CN113114072B - 一种伺服驱动器及其再生制动控制方法、系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种伺服驱动器及其再生制动控制方法、系统，包括：判断伺服驱动器是否处于再生制动阶段，若是，则获取当前交流输入电源电压；根据当前交流输入电源电压得到直流母线校准电压范围，根据直流母线的当前直流母线电压和直流母线校准电压范围控制与直流母线并联的制动电阻回路动作，以使直流母线电压处于直流母线校准电压范围内。上述方法及系统通过当前交流输入电源电压得到的直流母线校准电压范围合理选择再生制动阈值，保证再生电能被完全消耗，直流母线上的电容器等元器件不会因电压过高而损坏；同时直流母线电压的波动小，伺服驱动器性能稳定。

Description

一种伺服驱动器及其再生制动控制方法、系统

技术领域

本发明涉及再生制动技术领域，更具体地说，涉及一种伺服驱动器再生制动控制方法，还涉及一种伺服驱动器及其再生制动控制系统。

背景技术

伺服驱动系统在诸多运用场合，存在伺服驱动器直流母线电压因再生电能“泵升”升高的问题。如加减速运行时的减速停止期间，起吊机械下放物体时在垂直轴上进行连续的下降运行，拉薄卷绕装置由负载侧使电动机不断旋转的连续运行。电动机的旋转能量作为再生电能回馈到伺服驱动器，被伺服驱动器的整流滤波之电容器吸收充电，抬升的电压被称为“泵升”电压。当直流母线电压超过电容器等元器件所能承受的安全电压时，电容器等元器件就会损坏。

伺服驱动器在制动过程中电动机回馈的能量会使直流母线电压升高，直流母线电压升高的幅值ΔU＝(2×ΔW/C)^0.5，其中ΔW为回馈的能量，C为并联在直流母线上电容器的容值。此时，如直流母线电压升的过高就会损坏直流母线上的电容器C和其它元器件，伺服驱动器故障。目前伺服驱动器的主要再生制动方法如图1所示，图1为现有技术中再生制动电路的电路原理图；其中，C并联在直流母线上电容器、Q为控制开关，R为制动电阻，D为续流二极管。当制动过程发生时，由于电动机再生电能回馈导致直流母线电压升高，再生制动控制单元通过检测直流母线电压，当其达到某个设定的阀值上限时控制开关管Q导通，接入制动电阻R吸收回馈能量，降低直流母线电压。当直流母线电压降低到设定的阀值下限时制动单元控制开关管Q关断，断开制动电阻R，则直流母线电压又将因回馈的能量而升高，如此循环往复，使直流母线电压稳定在设置的范围内。但是，当再生电能处于连续的和/或比较大的状态时，同时直流母线电压存在波动状态，当直流母线电压降低至设定的阀值下限时并不能代表其将再生电能消耗掉，直流母线电压没有得到预期的降低。

发明内容

有鉴于此，本发明的第一个目的在于提供一种伺服驱动器再生制动控制方法，以合理选择再生制动阈值，保证直流母线电压处于直流母线校准电压范围内，直流母线上的电容器等元器件不会因电压过高而损坏，降低直流母线电压波动。本发明的第二个目的是提供一种伺服驱动器及其再生制动控制系统。

为了达到上述第一个目的，本发明提供如下技术方案：

一种伺服驱动器再生制动控制方法，包括：

判断伺服驱动器是否处于再生制动阶段，若是，则获取当前交流输入电源电压；

根据所述当前交流输入电源电压得到直流母线校准电压范围，根据直流母线的当前直流母线电压和所述直流母线校准电压范围控制与直流母线并联的制动电阻回路动作，以使直流母线电压处于所述直流母线校准电压范围内。

优选地，所述判断伺服驱动器是否处于再生制动阶段，包括：

判断所述当前直流母线电压是否大于预设直流母线电压范围的最大值，若是，则认为所述伺服驱动器处于再生制动阶段；所述预设直流母线电压范围的最小值大于所述直流母线校准电压范围的最大值。

