CN103023405A

CN103023405A - 电动车无刷直流电机混合模糊制动方法

Info

Publication number: CN103023405A
Application number: CN2013100236698A
Authority: CN
Inventors: 王友仁; 宋哲; 鲁世红; 王强
Original assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2013-01-23
Filing date: 2013-01-23
Publication date: 2013-04-03

Abstract

本发明公开了一种电动车无刷直流电机混合模糊制动方法。当电动车制动信号有效时，进行电机制动控制。首先，通过霍尔信号检测电机转速；然后，根据检测的电机转速是否大于设定转速确定制动方式；若电机转速小于等于设定转速，采用机械制动方式；若电机转速大于设定转速，采用机械制动与能量回馈制动相结合的混合制动方式，混合制动过程中，当电机转速低于设定转速时，则关闭能量回馈制动方式而仅保留机械制动。混合制动中的能量回馈制动采用自整定模糊PID(Proportional Integral Differential)控制算法，使回馈电流和泵升电压保持在设定值以下且尽量接近设定值。本方法在电动车制动过程中能保证电机制动和能量回馈的效果，且使得驱动电路安全。

Description

电动车无刷直流电机混合模糊制动方法

技术领域

本发明涉及电动车领域，尤其是涉及电动车用无刷直流电机制动技术。

背景技术

电动车作为一种新型的交通工具，具有绿色、环保、节能、噪声低、小巧灵活、价格适中等一系列优点，已经得到了广泛应用。

电动车一般由无刷直流电机驱动。对电动车无刷直流电机进行制动的方式通常有机械制动和电气制动，其中电气制动又分为反接制动和能量回馈制动两种方式。机械制动和电气反接制动都没有向电源回馈能量，则降低了能量使用的效率，不利于节能和环保。随着节能减排和环保意识的增强，可以向电源回馈能量的能量回馈制动方式已开始用于电动车无刷直流电机的制动控制。

在传统的能量回馈制动中，通常是限制回馈电流和泵升电压，以此来保护无刷直流电机的驱动电路。本发明在能量回馈制动中采用了自整定模糊PID(Proportional IntegralDifferential)控制策略来自动调节回馈电流和泵升电压的大小，该方法的电机制动效果好、制动时间短，在电机制动时保证回馈能量、驱动电路安全，且无需改变电机结构和控制电路，仅用软件提升制动控制效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种电动车无刷直流电机混合模糊制动方法。该方法在制动过程中，当电机转速较高时，采用机械制动和能量回馈制动相结合的混合制动方式，同时在能量回馈制动中采用了自整定模糊PID控制方法，通过调节功率管PWM(Pulse Width Modulation)的占空比，进而控制回馈电流和泵升电压的大小，既保证了电机制动和能量回馈的效果，又保证了电机驱动电路安全。

为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：

一种电动车无刷直流电机混合模糊制动方法，该方法包括如下步骤：

(1)在电动车刹车制动信号有效时，进行电动车无刷直流电机制动控制，通过霍尔信号检测电机转速；

(2)根据检测的电机转速N是否大于设定转速Q确定制动方式，若N≤Q，进行步骤(3)，若N＞Q，进行步骤(4)；

(3)采用机械方式制动方式，能量回馈制动方式无效，转步骤(1)，直至电机停止运行；

(4)采用机械制动与能量回馈制动相结合的混合制动方式。混合制动方式中能量回馈制动的控制方式具体为：为保证制动效果同时考虑电路安全保护，设定回馈电流和泵升电压参考值，分别记为It和Vt；利用半桥升压斩波原理对电机进行制动，采用自整定模糊PID控制算法，计算出的PWM占空比用于导通相应的3个下桥臂功率管，从而自动调节驱动系统的回馈电流和泵升电压，分别使其保持在It和Vt以下且尽量接近It和Vt值，以避免烧毁和击穿逆变器的功率管，保证驱动电路安全工作。

(5)重复步骤(1)至(4)，直至电机停止运行。

附图说明

图1是电动车无刷直流电机驱动电路原理图；

图2是电动车无刷直流电机制动控制流程图。

具体实施方式

为了加深本发明的解释，下面结合附图对本发明作进一步的详述，该实施实例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

