CN108322124A - 一种电机控制模块 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种异步电机控制模块。该模块具备：输入接口模块，用于分别输入电机旋转方向以及电机旋转速度；输出接口模块，用于输出UVW三相供电和刹车制动信号；斜坡函数模块，用于对所述电机旋转速度进行信号处理以使得速度由静止状态进行斜坡函数加速度追踪至设定速度值；PID控制模块，根据被指定的方向以及设定速度值进行PID控制追踪并输出经PID闭环控制后的理论设定值；以及SPWM调制模块，被给予外部反馈的实际转速，与PID控制模块输出的所述理论设定值进行实时对比追踪，若两者偏差超过规定值，则通过改变调制波的频率和幅值响应输出，以使得实际转速追随所述理论设定值。由此，能够减少重复编码。
Description
技术领域
本发明涉及电动车辆充电用的电机的控制技术，具体地电动车辆充电用的异步电机的变频调速控制技术。
背景技术
近几年来电动汽车呈现了井喷式发展，相比较传统的燃油汽车，电动汽车更加节能和环保，并且成为储能的移动终端，但是电动汽车的发展也有自己的技术瓶颈，目前受限于电池技术，电池容量和充电时间是现阶段不可回避的问题，然而在诸多的加电方式中，换电方式是一种极速、方便、安全的办法。
换电站由停车平台、取换电池小车、电池仓存储充电架、电池仓升降机以及其他辅助设备等组成，其中大量运行了异步三相电机进行设备的运转。
针对这样的问题，需要提出一种能够对大量的电机进行控制的模块或者方法。
发明内容
鉴于所述问题，本发明旨在提供一种能够大量异步电机进行控制的电机控制模块。
本发明的一方面的异步电机控制模块，其特征在于，具备：
输入接口模块，用于分别输入电机旋转方向以及电机旋转速度；
输出接口模块，用于输出UVW三相供电和刹车制动信号；
斜坡函数模块，用于对所述电机旋转速度进行信号处理以使得速度由静止状态进行斜坡函数加速度追踪至设定速度值；
PID控制模块，根据被指定的方向以及设定速度值进行PID控制追踪并输出经PID闭环控制后的理论设定值；以及
SPWM调制模块，被给予外部反馈的实际转速，与所述PID控制模块输出的所述理论设定值进行实时对比追踪，若两者偏差超过规定值，则通过改变调制波的频率和幅值响应输出，以使得实际转速追随所述理论设定值，
其中，在所述SPWM调制模块的输入分别连接所述输入接口模块的输出、所述斜坡函数模块的输出以及所述PID控制模块的输出，
所述出口接口模块与所述SPWM调制模块的输出连接。
可选地，进一步具备：
故障监测模块，用于对电机绕组的温度、电流、电压中的一项或者多项进行检测并且在超过阈值时进行输出保护。
可选地，所述输入接口模块包括：
用于输入电机旋转方向的方向输入子模块；以及
用于输入电机旋转速度的速度输入子模块。
可选地，所述方向输入子模块采用正转与反转互锁保护措施。
可选地，所述方向输入子模块采用在正反转切换之间设置规定的时间间隔。
可选地，所述速度输入子模块包括高速输入、中速输入以及低速输入并且采用互锁保护措施。
可选地，所述斜坡函数模块对不同速度切换增加斜坡函数并且以规定的加减速的方式攀爬到目标转速。
可选地，所述刹车制动信号在在电机输入控制命令撤除后规定延迟时间后再进行动作。
可选地，利用结构化文本语言构成上述各个模块。
本发明的计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现上述异步电机控制模块。
本发明的计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的异步电机控制模块。
根据本发明的异步电机控制模块，通过在换电站中针对电机控制系统采用了模块化，可继承性的思路，针对异步电机变速的功能采用调频的方式，在ST（结构化文本语言）基础上进行了功能块的接口封装，能够带来以下技术效果：减少重复编码，因为可以通过多次调用，程序员可以不用对重复的程序段多次编写；易于调试，通过对功能块的执行状态的变量输出，方便调试；方便不同项目的共享，通过对功能块作为库引用，程序员不需要为不同的项目编写相同的程序；使项目程序结构清晰，通过将项目功能定义在不同的功能块中，使得程序员可以清晰的构建不同功能的块。
附图说明
图1是本发明的一实施方式的异步电机控制模块的构造图。
图2本发明的异步电机控制模块的一个实施例的变频电机控制时序图。
具体实施方式
