【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超级电容，具体涉及用于机器人的超级电容充放电控制系统。
技术介绍
1、超级电容具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点，被广泛的应用；
2、在robomaster机甲大师机器人比赛中，裁判系统是比赛中必不可少的部件之一，它给机器人回传数据继而来保证了比赛的正常进行，这些数据包括但不限于：机器人血量、底盘功率、受击状况、弹丸发射速度和初速度等。同时，也是机器人与服务器之间的一个接口，在比赛过程中裁判系统持续监控机器人底盘功率，相应功率需要满足比赛规则的限制，否则会受到惩罚，扣除血量。，但是机器人在完成一些动作时，需要大功率，为了解决功率限制和瞬时大功率的需求，就需要超级电容进行供电，从而提高机器人底盘的机动性，但是，现有技术中，在机器人持续的高机动性动作负荷之下，容易将超级电容器的电压使用至12v以下，此时，超级电容器的电压不能够激活机器人底盘的电子调速器，以至于机器人完全丧失机动性，因此，亟需一种能够对超级电容进行充放电的技术，以解决上述问题。
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术提供了一种用于机器人的超级电容充放电控制系统及控制方法，实现对超级电容器的基础充电功能，在系统初始化的时刻或者是在空闲时间对超级电容器进行充电控制，在机器人底盘具有大功率需求的时刻，超级电容器通过该系统放电，电流反向回流至机器人底盘(用电器端)，并与上游提供的电源一并与超级电容器供电。
2、本专利技术提供如下技术方案：一种超级电容充放电控
3、控制单元，用于给超级电容和机器人供电的供电电源；用于测量供电电源电压和超级电容电压的电压测量单元；用于测量供电电源电流、超级电容充电电流、机器人用电电流的电流测量单元；用于调节超级电容充放电的超级电容充放电调节单元；用于对被控对象进行精准的闭环控制的2p2z算法模块，对电容侧的充、放电电流做闭环，利用电流感应放大器芯片采样高侧电流，根据期望充、放电功率计算出期望电流，所述的控制单元分别与2p2z算法模、供电电源、电压测量单元、电流测量单元、超级电容充放电调节单元连接，超级电容充放电调节单元与超级电容连接。
4、其中，2p2z算法模块的控制方式为电压前馈控制结合增量式pid进行控制，其中，电压前馈的控制是通过现行设定系统输入端的理想状态下的电压vref，继而由f334的adc解算得输入端的电压vi n，而后进行前馈因子的计算，前馈因子是算法中主要组成部分，用于直接调整输出以抵消输入变化的影响，前馈因子kff的计算通常基于预定的公式或通过实验获得的经验数据，其计算方式为：
5、
6、在计算完反馈因子后，将其于原增量pid闭环所输出的比较值相乘，再于pwm更新函数中输入该数值，赋值于对应寄存器，最终输出pwm信号控制mosfet的开关。
7、超级电容充放电调节单元为dc-dc变换器，包括芯片u11，芯片u11的1脚通过电容c27接地，芯片u11的5脚和6脚与控制单元连接，芯片u11的7脚接地，芯片u11的8脚通过电阻r31与mos管q2的栅极g连接，电阻r31与二极管d2并联，芯片u11的9脚接地，芯片u11的3脚通过电阻r32与mos管q1的栅极连接，二极管d1与电阻r32并联，芯片u11的4脚与mos管q1的源极连接，芯片u11的的2脚通过电容c23与mos管q1的源极连接，mos管q1的漏极与供电电源的供电端sys连接，电电源的供电端sys与机器人底盘连接；mos管q1的源极与mos管q2的漏极连接，mos管q2的源极接地，mos管q2的漏极通过电感l1与mos管q3的源极连接，mos管q3的漏极与超级电容连接，mos管q3的栅极通过电阻r29与芯片u10的3脚连接，二极管d3与电阻r29并联，mos管q3的源极与芯片u10的4脚连接，芯片u10的2脚通过电容c22与mos管q3的源极连接，芯片u10的1脚通过电容c24接地，芯片u10的9脚接地，芯片u10的5脚和6脚与控制单元连接，芯片u10的7脚接地，芯片u10的8脚通过电阻r30与mos管q4的栅极连接，二极管d4与电阻r30并联，mos管q4的源极接地，mos管q4的漏极与mos管q3的源极连接。
