CN110071664B - 具有恒流和下落速度可控的直流电机制动装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有恒流和下落速度可控的直流电机制动装置，涉及电机应用技术领域，由功率场效应管取代常规能耗制动电阻，通过压控方式实时在线调节其漏‑源之间的等效电阻以实现电机的恒流停车制动，使制动时间缩短为常规能耗制动方式的68％以下；在无需改变硬件条件下，采用电流和转速两级闭环控制技术，并通过数字信号处理器实现电机制动电流和位能负载下落速度的智能连续控制；为增加控制系统的可靠性，设计了以双光耦为核心的光隔离器用于对控制级与功率级之间的模拟信号进行可靠隔离。本发明能够实现电机拖动过程中以最快速度停车制动以及位能负载下落速度的连续调节控制。

Description

具有恒流和下落速度可控的直流电机制动装置及方法

技术领域

本发明涉及电机拖动与控制技术领域，尤其涉及一种具有恒流和下落速度可控的直流电机制动装置及方法。

背景技术

在工农业生产中，大量应用大中型电动机作为原动机去拖动各种生产机械设备，在自动化领域各种小型控制电机则广泛地被作为检测、放大和执行元件。直流电动机作为电机领域的一个重要分支，由于其具有良好的启动、调速特性以及较大的转矩，在现代生活中得到了广泛应用。

直流电机在运行过程中经常需要制动。对于反抗性负载而言，制动的目的是为了使拖动系统转速降低或停车；对于位能负载的工作机构，制动可获得稳定的负载下落速度。

电机制动方法总体上可分为：自由停车法、电磁制动法和电器制动法。自由停车法是通过断开电枢电源，利用负载阻力矩使系统降速，其制动速度较慢，特别是空载自由停车，更需要较长时间。电磁制动，即所谓“抱闸”，可加快制动过程，但因需附加机械装置并会造成接触摩擦，有些工况难以适用。在大多数需要电机快速制动的场合，多采用电气制动方法，它包括能耗制动、电源反接制动，以及回馈制动三种形式。电气制动方法的优点是无需附加的机械摩擦装置，且可以使位能负载(如起重机下放重物)的工作机构获得稳定的下放速度，因而该方法应用最为广泛。电气制动的基本原理是在电枢中通过反向电流从而使电动机产生反向电磁制动转矩。由电机拖动理论可知反向制动转矩的大小与电枢中流过的反向电流大小成正比，而上述现有三种电气制动形式只能保证在起始制动时刻使电枢获得最大的反向电流，随着电机转速的降落反向电流随之减小，制动转矩亦随之减弱，故整个制动过程无法保证恒流制动从而延缓了制动时间。在某些需要频繁启停电机的工况，为了提高工作效率需要尽量缩短停车制动时间，为此本发明设计了一种直流有刷电机恒流制动方法，并设计了相应的制动电路。此外，对于如起重机下放重物等位能负载而言，一旦上述现有三种电气制动电路硬件结构确定，负载稳定下放速度便随之确定而无法更改，难以满足某些工况需要重物变速下放的要求。本发明的目的之二是为了有效解决在不改变制动系统任何硬件的情况下，通过在线设置控制系统的软件参数便可实现位能负载下放速度的连续稳定调节，从而满足了制动系统具有通用性的要求。

发明内容

发明目的

本发明提供一种具有恒流和下落速度可控的直流电机制动装置及方法，其目的在于实现直流电机拖动过程中以最快速度制动停车以及位能负载下落过程中的电机转速在线连续调节控制，从而提高直流电机的伺服控制性能。

技术方案

具有恒流和下落速度可控的直流电机制动装置，包括：

电流闭环调节单元，根据给定电流值和工作电流反馈值，采用压控方法在线调节与电动机串联的MOS管漏极-源极之间的等效电阻R_ds阻值；

速度闭环调节单元，根据给定速度和实际下落速度反馈值，采用压控方法在线调节与电动机串联的MOS管漏极-源极之间的等效电阻R_ds阻值；

压控变阻器单元，包功率MOS管；功率MOS管的漏极-源极之间的等效电阻R_ds与电动机串联；压控变阻器的压控信号分别来自于电流闭环调节单元和速度闭环调节单元的输出信号，通过改变压控信号可以调节等效电阻R_ds的阻值；

