CN115622136A

CN115622136A - 多模态智能控制器

Info

Publication number: CN115622136A
Application number: CN202211616114.XA
Authority: CN
Inventors: 程飞; 高学强; 孙国川; 张彬
Original assignee: Jigang Defense Technology Co ltd
Current assignee: Jigang Defense Technology Co ltd
Priority date: 2022-12-16
Filing date: 2022-12-16
Publication date: 2023-01-17
Anticipated expiration: 2042-12-16
Also published as: CN115622136B

Abstract

本发明公开了多模态智能控制器，涉及电机电源控制领域，包括太阳能供电模块，用于调节供电；电池充放电模块，用于充放电调节；电网供电模块，用于并网供电；汇总模块，用于接收电能并进行稳压并联供电；参数检测模块，用于模块电路参数；多模态控制模块，用于调整通断关系、接收参数信息并控制各个模块的工作；电机驱动模块，用于驱动电机工作。本发明多模态智能控制器采用多模态控制模块对多路输入电源进行合理分布控制，通过电压和电流模式控制电池充放电模块的工作，通过MPPT方式和恒压控制方式控制太阳能供电模块的工作，控制电网供电模块进行并网供电，确保电源的协调供应，保证电源的平滑切换，并由汇总模块实现电源多模态协调供电。

Description

多模态智能控制器

技术领域

本发明涉及电机电源控制领域，具体是多模态智能控制器。

背景技术

随着社会经济水平的发展和人们生活水平的提高，全球资源和生态环境的压力不断增大，实现能源的可持续发展已普遍收到关注，为了更好的解决能源问题，降低电力对环境的污染，新能源发电技术蓬勃发展，但是分布式的电源具有间歇性、随机性和不确定性等特点，并且现有的供电模式大多将并网状态和孤岛状态分离开，导致切换有间隙，无法进行平滑的切换，并且在新能源进行DC变换时，DC变换的功率波动较大、稳定性差且相应速度慢，因此有待改进。

发明内容

本发明实施例提供多模态智能控制器，以解决上述背景技术中提出的问题。

依据本发明实施例的第一方面，提供多模态智能控制器，该多模态智能控制器包括：太阳能供电模块，电池充放电模块，电网供电模块，汇总模块，参数检测模块，多模态控制模块，电机驱动模块；

所述太阳能供电模块，用于控制太阳能进行DC-DC变换并供电；

所述电池充放电模块，用于控制电池进行DC-DC变换和充放电工作；

所述电网供电模块，用于控制电网进行并网DC-DC变换并供电；

所述汇总模块，与所述太阳能供电模块、电池充放电模块、电网供电模块和电机驱动模块连接，用于接收所述太阳能供电模块、电池充放电模块和电网供电模块输出的电能，用于为用电设备进行并联供电；

所述参数检测模块，与所述太阳能供电模块、电池充放电模块、电网供电模块和电机驱动模块连接，用于检测所述太阳能供电模块、电池充放电模块和电网供电模块输出的电压电流情况，用于检测电机驱动模块的电磁转矩情况；

所述多模态控制模块，与所述太阳能供电模块、电池充放电模块、电网供电模块、电机驱动模块和参数检测模块连接，用于调整控制器与不同设备上不同电信号的通断关系，用于接收所述参数检测模块检测的数据信息，用于通过电压模式和电流模式控制所述电池充放电模块的工作，用于通过MPPT控制方式和恒压控制方式控制所述太阳能供电模块的工作，用于控制所述电网供电模块的并网供电；

所述电机驱动模块，用于驱动电机工作。

优选的，所述多模态控制模块包括跳线组、第一电源、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、逻辑控制器、第一微处理器、第一驱动器、第一逻辑芯片、第一电流电压环调节器；

