利用實(shí)時(shí)速度檢測實(shí)現漸進(jìn)式再生制動(dòng)

然而，如果電機被外力驅動(dòng)(例如汽車(chē)下坡)，旋轉會(huì )導致實(shí)際的BEMF等于VBat，此時(shí)不會(huì )有一點(diǎn)電流流動(dòng)。如果此時(shí)電機以更快速度旋轉，BEMF會(huì )變得大于電池電壓，我們將看到電流從電機流向電池，這時(shí)系統就處于重新發(fā)電(再生)狀態(tài)。

圖5：再生制動(dòng)狀態(tài)。

PWM開(kāi)關(guān)型電壓源效應

目前為止我們假設是用一個(gè)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(guò)改變電池電壓來(lái)控制速度。

在現代控制器中，改變電壓是通過(guò)使用呈半橋(單向)或全橋(雙向)結構的功率MOSFET晶體管并以近20kHz的很快速度開(kāi)關(guān)電機電源來(lái)實(shí)現的。這種橋有一個(gè)底部的MOSFET和一個(gè)頂部的開(kāi)關(guān)，它們以互補的方式(底部導通時(shí)頂部斷開(kāi)，底部斷開(kāi)時(shí)頂部導通)正常工作。

當與電機的電感結合在一起時(shí)，這種開(kāi)關(guān)會(huì )使得控制器行為就像一個(gè)數值正比于開(kāi)關(guān)導通/斷開(kāi)占空比的可調電壓源。例如，當一半時(shí)間導通一半時(shí)間斷開(kāi)時(shí)，電路等效于一半電池電壓的發(fā)電機。

圖6：50% PWM的步降轉換。

這個(gè)效應在相反方向也成立。如果沒(méi)有連接電池，同時(shí)電機又被驅動(dòng)產(chǎn)生電壓，那么PWM開(kāi)關(guān)和電機電感在50% PWM時(shí)將作為升壓器使電壓翻倍。這種升壓效應很好地解釋了為何電機轉速很慢而B(niǎo)EMF又小于電池電壓時(shí)再生現象是如何發(fā)生的。

圖7：50% PWM時(shí)的步升轉換。

控制再生制動(dòng)的數量

我們已經(jīng)知道，由于BEMF的原因，對任何供電電壓來(lái)說(shuō)電機總有一個(gè)轉速使它不吸取一點(diǎn)電流。BEMF/RPM比值是一個(gè)常數，有時(shí)在電機數據手冊中會(huì )找到。通過(guò)以已知速度旋轉空載電機并在其引線(xiàn)處測量電壓也可以很容易得到這個(gè)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(dòng)。如果原來(lái)處于停止狀態(tài)就仍保持停止。如果已經(jīng)在轉動(dòng)，它將保持這個(gè)速度。

●超過(guò)電機的BEMF，此時(shí)電機將加速旋轉。

●低于電機的BEMF，此時(shí)電機將制動(dòng)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(dòng)也越強。

假設電池電壓保持得相當穩定，那么還可以通過(guò)計算控制器的PWM輸出功率電平與該電平下的速度比值進(jìn)一步簡(jiǎn)化上述理論。

使用調速PWM的實(shí)際例子

Roboteq電機控制器能夠檢測電機的旋轉速度。對無(wú)刷電機來(lái)說(shuō)，不需要任何額外硬件，通過(guò)監視電機的霍爾傳感器的變化就能實(shí)現。對有刷直流電機來(lái)說(shuō)，可以使用安裝在電機軸上的光學(xué)編碼器來(lái)測速。施加50%的功率并記錄無(wú)負載電機的轉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(yǔ)言輕松地寫(xiě)出這樣的腳本，它能用來(lái)測量電機的當前速度，并計算用于加速、制動(dòng)或保持當前速度所必須輸出的功率電平。

舉例來(lái)說(shuō)，考慮在50% PWM時(shí)進(jìn)行測量的汽車(chē)情況，當車(chē)輪不接觸地面時(shí)電機以2500RPM速度旋轉。

現在如果汽車(chē)處在一個(gè)斜坡上，電機轉速為2500 RPM，控制器將測量這個(gè)轉速，然后施加50%的功率，因此實(shí)際上電機不消耗電流(在這個(gè)速度下電流將是無(wú)負載電流)。這是因為在斜坡上時(shí)將使電機以2500轉速自然運行，此時(shí)的機電狀態(tài)與車(chē)輪不接觸地面時(shí)完全一樣。

現在，如果在電機轉速已經(jīng)是2500 RPM時(shí)我們施加超過(guò)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(shí)我們施加小于50%的功率，那將發(fā)生再生制動(dòng)?？刂破鬏敵龉β实陀?0%越多，制動(dòng)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(gè)RPM條件下實(shí)現加速或制動(dòng)。然后使用油門(mén)命令提高或降低功率值來(lái)進(jìn)行加速或制動(dòng)。

下面的腳本是實(shí)現受控再生所需的完整清單。它使用一條用戶(hù)命令進(jìn)行加速和制動(dòng)。這個(gè)腳本只能以前進(jìn)方向操作電機。