优选地，所述检测当前交流输入电源电压之前，所述方法还包括：

根据所述预设直流母线电压范围控制与直流母线并联的制动电阻回路动作，以使所述直流母线的当前直流母线电压处于所述预设直流母线电压范围内。

优选地，所述根据直流母线的当前直流母线电压和所述直流母线校准电压范围控制与直流母线并联的制动电阻回路动作，包括：

所述制动电阻回路包括与所述直流母线并联的制动电阻和与所述制动电阻串联的控制开关；

当所述直流母线的当前直流母线电压大于或等于所述直流母线校准电压范围的最大值时，控制所述控制开关导通；当所述直流母线的当前直流母线电压小于或等于所述直流母线校准电压范围的最小值时，控制所述控制开关断开。

优选地，所述根据所述当前交流输入电源电压得到直流母线校准电压范围，包括：

根据所述当前交流输入电源电压计算得到直流母线实际市电电压，并根据所述直流母线实际市电电压得到所述直流母线校准电压范围。

本发明还提供一种伺服驱动器再生制动控制系统，包括：

再生制动阶段判断模块，用于判断伺服驱动器是否处于再生制动阶段，若是，则触发交流输入电源电压检测模块启动；

所述交流输入电源电压获取模块，用于获取当前交流输入电源电压；

直流母线校准电压范围处理模块，用于根据所述当前交流输入电源电压得到直流母线校准电压范围；

再生制动控制模块，用于根据直流母线的当前直流母线电压和所述直流母线校准电压范围控制与直流母线并联的制动电阻回路动作，以使直流母线电压处于所述直流母线校准电压范围内。

优选地，所述再生制动阶段判断模块具体用于：

判断所述当前直流母线电压是否大于预设直流母线电压范围的最大值，若是，则认为所述伺服驱动器处于再生制动阶段；所述预设直流母线电压范围的最小值大于所述直流母线校准电压范围的最大值。

优选地，所述直流母线校准电压范围处理模块，包括：

直流母线实际市电电压计算单元，用于根据所述当前交流输入电源电压计算得到直流母线实际市电电压；

直流母线校准电压范围计算单元，用于根据所述直流母线实际市电电压得到所述直流母线校准电压范围。

优选地，所述再生制动控制模块还用于：

根据所述预设直流母线电压范围控制与直流母线并联的制动电阻回路动作，以使所述直流母线的当前直流母线电压处于所述预设直流母线电压范围内。

本发明还提供一种伺服驱动器，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上述实施例任一项所述的伺服驱动器再生制动控制方法的步骤。

本发明提供的伺服驱动器再生制动控制方法，包括：判断伺服驱动器是否处于再生制动阶段，若是，则获取当前交流输入电源电压；根据当前交流输入电源电压得到直流母线校准电压范围，根据直流母线的当前直流母线电压和直流母线校准电压范围控制与直流母线并联的制动电阻回路动作，以使直流母线电压处于直流母线校准电压范围内。

相较于现有技术，应用本发明提供的伺服驱动器再生制动控制方法，具有以下优点：

当伺服驱动器处于再生制动阶段时，根据获取的当前交流输入电源电压得到直流母线校准电压范围，并根据直流母线的当前直流母线电压和直流母线校准电压范围得到直流母线的再生泵升电压，并控制与直流母线并联的制动电阻回路动作，以使得直流母线电压处于直流母线校准电压范围内；上述方法通过当前交流输入电源电压得到的直流母线校准电压范围合理选择再生制动阈值，保证再生电能被完全消耗，直流母线上的电容器等元器件不会因电压过高而损坏；同时直流母线电压的波动小，伺服驱动器性能稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中再生制动电路的电路原理图；