所述跳线组的第一端连接第一电阻的一端、第二电阻的一端和逻辑控制器的第一端，跳线组的第二端连接第三电阻的一端、第四电阻的一端和逻辑控制器的第二端，第一电阻的另一端和第三电阻的另一端均连接第一电源并依次通过第五电阻和第六电阻连接第四电阻的另一端、第二电阻的另一端和地端，逻辑控制器的第三端连接第一逻辑芯片第一端，逻辑控制器的第五端连接第一微处理器的第一端，第一微处理器的第二端连接第一逻辑芯片的第二端，第一微处理器的第三端连接第一电流电压调节器的第一端，逻辑控制器的第四端连接第一驱动器的第一端，第一驱动器的第二端连接第一逻辑芯片的第三端，第一微处理器的第三端连接第一电流电压环调节器的第一端，第一电流电压环调节器的第二端连接第一驱动器的第三端，第一驱动器的第四端和第五端分别连接所述太阳能供电模块和电池充放电模块。

优选的，所述多模态控制模块还包括第二电流电压环调节器、第二逻辑芯片和第二驱动器；

所述第二电流电压环调节器的第一端连接所述第一微处理器的第四端，第二电流电压环调节器的第二端连接第二驱动器的第一端，第二驱动器的第二端连接所述逻辑控制器的第七端，第二逻辑芯片的第一端和第二端分别连接第一微处理器的第五端和逻辑控制器的第六端，第二逻辑芯片的第三端连接第二驱动器的第三端，第二驱动器的第四端连接所述电网供电模块。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明多模态智能控制器采用多模态控制模块对多路输入电源进行合理分布控制，以参考检测模块检测的数据信息为依据，并由第一控制器和逻辑控制器通过电压模式和电流模式控制电池充放电模块的工作，通过MPPT控制方式和恒压控制方式控制太阳能供电模块的工作，通过控制电网供电模块进行并网供电，确保电源的协调供应，保证电源在各种工作模式间的平滑切换，并由汇总模块接收，实现电源多模态协调供电，提高供电的可靠性和设备的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例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为本发明实例提供的多模态智能控制器的原理方框示意图。

图2为本发明实例提供的多模态控制模块的连接电路图。

图3为本发明实例提供的多模态智能控制器的控制电路图。

具体实施方式

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。

实施例1，请参阅图1，多模态智能控制器包括：太阳能供电模块1，电池充放电模块2，电网供电模块3，汇总模块4，参数检测模块5，多模态控制模块6，电机驱动模块7；

具体地，所述太阳能供电模块1，用于控制太阳能进行DC-DC变换并供电；

电池充放电模块2，用于控制电池进行DC-DC变换和充放电工作；

电网供电模块3，用于控制电网进行并网DC-DC变换并供电；

汇总模块4，与所述太阳能供电模块1、电池充放电模块2、电网供电模块3和电机驱动模块7连接，用于接收所述太阳能供电模块1、电池充放电模块2和电网供电模块3输出的电能，用于为用电设备进行并联供电；

参数检测模块5，与所述太阳能供电模块1、电池充放电模块2、电网供电模块3和电机驱动模块7连接，用于检测所述太阳能供电模块1、电池充放电模块2和电网供电模块3输出的电压电流情况，用于检测电机驱动模块7的电磁转矩情况；

多模态控制模块6，与所述太阳能供电模块1、电池充放电模块2、电网供电模块3、电机驱动模块7和参数检测模块5连接，用于调整控制器与不同设备上不同电信号的通断关系，用于接收所述参数检测模块5检测的数据信息，用于通过电压模式和电流模式控制所述电池充放电模块2的工作，用于通过MPPT控制方式和恒压控制方式控制所述太阳能供电模块1的工作，用于控制所述电网供电模块3的并网供电；

电机驱动模块7，用于驱动电机工作。

在具体实施例中，上述太阳能供电模块1可采用Boost电路，完成对太阳能DC-DC的变换；上述电池充放电模块2可采用双向DC-DC变换电路实现对电池的充放电控制和DC-DC变换控制；上述电网供电模块3可采用逆变电路实现电网的AC-DC转换；上述汇总模块4可采用直流母线进行模块的划分和电源的收发；上述参数检测模块5可采用，但并不限于电压互感器、电阻分压电路等电压检测电路检测各个模块的电压情况，还可采用，但并不限于电流互感器，采样电阻等电流检测电路检测各个模块的电流情况，还可采用电磁转矩检测电路检测电机的工作状态；上述多模态控制模块6可采用FPGA控制器、ARM控制器、或逻辑电路、电流电压环调节电路和驱动电路完成对数据的分析计算和对各个模块的控制；上述电机驱动模块7可采用三相电机驱动电路。