8、所述的控制单元采用stm32f3系列单片机，芯片u11和芯片u10为ucc27211驱动芯片，所述电压测量单元采用rs855运算放大器，将电平信号进行调理后再输入至单片机，电压测量单元采用i na282系列。
9、一种用于机器人的超级电容充放电控制方法，包括如下步骤：
10、步骤1、将机器人底盘与超级电容器并联，通过输入的电压与裁判系统提供的功率限制，获得裁判系统的输入电流限制，即电流阈值；
11、步骤2、判断机器人底盘电流是否超过电流阈值，如果没超过阈值，则dc-dc变换器及给机器人底盘进行供电，也给超级电容进行充电；
12、步骤3、机器人底盘消耗的瞬时电流超过设定阈值时，超级电容通过dc-dc变换器反向放电给机器人底盘进行供电，此时机器人底盘获得dc-dc变换器和超级电容的双重供电。
13、步骤2中，给超级电容充电的电流和机器人底盘电流之和小于等于电流阈值。
14、给超级电容充电时，根据设定的超级电容电压获得所需要的第一pwm比较值，根据设定的超级电容供电电流获得所需要的第二pwm的比较值，比较第一pwm比较值和第二pwm的比较值，选择其中数值小的，实现对超级电容的横流充电。
15、在机器人底盘电流超过电流阈值时，停止对超级电容器的充电，使超级电容器的能量反向流动到机器人底盘侧，此时监测机器人底盘电流和dc-dc变换器与超级电容间的电流；
16、在监测机器人底盘电流和dc-dc变换器与超级电容间的电流时，如果dc-dc变换器和超级电容间的电流与机器人底盘电流超出电流阈值，则超级电容应视为电压源，控制超级电容器通过dc-dc变换及进行放电；若未超过电流阈值，则对超级电容器进行恒流恒压充电。
17、通过上述描述可以看出，本方案实现双向的能量流动，即可以为超级电容充电，也可以将超级电容作为电源向外放电，同时将底盘并联至双向dc-dc的输入端，在利用双向dc-dc能量能够流动到目的位置的同时避免了上文提到的超级电容器电压低从而出现无法激活电调的情况。
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1.一种超级电容充放电控制系统，其特征在于包括:
2.根据权利要求1所述超级电容充放电控制系统，其特征在于，所述2p2z算法模块的控制方式为电压前馈控制结合增量式PID进行控制，其中，电压前馈的控制是通过现行设定系统输入端的理想状态下的电压Vref，继而由F334的ADC解算得输入端的电压Vin，而后进行前馈因子的计算，前馈因子是算法中主要组成部分，用于直接调整输出以抵消输入变化的影响，前馈因子Kff的计算通常基于预定的公式或通过实验获得的经验数据，其计算方式为：
3.根据权利要求1所述超级电容充放电控制系统，其特征在于，
4.根据权利要求1或3所述超级电容充放电控制系统，其特征在于，
5.一种超级电容充放电控制系统的控制方法，其特征在于包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述超级电容充放电控制系统的控制方法，其特征在于，
7.根据权利要求5或6所述超级电容充放电控制系统的控制方法，其特征在于，
8.根据权利要求6或7所述超级电容充放电控制系统的控制方法，其特征在于，
【技术特征摘要】
1.一种超级电容充放电控制系统，其特征在于包括:
2.根据权利要求1所述超级电容充放电控制系统，其特征在于，所述2p2z算法模块的控制方式为电压前馈控制结合增量式pid进行控制，其中，电压前馈的控制是通过现行设定系统输入端的理想状态下的电压vref，继而由f334的adc解算得输入端的电压vin，而后进行前馈因子的计算，前馈因子是算法中主要组成部分，用于直接调整输出以抵消输入变化的影响，前馈因子kff的计算通常基于预定的公式或通过实验获得的经验数据，其计算方式为：<...
【专利技术属性】
技术研发人员：周旭昕，王丽，李杰相，季怀明，崔胜禹，肖博，戴锐，
申请(专利权)人：深圳阿德慕智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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