图2为本发明实施例提供的伺服驱动器再生制动控制方法的流程示意图。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种伺服驱动器再生制动控制方法，以合理选择再生制动阈值，保证直流母线电压处于直流母线校准电压范围内，直流母线上的电容器等元器件不会因电压过高而损坏，降低直流母线电压波动。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图2，图2为本发明实施例提供的伺服驱动器再生制动控制方法的流程示意图。

在一种具体的实施方式中，本发明提供的伺服驱动器再生制动控制方法，包括：

S11：判断伺服驱动器是否处于再生制动阶段，若是，则获取当前交流输入电源电压；

对于伺服驱动器处于再生制动阶段的判断，可通过直流母线的电压、电流或功率等进行计算后判断，且当伺服驱动器处于再生制动阶段时，获取当前交流输入电源电压，可通过互感器、传感器或霍尔元件进行获取，均在本发明的保护范围内，并执行步骤S12；

S12：根据当前交流输入电源电压得到直流母线校准电压范围，根据直流母线的当前直流母线电压和直流母线校准电压范围控制与直流母线并联的制动电阻回路动作，以使直流母线电压处于直流母线校准电压范围内。

一般的，根据当前交流输入电源电压计算得到直流母线实际市电电压，直流母线校准电压＝当前交流输入电源电压×1.4，并根据直流母线实际市电电压得到直流母线校准电压范围，直流母线实际市电电压作为直流母线校准电压范围的最小值，直流母线校准电压范围的最大值可根据电解电容的电压设置。通过获取的当前交流输入电源电压得到直流母线实际市电电压，二者的差值为直流母线的泵升电压。

直流母线的当前直流母线电压也可以通过互感器、传感器或霍尔元件进行检测得到，在此不再赘述。当前直流母线电压包括直流母线实际市电电压和因再生制动而增加的电压，根据当前直流母线电压和直流母线校准电压范围控制制动电阻回路动作，使得直流母线电压处于直流母线校准电压范围内，而现有技术中，再生制动阈值为定值，交流输入电源的电压波动会导致直流母线电压波动，当仍旧根据再生制动阈值控制直流母线电压降低至其再生制动阈值的下限时，无法判定直流母线电压是否仍旧包括因再生制动而增加的电压，现有技术存在无法及时有效对再生电能消耗的问题。

相较于现有技术，应用本发明提供的伺服驱动器再生制动控制方法，具有以下优点：

当伺服驱动器处于再生制动阶段时，根据获取的当前交流输入电源电压得到直流母线校准电压范围，并根据直流母线的当前直流母线电压和直流母线校准电压范围得到直流母线的再生泵升电压，并控制与直流母线并联的制动电阻回路动作，以使得直流母线电压处于直流母线校准电压范围内；上述方法通过当前交流输入电源电压得到的直流母线校准电压范围合理选择再生制动阈值，保证再生电能被完全消耗，直流母线上的电容器等元器件不会因电压过高而损坏；同时直流母线电压的波动小，伺服驱动器性能稳定。

具体的，判断伺服驱动器是否处于再生制动阶段，包括：

判断当前直流母线电压是否大于预设直流母线电压范围的最大值，若是，则认为伺服驱动器处于再生制动阶段；预设直流母线电压范围为预设值，可根据需要进行设置。可以理解的是，预设直流母线电压范围的最小值大于直流母线校准电压范围的最大值。

进一步地，检测当前交流输入电源电压之前，方法还包括：

根据预设直流母线电压范围控制与直流母线并联的制动电阻回路动作，以使直流母线的当前直流母线电压处于预设直流母线电压范围内。

由此设置，以当当前直流母线电压大于预设直流母线电压范围的最大值时，先通过控制制动电阻回路动作，使得直流母线的当前直流母线电压处于预设直流母线电压范围内，然后再根据当前交流输入电源电压得到直流母线校准电压范围，根据直流母线的当前直流母线电压和直流母线校准电压范围控制与直流母线并联的制动电阻回路动作，以使直流母线电压处于直流母线校准电压范围内。由此，以通过预设直流母线电压范围和直流母线校准电压范围对直流母线电压进行两档调节，在其他实施例中，也可以根据再生制动电压的大小设置多档调节，并最后使得直流母线电压处于直立母线实际市电电压范围内。

