利用實時速度檢測實現(xiàn)漸進式再生制動

然而，如果電機被外力驅(qū)動(例如汽車下坡)，旋轉(zhuǎn)會導(dǎo)致實際的BEMF等于VBat，此時不會有一點電流流動。如果此時電機以更快速度旋轉(zhuǎn)，BEMF會變得大于電池電壓，我們將看到電流從電機流向電池，這時系統(tǒng)就處于重新發(fā)電(再生)狀態(tài)。

圖5：再生制動狀態(tài)。

PWM開關(guān)型電壓源效應(yīng)

目前為止我們假設(shè)是用一個固定電壓電池直接連到電機上，從中我們可以看出，在恒定負載情況下，可以通過改變電池電壓來控制速度。

在現(xiàn)代控制器中，改變電壓是通過使用呈半橋(單向)或全橋(雙向)結(jié)構(gòu)的功率MOSFET晶體管并以近20kHz的很快速度開關(guān)電機電源來實現(xiàn)的。這種橋有一個底部的MOSFET和一個頂部的開關(guān)，它們以互補的方式(底部導(dǎo)通時頂部斷開，底部斷開時頂部導(dǎo)通)正常工作。

當(dāng)與電機的電感結(jié)合在一起時，這種開關(guān)會使得控制器行為就像一個數(shù)值正比于開關(guān)導(dǎo)通/斷開占空比的可調(diào)電壓源。例如，當(dāng)一半時間導(dǎo)通一半時間斷開時，電路等效于一半電池電壓的發(fā)電機。

圖6：50% PWM的步降轉(zhuǎn)換。

這個效應(yīng)在相反方向也成立。如果沒有連接電池，同時電機又被驅(qū)動產(chǎn)生電壓，那么PWM開關(guān)和電機電感在50% PWM時將作為升壓器使電壓翻倍。這種升壓效應(yīng)很好地解釋了為何電機轉(zhuǎn)速很慢而BEMF又小于電池電壓時再生現(xiàn)象是如何發(fā)生的。

圖7：50% PWM時的步升轉(zhuǎn)換。

控制再生制動的數(shù)量

我們已經(jīng)知道，由于BEMF的原因，對任何供電電壓來說電機總有一個轉(zhuǎn)速使它不吸取一點電流。BEMF/RPM比值是一個常數(shù)，有時在電機數(shù)據(jù)手冊中會找到。通過以已知速度旋轉(zhuǎn)空載電機并在其引線處測量電壓也可以很容易得到這個比值。

然后，在電機速度可以測量的前提下，控制器就可以計算電機產(chǎn)生的BEMF并完成以下任意事項：

●匹配電機的BEMF，在這種情況下電機既不加速也不制動。如果原來處于停止?fàn)顟B(tài)就仍保持停止。如果已經(jīng)在轉(zhuǎn)動，它將保持這個速度。

●超過電機的BEMF，此時電機將加速旋轉(zhuǎn)。

●低于電機的BEMF，此時電機將制動并再生電流。

電機BEMF和控制器輸出電壓之差越大，再生和制動也越強。

假設(shè)電池電壓保持得相當(dāng)穩(wěn)定，那么還可以通過計算控制器的PWM輸出功率電平與該電平下的速度比值進一步簡化上述理論。

使用調(diào)速PWM的實際例子

Roboteq電機控制器能夠檢測電機的旋轉(zhuǎn)速度。對無刷電機來說，不需要任何額外硬件，通過監(jiān)視電機的霍爾傳感器的變化就能實現(xiàn)。對有刷直流電機來說，可以使用安裝在電機軸上的光學(xué)編碼器來測速。施加50%的功率并記錄無負載電機的轉(zhuǎn)速可以讓我們了解功率電平多大才能接近電機的BEMF。

圖8：Roboteq電機控制器的電機連接。

我們可以利用控制器的Microbasic腳本描述語言輕松地寫出這樣的腳本，它能用來測量電機的當(dāng)前速度，并計算用于加速、制動或保持當(dāng)前速度所必須輸出的功率電平。

舉例來說，考慮在50% PWM時進行測量的汽車情況，當(dāng)車輪不接觸地面時電機以2500RPM速度旋轉(zhuǎn)。

現(xiàn)在如果汽車處在一個斜坡上，電機轉(zhuǎn)速為2500 RPM，控制器將測量這個轉(zhuǎn)速，然后施加50%的功率，因此實際上電機不消耗電流(在這個速度下電流將是無負載電流)。這是因為在斜坡上時將使電機以2500轉(zhuǎn)速自然運行，此時的機電狀態(tài)與車輪不接觸地面時完全一樣。

現(xiàn)在，如果在電機轉(zhuǎn)速已經(jīng)是2500 RPM時我們施加超過50%的功率，這將給予額外的功率，電機將以更快速度運行。

如果在2500 RPM時我們施加小于50%的功率，那將發(fā)生再生制動?？刂破鬏敵龉β实陀?0%越多，制動效果越明顯。

因此這種技術(shù)可以讓控制器測量速度、計算要施加的輸出功率以便在這個RPM條件下實現(xiàn)加速或制動。然后使用油門命令提高或降低功率值來進行加速或制動。

下面的腳本是實現(xiàn)受控再生所需的完整清單。它使用一條用戶命令進行加速和制動。這個腳本只能以前進方向操作電機。