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

然而，如果電機(jī)被外力驅(qū)動(dòng)(例如汽車下坡)，旋轉(zhuǎn)會導(dǎo)致實(shí)際的BEMF等于VBat，此時(shí)不會有一點(diǎn)電流流動(dòng)。如果此時(shí)電機(jī)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(jī)流向電池，這時(shí)系統(tǒng)就處于重新發(fā)電(再生)狀態(tài)。

圖5：再生制動(dòng)狀態(tài)。

PWM開關(guān)型電壓源效應(yīng)

目前為止我們假設(shè)是用一個(gè)固定電壓電池直接連到電機(jī)上，從中我們可以看出，在恒定負(fù)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(jī)電源來實(shí)現(xiàn)的。這種橋有一個(gè)底部的MOSFET和一個(gè)頂部的開關(guān)，它們以互補(bǔ)的方式(底部導(dǎo)通時(shí)頂部斷開，底部斷開時(shí)頂部導(dǎo)通)正常工作。

當(dāng)與電機(jī)的電感結(jié)合在一起時(shí)，這種開關(guān)會使得控制器行為就像一個(gè)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(shí)間導(dǎo)通一半時(shí)間斷開時(shí)，電路等效于一半電池電壓的發(fā)電機(jī)。

圖6：50% PWM的步降轉(zhuǎn)換。

這個(gè)效應(yīng)在相反方向也成立。如果沒有連接電池，同時(shí)電機(jī)又被驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生電壓，那么PWM開關(guān)和電機(jī)電感在50% PWM時(shí)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(jī)轉(zhuǎn)速很慢而BEMF又小于電池電壓時(shí)再生現(xiàn)象是如何發(fā)生的。

圖7：50% PWM時(shí)的步升轉(zhuǎn)換。

控制再生制動(dòng)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(jī)總有一個(gè)轉(zhuǎn)速使它不吸取一點(diǎn)電流。BEMF/RPM比值是一個(gè)常數(shù)，有時(shí)在電機(jī)數(shù)據(jù)手冊中會找到。通過以已知速度旋轉(zhuǎn)空載電機(jī)并在其引線處測量電壓也可以很容易得到這個(gè)比值。

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

●匹配電機(jī)的BEMF，在這種情況下電機(jī)既不加速也不制動(dòng)。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(dòng)，它將保持這個(gè)速度。

●超過電機(jī)的BEMF，此時(shí)電機(jī)將加速旋轉(zhuǎn)。

●低于電機(jī)的BEMF，此時(shí)電機(jī)將制動(dòng)并再生電流。

電機(jī)BEMF和控制器輸出電壓之差越大，再生和制動(dòng)也越強(qiáng)。

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

使用調(diào)速PWM的實(shí)際例子

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

圖8：Roboteq電機(jī)控制器的電機(jī)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(jī)的當(dāng)前速度，并計(jì)算用于加速、制動(dòng)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(shí)進(jìn)行測量的汽車情況，當(dāng)車輪不接觸地面時(shí)電機(jī)以2500RPM速度旋轉(zhuǎn)。

現(xiàn)在如果汽車處在一個(gè)斜坡上，電機(jī)轉(zhuǎn)速為2500 RPM，控制器將測量這個(gè)轉(zhuǎn)速，然后施加50%的功率，因此實(shí)際上電機(jī)不消耗電流(在這個(gè)速度下電流將是無負(fù)載電流)。這是因?yàn)樵谛逼律蠒r(shí)將使電機(jī)以2500轉(zhuǎn)速自然運(yùn)行，此時(shí)的機(jī)電狀態(tài)與車輪不接觸地面時(shí)完全一樣。

現(xiàn)在，如果在電機(jī)轉(zhuǎn)速已經(jīng)是2500 RPM時(shí)我們施加超過50%的功率，這將給予額外的功率，電機(jī)將以更快速度運(yùn)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(jì)算要施加的輸出功率以便在這個(gè)RPM條件下實(shí)現(xiàn)加速或制動(dòng)。然后使用油門命令提高或降低功率值來進(jìn)行加速或制動(dòng)。

下面的腳本是實(shí)現(xiàn)受控再生所需的完整清單。它使用一條用戶命令進(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(jī)。