进一步地，根据直流母线的当前直流母线电压和直流母线校准电压范围控制与直流母线并联的制动电阻回路动作，包括：

制动电阻回路包括与直流母线并联的制动电阻和与自动电阻串联的控制开关；

当直流母线的当前直流母线电压大于或等于直流母线校准电压范围的最大值时，控制控制开关导通；当直流母线的当前直流母线电压小于或等于直流母线校准电压范围的最小值时，控制控制开关断开。

在一种实施例中，当当前直流母线电压大于或等于直流母线校准电压范围的最大值时，控制器输出高电平，导通控制开关，制动电阻接入直流母线，消耗回馈能量，拉低直流母线电压；当前直流母线电压小于或等于直流母线校准电压范围的最小值时，控制器输出低电平，断开控制开关，回馈能量使电容器充电，直流母线电压升高，并重复上述过程。

在一种具体的实施例中，电动机在降速或者停机时，尤其在负性负载下，电动机处于发电状态，直流母线的电压将被抬升。

当当前直流母线电压升高到第一档预设直流母线电压范围的最大值时，控制器输出高电平，导通控制开关，制动电阻接入直流母线，消耗回馈能量，拉低直流母线电压；当当前直流母线电压小于或等于第一档预设直流母线电压范围的最小值时，控制器输出低电平，断开控制开关，回馈能量使电容器充电，直流母线电压升高；

并分别获取当前直流母线电压和当前交流输入电源电压，根据当前交流输入电源电压得到直流母线校准电压范围，并设置直流母线校准电压范围的最大值和最小值；

当当前直流母线电压升高到直流母线校准电压范围的最大值时，控制器输出高电平，导通控制开关，制动电阻接入直流母线，消耗回馈能量，拉低直流母线电压；当当前直流母线电压小于或等于直流母线校准电压范围的最小值时，控制器输出低电平，断开控制开关，回馈能量使电容器充电，直流母线电压升高；如何循环往复，以使直流母线电压稳定在直流母线校准电压范围内，同时及时有效地消耗再生制动电能。

基于上述方法实施例，本发明还提供了一种伺服驱动器再生制动控制系统，包括：

再生制动阶段判断模块，用于判断伺服驱动器是否处于再生制动阶段，若是，则触发交流输入电源电压检测模块启动；

交流输入电源电压检测模块，用于检测当前交流输入电源电压；

直流母线校准电压范围处理模块，用于根据当前交流输入电源电压得到直流母线校准电压范围；

再生制动控制模块，用于根据直流母线的当前直流母线电压和直流母线校准电压范围控制与直流母线并联的制动电阻回路动作，以使直流母线的当前直流母线电压处于直流母线校准电压范围内。

相较于现有技术，应用本发明提供的伺服驱动器再生制动控制方法，具有以下优点：

当伺服驱动器处于再生制动阶段时，根据获取的当前交流输入电源电压得到直流母线校准电压范围，并根据直流母线的当前直流母线电压和直流母线校准电压范围得到直流母线的再生泵升电压，并控制与直流母线并联的制动电阻回路动作，以使得直流母线电压处于直流母线校准电压范围内；上述方法通过当前交流输入电源电压得到的直流母线校准电压范围合理选择再生制动阈值，保证再生电能被完全消耗，直流母线上的电容器等元器件不会因电压过高而损坏；同时直流母线电压的波动小，伺服驱动器性能稳定。

具体的，直流母线校准电压范围处理模块，包括：

直流母线实际市电电压计算单元，用于根据当前交流输入电源电压计算得到直流母线实际市电电压；

直流母线校准电压范围计算单元，用于根据直流母线实际市电电压得到直流母线校准电压范围。

进一步地，再生制动控制模块还用于：

根据预设直流母线电压范围控制与直流母线并联的制动电阻回路动作，以使直流母线的当前直流母线电压处于预设直流母线电压范围内。

本发明还提供了一种伺服驱动器，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上述实施例任一项所述的伺服驱动器再生制动控制方法的步骤。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