控制单元，用于将设定的给定电流值、给定速度值转换为模拟电压并分别输出给电流闭环调节单元和速度闭环调节单元；

所述电流闭环调节单元包括电流取样电阻、反相器、线性光隔离放大器、电流PI调节器及D/A变换器；

所述速度闭环调节单元包括与电机连接的测速发电机、加法器、低通滤波器、速度PI调节器及A/D变换器；

所述压控变阻器单元包括功率MOS管(或MOS管阵列)、线性光隔放大器及模拟多路开关；

所述控制单元包括数字信号处理器、电机过温检测电路、电机运行/停止检测电路及DC-DC电源模块；所述数字信号处理器内集成有A/D变换器、D/A变换器、FLASH和IO资源。

所述具有恒流和下落速度可控的直流电机制动装置，优选地：D/A变换器将控制单元设定的制动电流值转换为对应的模拟电压并作为电流PI调节器的给定量；

电流PI调节器根据所述给定量和从所述电流取样电阻中获得的电机工作电流反馈值进行比例积分控制，其输出电压通过模拟多路开关并经线性光隔放大后作用于与功率MOS管的栅极g，通过调节其导通程度以实现漏极-源极之间等效电阻R_ds的阻值控制。

所述具有恒流和下落速度可控的直流电机制动装置，优选地：

所述低通滤波器滤除测速发电机输出的电压信号中的高频噪声，提高速度反馈量的信噪比；

所述测速发电机的输出电压转换为单一正极性信号，输入到A/D变换器，由微处理器测得实际下落速度值；

所述控制单元给定的位能负载下落速度值通过D/A变换器转换为与给定速度对应的电压；所述速度PI调节器根据速度给定量和实际下落速度反馈量进行比例积分控制，其输出电压通过模拟多路开关并经线性光隔放大后作用于功率MOS管的栅极g，通过调节其导通程度以实现漏极-源极之间等效电阻R_ds的阻值控制。

所述具有恒流和下落速度可控的直流电机制动装置，优选地：所述电流PI调节器、速度PI调节器的两个输出信号与另外一个低电平地信号通过模拟多路开关选择其中三者之一，经双光耦组成的线性光隔放大后，通过压控方式调整功率MOS管漏极-源极之间的等效电阻R_ds；所述模拟多路开关的通道选择由控制单元中数字信号处理器的IO信号控制。

所述具有恒流和下落速度可控的直流电机制动装置，优选地：

所述数字信号处理器内部的D/A转换器将软件设定的制动电流值和下落速度值分别转换为模拟电压，分别作为电流PI调节器、速度PI调节器的给定量；

所述数字信号处理器内部的A/D模块检测电机的转速、电枢电流和功率MOS管的温度，并通过IO模块为模拟多路开关提供通道选择控制信号。

所述具有恒流和下落速度可控的直流电机制动装置，优选地：所述DC-DC电源模块包括两路±12V、一路3.3V电源输出，其中一路±12V输出对功率侧有关器件供电，包括线性光隔放大器的功率侧、与R_s连接的反相器；另一路±12V输出用于向非功率侧的有关器件供电，包括与D/A连接的反相器、加法器、PI调节器、模拟多路开关和线性光隔放大器的控制侧。3.3V输出为DSP、滤波器、测速发电机和热敏电阻供电。

