一种基于超级电容-能耗电阻的可控再生制动系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于超级电容‑能耗电阻的可控再生制动系统及其控制方法，本发明专利技术的系统包括复合控制单元、超级电容、能耗电阻、锂电池供电电路、超级电容供电/制动电路、能耗电阻制动电路及电机驱动桥，电机驱动桥直流侧连接到正负极母线，锂电池供电电路、超级电容供电/制动电路、能耗电阻制动电路均连接到正负极母线，超级电容供电/制动电路包括电容降压桥和电容升压桥，能耗电阻制动电路包括能耗降压桥。本发明专利技术能够在基于超级电容的再生制动过程中电机速度可控且制动力矩恒定，使得超级电容可以更好地应用在电机传动系统中，电机制动时的动能能够尽可能多地存储在超级电容中，当电机制动模式发生切换时为无扰切换。

【技术实现步骤摘要】
一种基于超级电容-能耗电阻的可控再生制动系统及其控制方法
本专利技术涉及超级电容的电机系统再生制动技术，具体涉及一种基于超级电容-能耗电阻的可控再生制动系统及其控制方法。
技术介绍
电机驱动系统将动能回收至超级电容时电机速度的控制问题值得关注。如果电机驱动系统利用超级电容再生制动，当电机速度高时减速非常快，这是因为总线上的感应电动势Vbus与电机速度成正比。当Vbus低于超级电容电压Vcap时，电机的动能将不能再转化为超级电容的电能，电机将无法制动。在许多电机驱动场合是不允许这种情况出现的，例如电动汽车、电梯等等。而能耗电阻则能够保证电机速度在任何值时都能进行能耗制动，因此当电机速度较低时可利用能耗电阻制动。为了保证电机驱动系统制动时的平滑性、乘客的舒适性等，我们希望当制动系数固定时，电机减速的制动力矩应该恒定，即电机的加速度应为负常值，且电机从基于超级电容制动模式切换为基于能耗电阻制动模式时不应对电机速度造成抖动。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种基于超级电容-能耗电阻的可控再生制动系统及其控制方法，本专利技术能够在基于超级电容的再生制动过程中电机速度可控且制动力矩恒定，使得超级电容可以更好地应用在电机传动系统中，电机制动时的动能能够尽可能多地存储在超级电容中，当电机制动模式发生切换时为无扰切换。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种基于超级电容-能耗电阻的可控再生制动系统，包括复合控制单元、超级电容、能耗电阻Rer、锂电池供电电路、超级电容供电/制动电路、能耗电阻制动电路以及电机驱动桥Smo，所述电机驱动桥Smo交流侧与电机相连、直流侧连接到正负极母线，所述锂电池供电电路连接到正负极母线，所述超级电容供电/制动电路包括电容降压桥Sec和电容升压桥Sc，所述超级电容依次通过电容降压桥Sec、电容升压桥Sc连接到正负极母线，所述能耗电阻制动电路包括能耗降压桥Ser，所述能耗电阻Rer通过能耗降压桥Ser连接到正负极母线，所述复合控制单元的控制输出端分别通过PWM发生器与电机驱动桥Smo、电容降压桥Sec、电容升压桥Sc、能耗降压桥Ser的控制端相连。可选地，所述锂电池供电电路包括锂电池和电感器Lb，所述锂电池通过电感器Lb连接到正负极母线。可选地，所述电容降压桥Sec、电容升压桥Sc之间并联布置有电容器。可选地，所述正负极母线之间并联布置有电容器CL。可选地，所述超级电容和电容降压桥Sec之间串接有电感器Lec，所述电容升压桥Sc和正负极母线的正极母线之间串接有电感器Lc。此外，本专利技术还提供一种基于超级电容-能耗电阻的可控再生制动系统的控制方法，在电机系统需要启动或加速时，所述复合控制单元关闭能耗降压桥Ser并开启电容降压桥Sec、电容升压桥Sc，超级电容的输出电压先经过电容降压桥Sec、电容升压桥Sc升压至锂电池电压Vhigh，然后与锂电池供电电路一起通过电机驱动桥Smo驱动电机；在电机系统制动时默认处于超级电容制动模式且在满足指定触发条件时切换至能耗电阻制动模式；其中，所述超级电容制动模式下复合控制单元关闭能耗降压桥Ser和能耗降压桥Ser并开启电容升压桥Sc，电机动能通过电容升压桥Sc升压后给超级电容充电以控制电机速度；所述能耗电阻制动模式下复合控制单元关闭电容降压桥Sec和电容升压桥Sc并开启能耗降压桥Ser，电机动能通过能耗电阻Rer耗散以控制电机速度。可选地，所述满足指定触发条件具体是指满足下述两条条件中的任意一条：上式中，Γ指条件，Vbus是正负极母线的总线电压，Vth是电容升压桥Sc的阈值电压，Vcap是超级电容的电压，Vhigh是锂电池电压。可选地，所述复合控制单元包含采用软件或者硬件实现的模式切换控制器OMSC、第一自抗扰控制器ADRC1和第二自抗扰控制器ADRC2以及模式切换控制器OMSC，所述模式切换控制器OMSC用于在电机系统制动时在满足指定触发条件时切换至能耗电阻制动模式，所述第一自抗扰控制器ADRC1用于基于超级电容制动模式控制电机速度，所述第二自抗扰控制器ADRC2用于基于能耗电阻制动模式控制电机速度。可选地，所述第一自抗扰控制器ADRC1的输入为电机速度vb和指定参考速度vg、输出用于通过PWM发生器控制电容降压桥Sec。可选地，所述第二自抗扰控制器ADRC2的输入为电机速度vb和指定参考速度vg、输出用于通过PWM发生器控制能耗降压桥Ser。和现有技术相比，本专利技术具有下述优点：本专利技术能够在基于超级电容的再生制动过程中电机速度可控且制动力矩恒定，使得超级电容可以更好地应用在电机传动系统中，电机制动时的动能能够尽可能多地存储在超级电容中，当电机制动模式发生切换时为无扰切换。附图说明图1为本专利技术实施例方法的电路原理示意图。图2为本专利技术实施例中的控制原理示意图。图3为本专利技术实施例中的实验对比曲线示意图。具体实施方式如图1所示，本实施例基于超级电容-能耗电阻的可控再生制动系统包括复合控制单元、超级电容、能耗电阻Rer、锂电池供电电路、超级电容供电/制动电路、能耗电阻制动电路以及电机驱动桥Smo，电机驱动桥Smo交流侧与电机相连、直流侧连接到正负极母线，锂电池供电电路连接到正负极母线，超级电容供电/制动电路包括电容降压桥Sec和电容升压桥Sc，超级电容依次通过电容降压桥Sec、电容升压桥Sc连接到正负极母线，能耗电阻制动电路包括能耗降压桥Ser，能耗电阻Rer通过能耗降压桥Ser连接到正负极母线，复合控制单元的控制输出端分别通过PWM发生器与电机驱动桥Smo、电容降压桥Sec、电容升压桥Sc、能耗降压桥Ser的控制端相连。图1中，mmo、mec、mc、mer为调制信号，分别用于控制对应的PWM发生器产生PWM波控制电机驱动桥Smo、电容降压桥Sec、电容升压桥Sc、能耗降压桥Ser。vb为测量得到的电机速度值，用于电机控制。如图1所示，锂电池供电电路包括锂电池和电感器Lb(图1中标注为Lb，Rb)，锂电池通过电感器Lb连接到正负极母线，作用为储能。如图1所示，超级电容和电容降压桥Sec之间串接有电感器Lec，电容升压桥Sc和正负极母线的正极母线之间串接有电感器Lc。此外，电感器Lc(图1中标注为Lc，Rc)和电感器Lec(图1中标注为Lec，Rec)作用为储能。如图1所示，电容降压桥Sec、电容升压桥Sc之间并联布置有电容器，起到稳定电压的作用。如图1所示，正负极母线之间并联布置有电容器CL，电容器CL为母线两端的稳压电容，起到稳定母线电压的作用。此外，本实施例还提供一种前述基于超级电容-能耗电阻的可控再生制动系统的控制方法，在电机系统需要启动或加速时，复合控制单元关闭能耗降压桥Ser并开启电容降压桥Sec、电容升压桥Sc，超级电容的输出电压先经过电容降压桥Sec、电容升压桥Sc升压至锂电池电压Vhigh，然后与锂电池供电电路一起通过电机驱动桥Smo驱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于超级电容-能耗电阻的可控再生制动系统，其特征在于：包括复合控制单元、超级电容、能耗电阻R