下面介绍的是本发明的多个实施例中的一些，旨在提供对本发明的基本了解。并不旨在确认本发明的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。
本发明希望提供一种能够归纳异步电机物理模型形成统一的输入输出接口的控制模块。进一步希望基于ST语言进行功能算法封装实现，减少重复编码，对于输入输出接口的调试更改整个功能块的状态。
图1是本发明的一实施方式的异步电机控制模块的构造图。
如图1所示，本发明的电机控制模块具备：输入接口模块100，用于输入电机旋转方向以及电机旋转速度；
输出接口模块200，用于输出UVW三相供电和刹车制动信号；
斜坡函数模块300，用于对从输入接口模块100获得的电机旋转速度进行信号处理以使得速度由静止状态进行斜坡函数加速度追踪至设定速度值；
编码器500，用于获取下述SPWM调制模块400的输出并进行编码处理后反馈到下述PID控制模块600；以及
PID控制模块600，根据被指定的方向以及设定速度值与编码器500反馈的速度进行PID控制追踪并输出经PID闭环控制后的信号；以及
SPWM调制模块400，根据PID控制模块600输出的经PID闭环控制后的信号，通过改变调制波的频率和幅值响应输出，以使得转速追随设定速度值，具体地，SPWM调制模块400被给予外部反馈的实际转速（由编码器500反馈），与PID控制模块600输出的所述理论设定值进行实时对比追踪，若两者偏差超过预先设定的规定阈值（作为一个示例，该规定阈值可以设置为例如5%），则通过改变调制波的频率和幅值响应输出，以使得实际转速追随所述理论设定值；以及
故障监测模块700，用于对电机绕组的温度、电流、电压中的一项或者多项进行检测并且在超过阈值时进行输出保护。
其中，编码器500是可选组成单元，即不设置编码器500也可以达成本发明的目的。
其中，输入接口模块100包括：输入电机旋转方向的方向输入子模块110；以及输入电机旋转速度标志的速度输入子模块120。
在方向输入子模块110中，输入“正传”表示电机以逆时针旋转，输入“反传”表示电机以顺时针旋转。正转与反转输入采取互锁保护措施，只能二选其一输出，并且在正反转切换的时候会有时间间隔的延迟，避免频繁切换造成对电机的损伤。
在速度输入子模块120中，如果切换成“高速标志”，则电机会高速旋转；如果切换成“中速标志”，则电机会中速旋转；如果切换成“低速标志”，则电机会低速旋转。这里，高中低这样的速度三档的选择，也是互锁保护三选其一的，即只能从三者中选出之一输出。当然，除了设置为高中低三档这样的三选一的速度标志之外，本领域的技术人员当然还能够进行种种变形，例如设置为不同的档数，例如设置为极高、高、中、低、极低这样的五选一的速度标志。而且，利用斜坡函数模块300对于不同速度切换增加了斜坡函数，以一定的加减速的方式攀爬到目标转速。
利用PID控制模块600，对于速度值的输入设定值与编码器500反馈的实际转速进行实时比较，采取PID（Proportion-Integral-Derivative，比例、积分、微分控制）闭环控制，同时利用SPWM调制模块400的SPWM调频方式，即可以保证调速的平滑性，又能保证任何一个速度段的硬度均接近自然机械特性。
输出接口模块200输出UVW三相供电和刹车制动信号，其中，电机三相供电，遇到高速标志会以高频转动，遇到中速标志会以中频转动，遇到低速标志会以低频转动，另一方面，作为在输出刹车制动信号时，电机停止刹车片抱闸制动。刹车抱闸在电机输入控制命令撤除后，延时规定时间，例如0.5S再进行动作，这样可以避免滚动摩擦带来的损害，更多的用是静摩擦的方式延长刹车片寿命。
图2本发明的异步电机控制模块的一个实施例的变频电机控制时序图。
在图2的时序图中，从上到下依次表示输入正传、输入高速标志、输入低速标志、输出刹车、输出转速的时序。如图2所示，输入正传信号开始一小段时间为低电平，然后转为高电平，持续一段较长时间后转为低电平。输入高速标志信号开始为低电平，一小段时间后转为高电平，接着，转为低电平。输入低速标志信号开始一直为低电平，直到输出高速标志转变为低电平时，输入低速标志信号也一起转变为低电平。输出刹车信号从开始一直为低电平，直到最后一小段时间转变为高电平。