本发明所述的一种电动车用无刷直流电机制动方法，具体实现步骤如下：

1.如图1所示，VT1～VT6为驱动功率管，电机在一个周期内有3个状态，每120°换相一次，因此这里只需采用3步，定义能量回馈制动电机时驱动功率管的相序：第一步，打开VT4，关闭VT6、VT2；第二步，打开VT6，关闭VT4、VT2；第三步，

打开VT2，关闭VT4、VT6；进而根据霍尔元件的位置信号，结合定义相序控制功率管的通断。

2.检测电动车制动信号是否有效，如果制动信号有效，则继续下述步骤；否则，不进行制动控制。

3.根据霍尔信号检测电机转速，实现方法为：检测单位时间内霍尔信号往同一方向转动变化的次数计算电机转速，记为N。

4.设定转速Q，判断电机转速范围，若N≤Q，执行步骤5，直接对电机进行制动；如果N＞Q，则继续步骤6。

5.采用机械方式制动方式，能量回馈制动方式无效，转步骤2，直至电机停止运行。

6.根据此时的霍尔位置信号采用机械制动的同时采用能量回馈制动方式对电机进行混合制动。

6.在能量回馈制动中分别对回馈电流和泵升电压采用自整定模糊PID控制策略，以回馈电流、泵升电压的反馈值与相应参考值的偏差e_i、e_v和偏差变化率e_ci、e_cv作为输入。

7.输入量论域均为[-a，a]，其中a为常数，模糊语言变量均选择7个：{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，分别代表负大、负中、负小、零、正小、正中、正大，语言变量的隶属度函数均采用三角形函数分布。

8.分别将输入变量e_i、e_v、e_ci、e_cv模糊化后，得到E_i、EC_i、E_v、EC_V。

9.根据专家经验，结合实际控制实验，分别建立和归纳出回馈电流、泵升电压的PID参数整定的模糊控制规则表。

9.采用合成推理的Mandani推理方法中的max-min合成法，推导出内在的模糊关系，根据模糊关系和输入变量E_i、EC_i、E_v、EC_V的情况推理合成得到回馈电流、泵升电压的PID三个参数的语言变量。

10.采用加权平均法分别对回馈电流、泵升电压的PID三个参数的语言变量进行解模糊化操作，解模糊后得到回馈电流的PID三个参数分别为k_pi、k_ii、k_di，泵升电压的PID三个参数分别为k_pv、k_iv、k_dv，完成PID参数的自整定。

11.在线实时调整回馈电流、泵升电压的PID控制器的三个参数，由常规PID控制器控制调节回馈电流和泵升电压的PWM占空比，使制动的回馈电流低于且尽量接近It，制动的泵升电压低于且尽量接近Vt。

12.取回馈电流占空比和泵升电压占空比的最小值作为驱动系统的PWM占空比控制逆变器功率管的通断，实现制动。

13.判断电机运行停止否，若电机没有停止，则重复步骤2至步骤12；若电机运行停止，则关闭所有功率管，电机制动控制过程结束。

Claims

1.一种电动车无刷直流电机混合模糊制动方法，其特征在于它包括步骤：

(4)采用机械制动与能量回馈制动相结合的混合制动方式；

(5)重复步骤(1)至(4)，直至电机停止运行。

2.根据权利要求1所述一种电动车无刷直流电机混合模糊制动方法，其特征在于所述步骤(4)的混合制动方式中能量回馈制动的控制方式具体为：

为保证制动效果并考虑电路安全保护，设定回馈电流和泵升电压参考值，分别记为It和Vt；利用半桥升压斩波原理对电机进行制动，采用自整定模糊PID(Proportional IntegralDifferential)控制算法，计算得到PWM(Pulse Width Modulation)占空比用于导通相应的3个下桥臂功率管，从而自动调节驱动系统的回馈电流和泵升电压，分别使其保持在It和Vt以下且尽量接近It和Vt值，以避免烧毁和击穿逆变器的功率管，保证驱动电路安全工作。