一种具有恒流和下落速度可控的直流电机制动方法，包括：

通过功率MOS管提供可调节的等效电阻R_ds，并与电动机串联；所述等效电阻R_ds为功率MOS管漏极-源极之间的等效电阻；

控制单元控制模拟多路开关，针对下述三个通道中的信号选择其一，并经线性光隔放大器作用于功率MOS管的栅极g，调节其等效电阻R_ds的阻值；

通道1：电流调节信号，选择该通道时电机为停车制动控制状态；

通道2：速度调节信号，选择该通道时电机为位能负载下落速度控制状态；

通道3：低电平信号，选择该通道时MOS管截止，电机为正常电动状态；

通过电流PI调节器将电流给定量和从取样电阻中获得的反馈电流值进行比例积分控制，其输出电压为电流调节信号；

通过速度PI调节器将速度给定量和实际下落速度反馈量进行比例积分控制，其输出电压为速度调节信号。

优点及效果

(1)利用功率MOS管漏极-源极之间具有的压控可变电阻特性并结合闭环电流检测技术，实现了直流电机的恒流停车制动，使得制动时间缩短为常规能耗制动方法的68％以下；(2)利用功率MOS管漏极-源极之间具有的压控可变电阻特性并结合闭环电流控制技术，在无需改动任何硬件的情况下，通过修改软件参数可任意设定停车制动电流大小，同时保证整个制动过程中电流的恒定性，从而克服了现有方法中无法保证恒流特性且硬件参数需要根据不同工况进行修改匹配的缺陷；(3)利用MOS管的压控变阻特性并结合闭环调速技术，在无需改变任何硬件的情况下，通过软件参数设定可实现位能负载下落速度的在线连续控制，克服了传统电气制动方法在不改变硬件的情况下只能针对某一固定下落速度进行制动的缺陷；(4)由于与电机相串联的功率MOS管的导通电阻R_ds大小是通过闭环控制系统进行动态自动调整的，控制过程无需根据不同的转速修改任何硬件即可实现最佳制动参数匹配，因而使得控制系统具有很强的通用性。(5)采用普通光耦对针对交直流模拟信号实现了控制侧与功率侧的光隔离，满足了制动控制系统的工业可靠性要求。(6)通过实时监测功率MOS管的工作温度进行过载保护，提高了制动控制系统自身的可靠性。

附图说明

图1为本发明设计的恒流制动及位能负载下落速度控制系统框图；

图2为本发明设计的双光耦模拟信号隔离电路；

图3为本发明方法中涉及的功率MOS管的压控电阻特性；

图4为本发明方法中设计的PI调节器电路；

图5为本发明方法中的恒流制动与常规能耗制动的机械特性；

图6为本发明方法中制动电流随时间的变化关系；

图7为本发明方法中制动转速随时间的变化关系；

图8为本发明方法中控制程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案及系统工作原理进行具体阐述。具有恒流和下落速度可控的直流电机制动装置硬件结构如图1所示，其主要包括电流闭环调节单元、速度闭环调节单元、以功率MOS管为核心的压控变阻器单元、以及控制单元四部分。

其中电流闭环调节单元包括电流取样电阻R_s、反相器、线性光隔离放大器、电流PI调节器1及D/A变换器。D/A变换器用于将控制器设定的制动电流值转换为对应的模拟电压并作为电流调节器(PI调节器1)的给定量。该单元用于电机停车恒流制动。电流调节器根据电流给定量和从取样电阻中获得的实际工作电流值进行比例积分控制，其输出电压通过模拟开关并经线性光隔放大后作用于与功率MOS管的栅极g，通过调节其导通程度以实现漏-源(d-s)之间等效电阻R_ds的大小控制，从而达到实际制动电流值与控制器给定量相一致的目的。

其中速度闭环调节单元包括测速发电机TG、加法器、低通滤波器、速度调节器(PI调节器2)及A/D变换器。该单元用于位能负载的下落速度控制。低通滤波器滤除测速发电机输出的电压信号中的高频噪声，提高速度反馈量的信噪比。由于测速发电机的输出电压随着电机的正反转变化具有正负两种极性，而控制器中A/D变换器的输入电压只能大于0，故此将测速发电机的输出电压与某一适当幅度的正极性偏置电压相加后变为单一正极性信号，然后输入到A/D变换器进行电机速度实时检测。由控制器给定的位能负载下落速度值通过D/A变换器转换为模拟电压U_ng(称为速度给定量)，速度调节器(PI调节器2)根据速度给定量U_ng和实际下落速度反馈量U_nf进行比例积分控制，其输出电压通过模拟开关并经线性光隔放大后作用于功率MOS管的栅极g，通过调节其导通程度以实现漏-源(d-s)之间等效电阻R_ds的大小控制，从而实现实际位能负载下落速度与软件给定速度相一致的目的。