根据本发明的异步电机控制模块的物理模型进行软件化模块式的设计，能够减少编码重复率和接口统一易于调试。进一步，基于结构体语言（ST）进行软件编程，利用ST实现上述输入接口模块100、输出接口模块200、斜坡函数模块300、SPWM调制模块400、编码器500、PID控制模块600、以及故障监测模块700，由此，能够根据输入接口需要对三相异步电机进行无极调速功能，在正反，以及高低速选择中通过竞争取一的逻辑保证时序上的互锁，为了响应速度的设定值，以设定值为输入，编码器反馈的实时速度值为反馈值，SPWM波调频输出作为全闭环控制。而且，在整个异步电机控制模块中采用结构体语言，在接口统一的情况下，进行多个模块的封转，输入部分分为电机正转，反转，高速启动，中速启动，低速启动，当所有输入信号撤除表示，异步电机停止，输出信号根据输入信号启动唯一选择进行相应的动作执行。
再者，本发明提供一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现上述的异步电机控制模块。
再者，本发明提供一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的异步电机控制模块。
作为计算机可读介质，存在磁性记录装置、光盘、光磁记录介质、半导体存储器等。对于磁性记录装置，存在HDD、FD、磁带等。对于光盘，存在DVD（Digital Versatile Disc，数字通用光盘）、DVD-RAM、CD-ROM、CD-R（Recordable，可记录）/RW（ReWritable，可重写）等。对于光磁记录装置，存在MO（Magneto Optical disk，磁光盘）等。
如上所述，根据本发明的异步电机控制模块，通过在换电站中针对电机控制系统采用了模块化，可继承性的思路，针对异步电机变速的功能采用调频的方式，在ST（结构化文本语言）基础上进行了功能块的接口封装，能够带来以下技术效果：
（1）减少重复编码，因为可以通过多次调用，程序员可以不用对重复的程序段多次编写；
（2）易于调试，通过对功能块的执行状态的变量输出，方便调试；
（3）方便不同项目的共享，通过对功能块作为库引用，程序员不需要为不同的项目编写相同的程序；
（4）使项目程序结构清晰，通过将项目功能定义在不同的功能块中，使得程序员可以清晰的构建不同功能的块。
以上例子主要说明了本发明的异步电机控制模块。尽管只对其中一些本发明的具体实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。
Claims (9)
1.一种异步电机控制模块，其特征在于，具备：
输入接口模块，用于分别输入电机旋转方向以及电机旋转速度；
输出接口模块，用于输出UVW三相供电和刹车制动信号；
斜坡函数模块，用于对所述电机旋转速度进行信号处理以使得速度由静止状态进行斜坡函数加速度追踪至设定速度值；
PID控制模块，根据被指定的方向以及设定速度值进行PID控制追踪并输出经PID闭环控制后的理论设定值；以及
SPWM调制模块，被给予外部反馈的实际转速，与所述PID控制模块输出的所述理论设定值进行实时对比追踪，若两者偏差超过规定值，则通过改变调制波的频率和幅值响应输出，以使得实际转速追随所述理论设定值，
其中，在所述SPWM调制模块的输入上分别连接所述输入接口模块的输出、所述斜坡函数模块的输出以及所述PID控制模块的输出，所述SPWM调制模块的输出连接至所述输出接口模块。
2.如权利要求1所述的异步电机控制模块，其特征在于，进一步具备：
编码器，用于反馈实际转速；
故障监测模块，用于对电机绕组的温度、电流、电压中的一项或者多项进行检测并且在超过阈值时进行输出保护。
3.如权利要求1所述的异步电机控制模块，其特征在于，
所述输入接口模块包括：
用于输入电机旋转方向的方向输入子模块；以及
用于输入电机旋转速度的速度输入子模块。
4.如权利要求3所述的异步电机控制模块，其特征在于，
所述方向输入子模块采用正转与反转互锁保护措施。
5.如权利要求3所述的异步电机控制模块，其特征在于，
所述方向输入子模块采用在正反转切换之间设置规定的时间间隔。
6.如权利要求3所述的异步电机控制模块，其特征在于，
所述速度输入子模块包括高速输入、中速输入以及低速输入并且采用互锁保护措施。
7.如权利要求6所述的异步电机控制模块，其特征在于，
所述斜坡函数模块对不同速度切换增加斜坡函数并且以规定的加减速的方式攀爬到目标转速。
8.如权利要求1所述的异步电机控制模块，其特征在于，
所述刹车制动信号在在电机输入控制命令撤除后规定延迟时间后再进行动作。
9.如权利要求1所述的异步电机控制模块，其特征在于，
利用结构化文本语言构成上述各个模块。
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