控芯片判斷該母線電流是否大于限流值，若為是，則以駕駛員輸入的駕駛意愿占空比作為輸出占空比，調(diào)制PWM波輸出至逆變器，驅(qū)動(dòng)無(wú)刷直流電機(jī)；若為否，執(zhí)行步驟4)； 4)主控芯片根據(jù)母線電流計(jì)算獲得限流占空比； 5)主控芯片比較限流占空比和駕駛意愿占空比，取較小的值作為輸出占空比，調(diào)制PWM波輸出至逆變器，驅(qū)動(dòng)無(wú)刷直流電機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種車(chē)用無(wú)刷直流電機(jī)母線限流控制方法，其特征在于，步驟4)中限流占空比采用改進(jìn)PI補(bǔ)償算法，其計(jì)算公式如下
3.一種實(shí)施權(quán)利要求I所述方法的車(chē)用無(wú)刷直流電機(jī)母線限流控制裝置，其特征在于，包括依次連接的電流檢測(cè)模塊、信號(hào)濾波模塊、主控芯片和逆變器，所述的電流檢測(cè)模塊連接無(wú)刷直流電機(jī)，檢測(cè)無(wú)刷直流電機(jī)的母線電流，所述的逆變器連接無(wú)刷直流電機(jī)，根據(jù)主控芯片輸入的PWM波驅(qū)動(dòng)無(wú)刷直流電機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的車(chē)用無(wú)刷直流電機(jī)母線限流控制裝置，其特征在于，所述的主控芯片包括改進(jìn)PI補(bǔ)償器、最小值比較單元、PWM波調(diào)制單元，所述的改進(jìn)PI補(bǔ)償器用于根據(jù)母線電流計(jì)算限流占空比，所述的最小值比較單元用于比較限流占空比和駕駛意愿占空比，并以最小值作為輸出占空比，所述的PWM波調(diào)制單元根據(jù)輸出占空比調(diào)制PWM波。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種車(chē)用無(wú)刷直流電機(jī)母線限流控制方法及裝置，該方法主要由主控芯片接收經(jīng)調(diào)理濾波單元處理的電流信號(hào)，并根據(jù)設(shè)定的限流值進(jìn)行改進(jìn)PI補(bǔ)償控制，計(jì)算出避免電流超過(guò)限值的所允許的最大占空比，同時(shí)與駕駛意愿占空比相比較，取其中最小值，根據(jù)該值輸出相應(yīng)占空比的PWM控制信號(hào)至逆變器驅(qū)動(dòng)電機(jī)，其裝置包括依次連接的電流檢測(cè)模塊、信號(hào)濾波模塊、主控芯片和逆變器，其中電流檢測(cè)模塊和逆變器都與無(wú)刷直流電機(jī)連接，電流檢測(cè)模塊用于采集母線電流，逆變器用于驅(qū)動(dòng)無(wú)刷直流電機(jī)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明易于實(shí)現(xiàn)，成本低廉，可以有效解決電機(jī)過(guò)熱的問(wèn)題，且不會(huì)影響駕駛員在正常狀況下的駕駛。
文檔編號(hào)H02P7/06GK102931896SQ20121017739
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月31日
發(fā)明者陳鳳祥, 鐘繼隆, 周蘇, 章桐 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)