在本实施例中，请参阅图2，所述多模态控制模块6包括跳线组、第一电源VCC1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、逻辑控制器、第一微处理器、第一驱动器、第一逻辑芯片、第一电流电压环调节器；

具体地，所述跳线组的第一端连接第一电阻R1的一端、第二电阻R2的一端和逻辑控制器的第一端，跳线组的第二端连接第三电阻R3的一端、第四电阻R4的一端和逻辑控制器的第二端，第一电阻R1的另一端和第三电阻R3的另一端均连接第一电源VCC1并依次通过第五电阻R5和第六电阻R6连接第四电阻R4的另一端、第二电阻R2的另一端和地端，逻辑控制器的第三端连接第一逻辑芯片第一端，逻辑控制器的第五端连接第一微处理器的第一端，第一微处理器的第二端连接第一逻辑芯片的第二端，第一微处理器的第三端连接第一电流电压调节器的第一端，逻辑控制器的第四端连接第一驱动器的第一端，第一驱动器的第二端连接第一逻辑芯片的第三端，第一微处理器的第三端连接第一电流电压环调节器的第一端，第一电流电压环调节器的第二端连接第一驱动器的第三端，第一驱动器的第四端和第五端分别连接所述太阳能供电模块1和电池充放电模块2。

在具体实施例中，上述跳线组、第一电源VCC1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6用于调整控制器与不同设备上不同电信号的通断关系，并以此调节设备的工作状态；上述逻辑控制器可采用FPGA芯片；上述第一微处理器可采用ARM芯片；上述第一驱动器可采用IGBT管驱动器即可；上述第一逻辑芯片可采用或逻辑运算电路接口，用于接收上述逻辑控制器和第一微处理器的控制指令与电路保护指令并控制第一驱动器的闭断；上述第一电流电压环调节器包括电压环调节器和电流环调节器，其中电压环调节器通过将上述电池充放电模块2输出的电压作为反馈信号，构成单闭环电压控制型系统，计算出电池充放电模块2电压开闭环传递函数，配合电流环调节器消除单闭环电压控制型系统中的分频振荡，将电池充放电模块2中的双向DC-DC变换电路的电压环的相角稳定裕量逼近90度，以便提高控制器的响应速度。

进一步地，所述多模态控制模块6还包括第二电流电压环调节器、第二逻辑芯片和第二驱动器；

具体地，所述第二电流电压环调节器的第一端连接所述第一微处理器的第四端，第二电流电压环调节器的第二端连接第二驱动器的第一端，第二驱动器的第二端连接所述逻辑控制器的第七端，第二逻辑芯片的第一端和第二端分别连接第一微处理器的第五端和逻辑控制器的第六端，第二逻辑芯片的第三端连接第二驱动器的第三端，第二驱动器的第四端连接所述电网供电模块3。

在具体实施例中，上述第二电流电压环调节器、第二逻辑芯片和第二驱动器与上述第一电流电压环调节器、第一逻辑芯片和第一驱动器的工作原理相同。

在本实施例中，请参阅图3，所述太阳能供电模块1包括第七电阻R7、太阳能电池板、第一电感L1、第一电容C1、第一功率管VT1、第一二极管D1、第二电容C2、第八电阻R8；

具体地，所述第七电阻R7的一端通过太阳能电池板连接第一电容C1的一端、第一功率管VT1的发射极、第二电容C2的一端和第八电阻R8的第一端，第七电阻R7的另一端连接第一电容C1的另一端并通过第一电感L1连接第一功率管VT1的集电极和第一二极管D1的阳极，第一二极管D1的阴极连接第二电容C2的另一端和第八电阻R8的第二端，第一功率管VT1的栅极连接所述第一驱动器的第四端。