其中压控变阻器单元包括功率MOS管(或MOS阵列)、线性光隔放大器及模拟多路开关。功率MOS管的漏极-源极之间的等效电阻R_ds具有压控可变特性，与电机串联后用于调节停车制动电流值和位能负载下落速度值。电流、速度PI调节器的两个输出信号与一个低电平地信号通过模拟多路开关进行通道选择并经双光耦组成的线性光隔放大后，通过压控方式调整功率MOS管漏-源之间的等效电阻R_ds。模拟多路开关的通道选择由DSP的IO信号控制。当其切换为低电平信号(通道CH₃)时MOS管截止，此时电机为正常电动状态；当其切换为电流调节信号(通道CH₁)时电机为停车制动控制状态；当其切换为速度调节信号(通道CH₂)时电机为位能负载下落速度控制状态。

其中控制单元包括DSP(数字信号处理器)、电机过温检测电路、电机运行/停止检测电路及DC-DC电源模块。所述DSP的优选型号为TMS320F2812或TMS320F2407，其内部集成了A/D、D/A、FLASH和足够的IO资源。控制器的主要功能是通过其内部的D/A转换器将软件设定的制动电流值和位能负载下落速度分别转换为模拟电压，作为PI调节器的给定量。此外，控制器还通过其内部A/D模块实时检测电机的转速和功率MOS管的温度，并通过IO资源为模拟多路开关提供通道选择控制信号。DC-DC包括两路±12V、一路3.3V电源输出。其中一路±12V输出对功率侧有关器件供电，包括线性光隔放大器的功率侧、与R_s连接的反相器。另一路±12V输出用作向与非功率侧的有关器件供电，包括与D/A连接的反相器、加法器、PI调节器、模拟多路开关和线性光隔放大器的控制侧。3.3V输出为DSP、滤波器、测速发电机和热敏电阻供电。

为满足工业可靠性控制要求，需将控制弱信号侧与功率强信号侧进行隔离。因为电枢电流采样信号和MOS管栅极控制电压均为模拟信号且含有直流分量，无法采用变压器隔离或常规的数字光耦隔离，本发明设计的如图2所示的双光耦实现信号隔离的原理如下：设G₁和G₂电流传输系数分别为α₁和α₂，则有

I₂＝α₁I₁，I₃＝α₂I₁ (1)

根据集成运放知识，电路的电压增益可由下式确定

将(1)式代入(2)式，得

由于G₁、G₂是同性能的光耦，二者的电流传输系数α₁和α₂相等，故电路的电压增益为A_U＝R₃/R₂，实现了模拟信号的线性隔离放大。图2中的运放A₂为电压跟随器，用于提高光隔放大器的输出能力。电容C用于消除电路的自激振荡。

本发明的核心技术之一是利用功率MOS管漏极g-源极s之间的等效电阻值R_ds受栅极g和漏极之间的电压V_gs的控制，从而实现恒流停车制动。功率MOS管的压控电阻特性，如图3所示。当V_gs<V_th(门槛电压)时，R_ds趋于无穷大；当V_gs>V_on(开启电压)时，R_ds≈0；而当V_th<V_gs<V_on时，R_ds在0和∞之间连续变化。

如图1所示，DSP通过IO口对开关SW进行检测，当其接通时模拟多路开关选择CH₃通道(低电平)，此时MOS管因栅极电压低于门槛电压V_th而截止，电机处于正常电动状态。

当SW断开时，模拟多路开关选择通道CH₁，即电流PI调节器1的输出，此时对电机进行恒流制动。本发明的制动电流I_B可通过DSP的程序动态设定，而不必改动任何硬件，具体制动过程如下：首先，由程序设定的I_B经DSP内部D/A变换并经外部反相后转换为电流闭环系统的给定电压U_ig，其值为负，二者成比例关系，即U_ig＝kI_B，k为比例系数。由于实际制动电流I_B的方向如图1所示，从电流取样电阻R_S上获得的电压为负，经反相和光耦隔离后得到与制动电流成正比的反馈电压U_if，其值为正。图4所示为PI调节器的电路构成，其输出电压可表示为