【技术特征摘要】
1.一种基于超级电容-能耗电阻的可控再生制动系统，其特征在于：包括复合控制单元、超级电容、能耗电阻Rer、锂电池供电电路、超级电容供电/制动电路、能耗电阻制动电路以及电机驱动桥Smo，所述电机驱动桥Smo交流侧与电机相连、直流侧连接到正负极母线，所述锂电池供电电路连接到正负极母线，所述超级电容供电/制动电路包括电容降压桥Sec和电容升压桥Sc，所述超级电容依次通过电容降压桥Sec、电容升压桥Sc连接到正负极母线，所述能耗电阻制动电路包括能耗降压桥Ser，所述能耗电阻Rer通过能耗降压桥Ser连接到正负极母线，所述复合控制单元的控制输出端分别通过PWM发生器与电机驱动桥Smo、电容降压桥Sec、电容升压桥Sc、能耗降压桥Ser的控制端相连。


2.根据权利要求1所述的基于超级电容-能耗电阻的可控再生制动系统，其特征在于，所述锂电池供电电路包括锂电池和电感器Lb，所述锂电池通过电感器Lb连接到正负极母线。


3.根据权利要求1所述的基于超级电容-能耗电阻的可控再生制动系统，其特征在于，所述电容降压桥Sec、电容升压桥Sc之间并联布置有电容器。


4.根据权利要求1所述的基于超级电容-能耗电阻的可控再生制动系统，其特征在于，所述正负极母线之间并联布置有电容器CL。


5.根据权利要求1所述的基于超级电容-能耗电阻的可控再生制动系统，其特征在于，所述超级电容和电容降压桥Sec之间串接有电感器Lec，所述电容升压桥Sc和正负极母线的正极母线之间串接有电感器Lc。


6.一种权利要求1～5中任意一项所述的基于超级电容-能耗电阻的可控再生制动系统的控制方法，其特征在于：在电机系统需要启动或加速时，所述复合控制单元关闭能耗降压桥Ser并开启电容降压桥Sec、电容升压桥Sc，超级电容的输出电压先经过电容降压桥Sec、电容升压桥Sc升压至锂电池电压Vhigh，然后与锂电池供电电路一起通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭辉，吴美平，卢惠民，肖军浩，徐明，曾志文，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43