在具体实施例中，上述第一功率管VT1可选用IGBT，由第一驱动器输出驱动信号以驱动IGBT的闭断，实现DC-DC变换。

进一步地，所述电池充放电模块2包括第九电阻R9、充电电池、第三电容C3、第二功率管VT2、第三功率管VT3、第二电感L2、第四电容C4、第十电阻R10；

具体地，所述第九电阻R9的一端通过充电电池连接第三电容C3的一端、第三功率管VT3的发射极、第四电容C4的一端和第十电阻R10的第一端，第九电阻R9的另一端连接第三电容C3的另一端和第二功率管VT2的集电极，第二功率管VT2的发射极连接第三功率管VT3的集电极并通过第二电感L2连接第四电容C4的另一端和第十电阻R10的第二端，第二功率管VT2的栅极和第三功率管VT3的栅极均连接所述第一驱动器的第五端。

在具体实施例中，上述充电电池可采用，但并不限于锂电池、蓄电池等充电电池；上述第二功率管VT2和第三功率管VT3均可选用IGBT。

进一步地，所述电网供电模块3包括电网、第一电感模组LN1、第一逆变器J1；所述汇总模块4包括直流母线；

具体地，所述电网的第一端、第二端和第三端分别通过第一电感模组LN1的第一端、第二端和第三端连接第一逆变器J1的第一输入端、第二输入端和第三输入端，直流母线的A线端连接第一逆变器J1的第一输出端、所述第八电阻R8的第二端和第十电阻R10的第二端，直流母线的B线端连接第一逆变器J1的第二输出端、所述第八电阻R8的第一端和第十电阻R10的第二端。

在具体实施例中，上述直流母线可与多个电机驱动模块7组成并联的关系，在此不做赘述。

进一步地，所述电机驱动模块7包括第二逆变器J2、第二电感模组LN2、第三电感模组LN3、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第六电容C6、第五电容C5、第七电容C7、第十六电阻R16、第十一电阻R11、第十二电阻R12和电机；

具体地，所述第二逆变器J2的第一输入端和第二输入端分别连接所述直流母线的A线端和B线端，第二逆变器J2的第一输出端、第二输出端和第三输出端分别通过第二电感模组LN2连接第三电感模组LN3的第一端、第二端和第三端，第三电感模组LN3的第四端、第五端和第六端分别通过第十六电阻R16、第十一电阻R11和第十二电阻R12连接电机的第一端、第二端和第三端，第三电感模组LN3的第一端还依次通过第十三电阻R13和第五电容C5连接地端，第三电感模组LN3的第三端还依次通过第十五电阻R15和第七电容C7连接地端，第三电感模组LN3的第二端还依次通过第十四电阻R14和第六电容C6连接地端。

在具体实施例中，上述第二电感模组LN2、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第六电容C6、第五电容C5和第七电容C7组成LC滤波电路，为上述第一电流电压环调节器提供LC滤波函数：R/（RLCs^2+Ls+R），其中R为负载电阻，L为LC滤波电路的电感值，C为LC滤波电路的电容值，s为s函数，配合比例环节，以便得出电压开闭环传递函数。

本发明多模态智能控制器，采用多模态控制模块6对多路输入电源进行合理分布控制，通过太阳能、充电电池和电网实现分布式供电，并且通过多模态控制模块6配合电压内环和电流内环控制功率流向和功率因数，从而实现对功率管的功率管控制，维持直流母线的电压稳定，具体由4个工作模式，V1和V2分别为电池充放电模块2的最高电压和最低电压，V3和V4分别为电网供电模块3的最高压和最低压，V5为直流母线的参考电压，第一为V1<V5<V2时，电网处于孤岛状态，通过太阳能供电模块1与电机驱动模块7共同工作达到动态平衡，电池充放电模块2待机；第二为V1<V5<V3时，电网状态不变，太阳能供电模块1输出功率大于电机驱动模块7消耗功率，电池充放电模块2接入直流母线吸收剩余功率，当电池充放电模块2满状态后，太阳能供电模块1转为恒压控制；第三为V3<V5<V2时，电网状态不变，太阳能供电模块1输出功率小于电机驱动模块7消耗功率，电池充放电模块2放电贴藕节直流母线电压；第四为V5>V3或V5>V4时，直流母线出现功率过剩和严重欠缺，将接入电网供电模块3，并向并网状态转变，改变输出或吸收功率，确保直流母线稳定，并且在电池充放电模块2中，通过多模态控制模块6改变对电池充放电模块2的控制方式，具体为电压控制模式和电流控制模式，实现对其的多态控制，在电机驱动模块7中，通过对直流母线输出电压的调节（即为对电池充放电模块2 的DC-DC调节），即可控制电机的运行状态，具体运行状态模式可由P1-P2=TW判断，其中P1为电磁功率，P2为电机负载功率，T为机械转矩，W为机械角速度。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.多模态智能控制器，其特征在于：