调节器的输出电压U_o经模拟开关和光隔放大后用于控制MOS管的导通程度，从而实现了压控调节R_ds的大小目的。由式(4)可知，当实际流过电枢的制动电流小于给定电流，即U_if<U_ig时，由于积分效应，U_o大于0且不断增加，导致MOS管进入可变电阻区且其等效电阻R_ds不断减小，从而实际制动电流不断增加直至等于给定值时调节器输出电压U_o才趋于稳定不变，此时R_ds也稳定在某一确定值，电机开始进入恒流制动状态。由此可见，本发明中的恒流制动是通过MOS管的压控电阻特性和电流闭环调节机制保证的，而与电机转速高低无关，因而克服了传统电气制动方法中制动电流随着转速降低而减小的不足。

可见，本发明中恒流制动的实质是通过压控方式动态调整R_ds的大小实现的，当制动转速较高时R_ds调整到较大值，反之则调整到较小值，其整个过程是通过电流闭环自动进行调整的。

如果电动机带动位能负载，当电动机停止时，在位能负载(重物)作用下，电动机将在反方向加速，此时的转速被称为下落速度。本发明的核心技术之二是对控制系统的硬件不作任何改动的情况下，通过DSP的软件参数设置即可连续稳定控制下落速度。下落速度控制主要是通过速度PI调节器2、速度反馈单元和功率MOS的压控电阻特性实现的。

当DSP检测到电机制动速度降为0时，通过选择模拟多路开关的速度调节通道CH₂，由程序设置给定速度，再由DA变换为速度闭环系统的给定电压U_ng，与测速发电机给出的与电机转速对应的反馈电压U_nf共同作用于速度PI调2，如图4所示。注意电机反转时测速发电机的输出电压为负，故PI调节器2的输出电压可表示为

U_o经模拟开关和光隔放大后控制MOS管的导通程度。由式(5)可知，当反馈速度低于给定值，即U_nf<U_ng时U_o为负，MOS管截止故制动电流为0，负载以重力加速度G下落；当反馈速度略大于给定速度时，U_o为正，MOS管导通程度加深，R_ds减小，负载在下落过程中因受到制动而减速，直至反馈速度等于给定速度，此时U_o保持不变，MOS管导通程度和制动电流维持不变，致使负载按设定速度匀速下落。由此可见，位能负载下落过程可以概括为：自由落体→速度略微过冲→减速→最终稳定在设定速度。

可见，系统的稳定下落速度可通过软件动态自由设定，而无需对硬件做任何改动，使得电机制动系统具有良好的通用性。

图5为本发明所述恒流制动与传统能耗制动的机械特性比较。其中恒流制动的机械特性位于二、四象限，由B-C-O-n_s-D-E实折线段构成，常规能耗制动的机械特性曲线由B-O-E虚线段构成。如果制动前电机的电动运行速度是n_i，开始制动时，n_i不变，工作点由A点沿AB平移到B点，电动机减速，对于恒流制动工作点沿BC下降，期间制动转矩保持不变，直至转速下降到n_c时，制动转矩沿CO段逐渐减小，直至为零停车。n_c称为转折速度，由下式确定

其中，R_a为电枢固有电阻，C_e为电动势常数，

为每极磁通量。n_c的物理意义是当MOS管已经完全导通时，R_ds已经近似为零，此时的制动电流值完全取决于R_a，已不再受MOS管控制。事实上，因R_a很小，故n_c较小，整个制动过程可近似视作由BC恒流段构成。O-n_s-D-E段对应位能负载下落制动的机械特性，n_s为设定速度。负载速度由零自由下落到速度n_s，经过过冲点D，最后稳定在n_s。通过以上分析并结合直流电机拖动理论，可得恒流制动的机械特性方程可表示为：

其中，T为电磁转矩，T_B为最大制动转矩，T_L为负载转矩，n为转速。设常规能耗制动的串接电阻为R_z，根据电机拖动原理知能耗制动机械特性方程为：

可见，其机械特性为一经过原点的直线如图5中的直线BE所示。

为了充分说明本发明提出的恒流制动方法的优点，下面与传统的能耗电气制动方法做一下制动时间的对比。

图6给出了制动电流随时间变化关系曲线，图7给出了制动转速随时间变化关系曲线，其中实线对应恒流制动法，虚线对应的是常规能耗制动法。为了尽量缩短电机的制动时间，同时兼顾到电机的机械惯性和功率承载能力，按最大制动电流为额定电流的2倍考虑，即I_B＝2I_L，T_B＝2T_L。首先考虑常规能耗制动方法，将运动方程式T＝T_L+GD²/375╳dn/dt带入式(8)，有