Claims (8)

1.一种伺服驱动器再生制动控制方法，其特征在于，包括：

判断伺服驱动器是否处于再生制动阶段，若是，则获取当前交流输入电源电压；

根据所述当前交流输入电源电压得到直流母线校准电压范围；其中，所述根据所述当前交流输入电源电压得到直流母线校准电压范围，包括：根据所述当前交流输入电源电压计算得到直流母线实际市电电压，并将所述直流母线实际市电电压作为所述直流母线校准电压范围的最小值，根据电解电容的电压设置所述直流母线校准电压范围的最大值；

根据直流母线的当前直流母线电压和所述直流母线校准电压范围控制与直流母线并联的制动电阻回路动作，以使直流母线电压处于所述直流母线校准电压范围内。

2.根据权利要求1所述的伺服驱动器再生制动控制方法，其特征在于，所述判断伺服驱动器是否处于再生制动阶段，包括：

判断所述当前直流母线电压是否大于预设直流母线电压范围的最大值，若是，则认为所述伺服驱动器处于再生制动阶段；所述预设直流母线电压范围的最小值大于所述直流母线校准电压范围的最大值。

3.根据权利要求2所述的伺服驱动器再生制动控制方法，其特征在于，所述获取当前交流输入电源电压之前，所述方法还包括：

根据所述预设直流母线电压范围控制与直流母线并联的制动电阻回路动作，以使所述直流母线的当前直流母线电压处于所述预设直流母线电压范围内。

4.根据权利要求1所述的伺服驱动器再生制动控制方法，其特征在于，所述根据直流母线的当前直流母线电压和所述直流母线校准电压范围控制与直流母线并联的制动电阻回路动作，包括：

所述制动电阻回路包括与所述直流母线并联的制动电阻和与所述制动电阻串联的控制开关；

当所述直流母线的当前直流母线电压大于或等于所述直流母线校准电压范围的最大值时，控制所述控制开关导通；当所述直流母线的当前直流母线电压小于或等于所述直流母线校准电压范围的最小值时，控制所述控制开关断开。

5.一种伺服驱动器再生制动控制系统，其特征在于，包括：

再生制动阶段判断模块，用于判断伺服驱动器是否处于再生制动阶段，若是，则触发交流输入电源电压检测模块启动；

所述交流输入电源电压获取模块，用于获取当前交流输入电源电压；

直流母线校准电压范围处理模块，用于根据所述当前交流输入电源电压得到直流母线校准电压范围；其中，所述根据所述当前交流输入电源电压得到直流母线校准电压范围，包括：根据所述当前交流输入电源电压计算得到直流母线实际市电电压，并将所述直流母线实际市电电压作为所述直流母线校准电压范围的最小值，根据电解电容的电压设置所述直流母线校准电压范围的最大值；

再生制动控制模块，用于根据直流母线的当前直流母线电压和所述直流母线校准电压范围控制与直流母线并联的制动电阻回路动作，以使直流母线电压处于所述直流母线校准电压范围内。

6.根据权利要求5所述的伺服驱动器再生制动控制系统，其特征在于，所述再生制动阶段判断模块具体用于：

判断所述当前直流母线电压是否大于预设直流母线电压范围的最大值，若是，则认为所述伺服驱动器处于再生制动阶段；所述预设直流母线电压范围的最小值大于所述直流母线校准电压范围的最大值。

7.根据权利要求6所述的伺服驱动器再生制动控制系统，其特征在于，所述再生制动控制模块还用于：

根据所述预设直流母线电压范围控制与直流母线并联的制动电阻回路动作，以使所述直流母线的当前直流母线电压处于所述预设直流母线电压范围内。

8.一种伺服驱动器，其特征在于，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4任一项所述的伺服驱动器再生制动控制方法的步骤。