该多模态智能控制器包括：太阳能供电模块，电池充放电模块，电网供电模块，汇总模块，参数检测模块，多模态控制模块，电机驱动模块；

所述电机驱动模块，用于驱动电机工作。

2.根据权利要求1所述的多模态智能控制器，其特征在于，所述多模态控制模块包括跳线组、第一电源、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、逻辑控制器、第一微处理器、第一驱动器、第一逻辑芯片、第一电流电压环调节器；

3.根据权利要求2所述的多模态智能控制器，其特征在于，所述多模态控制模块还包括第二电流电压环调节器、第二逻辑芯片和第二驱动器；

4.根据权利要求3所述的多模态智能控制器，其特征在于，所述太阳能供电模块包括第七电阻、太阳能电池板、第一电感、第一电容、第一功率管、第一二极管、第二电容、第八电阻；

所述第七电阻的一端通过太阳能电池板连接第一电容的一端、第一功率管的发射极、第二电容的一端和第八电阻的第一端，第七电阻的另一端连接第一电容的另一端并通过第一电感连接第一功率管的集电极和第一二极管的阳极，第一二极管的阴极连接第二电容的另一端和第八电阻的第二端，第一功率管的栅极连接所述第一驱动器的第四端。

5.根据权利要求4所述的多模态智能控制器，其特征在于，所述电池充放电模块包括第九电阻、充电电池、第三电容、第二功率管、第三功率管、第二电感、第四电容、第十电阻；

所述第九电阻的一端通过充电电池连接第三电容的一端、第三功率管的发射极、第四电容的一端和第十电阻的第一端，第九电阻的另一端连接第三电容的另一端和第二功率管的集电极，第二功率管的发射极连接第三功率管的集电极并通过第二电感连接第四电容的另一端和第十电阻的第二端，第二功率管的栅极和第三功率管的栅极均连接所述第一驱动器的第五端。

6.根据权利要求5所述的多模态智能控制器，其特征在于，所述电网供电模块包括电网、第一电感模组、第一逆变器；所述汇总模块包括直流母线；

所述电网的第一端、第二端和第三端分别通过第一电感模组的第一端、第二端和第三端连接第一逆变器的第一输入端、第二输入端和第三输入端，直流母线的A线端连接第一逆变器的第一输出端、所述第八电阻的第二端和第十电阻的第二端，直流母线的B线端连接第一逆变器的第二输出端、所述第八电阻的第一端和第十电阻的第二端。

7.根据权利要求6所述的多模态智能控制器，其特征在于，所述电机驱动模块包括第二逆变器、第二电感模组、第三电感模组、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第六电容、第五电容、第七电容、第十六电阻、第十一电阻、第十二电阻和电机；

所述第二逆变器的第一输入端和第二输入端分别连接所述直流母线的A线端和B线端，第二逆变器的第一输出端、第二输出端和第三输出端分别通过第二电感模组连接第三电感模组的第一端、第二端和第三端，第三电感模组的第四端、第五端和第六端分别通过第十六电阻、第十一电阻和第十二电阻连接电机的第一端、第二端和第三端，第三电感模组的第一端还依次通过第十三电阻和第五电容连接地端，第三电感模组的第三端还依次通过第十五电阻和第七电容连接地端，第三电感模组的第二端还依次通过第十四电阻和第六电容连接地端。