由式(8)，当T＝T_L时，n＝n_s，n_s为设定转速，即过渡过程结束时电机的稳定转速，其值为

将(10)式带入(9)式，得转速在常规能耗制动时的微分方程为

其中，

称为能耗制动方式的机电时间常数，此一阶线性微分方程的解为

n_i为电机初始制动速度，由图5中的几何关系可知n_i＝-2n_s，当n＝0时，由式(12)可求得常规能耗制动方式从电机初始转速n_i到停转的制动时间为

针对恒流制动方法，从n_i到停转的制动时间t_o1由Ot_c时间段和t_ct_o1时间段构成，如图7所示。Ot_c为真正的恒流制动阶段，期间随着转速的降低MOS管导通电阻R_ds在闭环控制机制下逐渐减小，直至到达t_c时刻MOS管完全导通，此时对应的转速为n_c，即过渡转速，其值可表示为

结合式(10)并考虑到n_i＝-2n_s，得n_c与n_i的关系为

t_ct_o1时间段表示在电枢绕组自身电阻R_a的作用下电机进行能耗制动(此时MOS管因已完全开启对应的导通电阻为0)。由上述分析知，图7中直线n_iC恰好为能耗制动曲线n_it_o2在初始0时刻的切线，对式(12)两端求导数，得

当t＝0时，考虑到n_i＝-2n_s，得直线n_iC的斜率为k＝-1.50n_i/T_tM1，对应方程为

n＝-1.5n_it/T_tM1+n_i (16)

当n＝n_c时，由式(14)和(16)可求得Ot_c段对应的时间为

因t_ct_o1段属能耗制动，类比公式(13)，可得其值为1.10T_tM2，其中

结合式(17)可知，对于恒流制动方法，从电机初始转速n_i到停转的总制动时间t_o1为

对T_tM1和T_tM2进行归一化处理，上式可表示为

可见，R_z越大于R_a，恒流制动时间t_o1越小，通常情况，R_z>4R_a，故t_o1<0.75T_tM1，由式(13)知t_o1<0.68t_o2，即恒流制动方法可将停车制动时间至少缩短为常规能耗制动方法的68％。

图8为本发明中控制程序流程图，分主程序和中断服务程序两部分。其中主程序按如下步骤执行：(1)DSP寄存器初始化；(2)设置电机制动电流值U_ig和位能负载下落速度U_ng；(3)检测开关SW判断电机是运行状态还是制动状态，若为前者则通过DSP的IO口选择模拟多路开关的通道3关闭MOS管，否则选择通道1切换到电流PI调节器进行恒流制动控制；(4)在制动期间实时判断电机转速n是为0，若为0再进一步判断是否为位能负载，若为位能负载则选择多路模拟开关的通道2切换到速度PI调节器进行负载下落速度调节控制。中断服务程序用于实时监测MOS管的温度，以便对控制器进行过温保护。

Claims (7)

1.具有恒流和下落速度可控的直流电机制动装置，其特征在于：

电流闭环调节单元，根据给定电流值和工作电流反馈值，采用压控方法在线调节与电动机串联的MOS管漏极-源极之间的等效电阻R_ds阻值；

速度闭环调节单元，根据给定速度和实际下落速度反馈值，采用压控方法在线调节与电动机串联的MOS管漏极-源极之间的等效电阻R_ds阻值；

压控变阻器单元，包括功率MOS管；功率MOS管的漏极-源极之间的等效电阻R_ds与电动机串联；压控变阻器的压控信号分别来自于电流闭环调节单元和速度闭环调节单元的输出信号，通过改变压控信号可以调节等效电阻R_ds的阻值；

控制单元，用于将设定的给定电流值、给定速度值转换为模拟电压并分别输出给电流闭环调节单元和速度闭环调节单元；

所述电流闭环调节单元包括电流取样电阻、反相器、线性光隔离放大器、电流PI调节器及D/A变换器；

所述速度闭环调节单元包括与电机连接的测速发电机、加法器、低通滤波器、速度PI调节器及A/D变换器；

所述压控变阻器单元包括功率MOS管、线性光隔离放大器及模拟多路开关；

所述控制单元包括数字信号处理器、电机过温检测电路、电机运行/停止检测电路及DC-DC电源模块；所述数字信号处理器内集成有A/D变换器、D/A变换器、FLASH和I/O资源。

2.根据权利要求1所述具有恒流和下落速度可控的直流电机制动装置，其特征在于：D/A变换器将控制单元设定的制动电流值转换为对应的模拟电压并作为电流PI调节器的给定量；

电流PI调节器根据所述给定量和从所述电流取样电阻中获得的电机工作电流反馈值进行比例积分控制，其输出电压通过模拟多路开关并经线性光隔离放大器放大后作用于与功率MOS管的栅极g，通过调节其导通程度以实现漏极-源极之间等效电阻R_ds的阻值控制。

3.根据权利要求1所述具有恒流和下落速度可控的直流电机制动装置，其特征在于：

所述低通滤波器滤除测速发电机输出的电压信号中的高频噪声，提高速度反馈量的信噪比；

所述测速发电机的输出电压转换为单一正极性信号，输入到A/D变换器，由微处理器测得实际下落速度值；

所述控制单元给定的位能负载下落速度值通过D/A变换器转换为与给定速度对应的电压；所述速度PI调节器根据速度给定量和实际下落速度反馈量进行比例积分控制，其输出电压通过模拟多路开关并经线性光隔离放大器放大后作用于功率MOS管的栅极g，通过调节其导通程度以实现漏极-源极之间等效电阻R_ds的阻值控制。

4.根据权利要求1所述具有恒流和下落速度可控的直流电机制动装置，其特征在于：所述电流PI调节器、速度PI调节器的两个输出信号与另外一个低电平地信号通过模拟多路开关选择其中三者之一，经双光电耦合器组成的线性光隔离放大器放大后，通过压控方式调整功率MOS管漏极-源极之间的等效电阻R_ds；所述模拟多路开关的通道选择由控制单元中数字信号处理器的I/O信号控制。

5.根据权利要求1所述具有恒流和下落速度可控的直流电机制动装置，其特征在于：

所述数字信号处理器内部的D/A转换器将软件设定的制动电流值和下落速度值分别转换为模拟电压，分别作为电流PI调节器、速度PI调节器的给定量；

所述数字信号处理器内部的A/D模块检测电机的转速、电枢电流和功率MOS管的温度，并通过I/O模块为模拟多路开关提供通道选择控制信号。

6.根据权利要求1所述具有恒流和下落速度可控的直流电机制动装置，其特征在于：所述DC-DC电源模块包括两路±12V、一路3.3V电源输出，其中一路±12V输出对功率侧有关器件供电，包括线性光隔离放大器的功率侧、与R_s连接的反相器；另一路±12V输出用于向非功率侧的有关器件供电，包括与D/A连接的反相器、加法器、PI调节器、模拟多路开关和线性光隔离放大器的控制侧；3.3V输出为DSP、滤波器、测速发电机和热敏电阻供电。

7.一种具有恒流和下落速度可控的直流电机制动方法，其特征在于：

通过功率MOS管提供可调节的等效电阻R_ds，并与电动机串联；所述等效电阻R_ds为功率MOS管漏极-源极之间的等效电阻；

控制单元控制模拟多路开关，针对下述三个通道中的信号选择其一，并经线性光隔离放大器作用于功率MOS管的栅极g，调节其等效电阻R_ds的阻值；

通道1：电流调节信号，选择该通道时电机为停车制动控制状态；

通道2：速度调节信号，选择该通道时电机为位能负载下落速度控制状态；

通道3：低电平信号，选择该通道时MOS管截止，电机为正常电动状态；

通过电流PI调节器将电流给定量和从取样电阻中获得的反馈电流值进行比例积分控制，其输出电压为电流调节信号；

通过速度PI调节器将速度给定量和实际下落速度反馈量进行比例积分控制，其输出电压为速度调节信号。

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