[发明专利]具有恒流和下落速度可控的直流电机制动装置及方法

权利要求书

1.具有恒流和下落速度可控的直流电机制动装置，其特征在于：

电流闭环调节单元，根据给定电流值和工作电流反馈值，采用压控方法在线调节与电动机串联的MOS管漏极-源极之间的等效电阻R_ds阻值；

速度闭环调节单元，根据给定速度和实际下落速度反馈值，采用压控方法在线调节与电动机串联的MOS管漏极-源极之间的等效电阻R_ds阻值；

压控变阻器单元，包括功率MOS管；功率MOS管的漏极-源极之间的等效电阻R_ds与电动机串联；压控变阻器的压控信号分别来自于电流闭环调节单元和速度闭环调节单元的输出信号，通过改变压控信号可以调节等效电阻R_ds的阻值；

控制单元，用于将设定的给定电流值、给定速度值转换为模拟电压并分别输出给电流闭环调节单元和速度闭环调节单元；

所述电流闭环调节单元包括电流取样电阻、反相器、线性光隔离放大器、电流PI调节器及D/A变换器；

所述速度闭环调节单元包括与电机连接的测速发电机、加法器、低通滤波器、速度PI调节器及A/D变换器；

所述压控变阻器单元包括功率MOS管、线性光隔离放大器及模拟多路开关；

所述控制单元包括数字信号处理器、电机过温检测电路、电机运行/停止检测电路及DC-DC电源模块；所述数字信号处理器内集成有A/D变换器、D/A变换器、FLASH和I/O资源。

2.根据权利要求1所述具有恒流和下落速度可控的直流电机制动装置，其特征在于：D/A变换器将控制单元设定的制动电流值转换为对应的模拟电压并作为电流PI调节器的给定量；

电流PI调节器根据所述给定量和从所述电流取样电阻中获得的电机工作电流反馈值进行比例积分控制，其输出电压通过模拟多路开关并经线性光隔离放大器放大后作用于与功率MOS管的栅极g，通过调节其导通程度以实现漏极-源极之间等效电阻R_ds的阻值控制。

3.根据权利要求1所述具有恒流和下落速度可控的直流电机制动装置，其特征在于：

所述低通滤波器滤除测速发电机输出的电压信号中的高频噪声，提高速度反馈量的信噪比；

所述测速发电机的输出电压转换为单一正极性信号，输入到A/D变换器，由微处理器测得实际下落速度值；

所述控制单元给定的位能负载下落速度值通过D/A变换器转换为与给定速度对应的电压；所述速度PI调节器根据速度给定量和实际下落速度反馈量进行比例积分控制，其输出电压通过模拟多路开关并经线性光隔离放大器放大后作用于功率MOS管的栅极g，通过调节其导通程度以实现漏极-源极之间等效电阻R_ds的阻值控制。

4.根据权利要求1所述具有恒流和下落速度可控的直流电机制动装置，其特征在于：所述电流PI调节器、速度PI调节器的两个输出信号与另外一个低电平地信号通过模拟多路开关选择其中三者之一，经双光电耦合器组成的线性光隔离放大器放大后，通过压控方式调整功率MOS管漏极-源极之间的等效电阻R_ds；所述模拟多路开关的通道选择由控制单元中数字信号处理器的I/O信号控制。

5.根据权利要求1所述具有恒流和下落速度可控的直流电机制动装置，其特征在于：

所述数字信号处理器内部的D/A转换器将软件设定的制动电流值和下落速度值分别转换为模拟电压，分别作为电流PI调节器、速度PI调节器的给定量；

所述数字信号处理器内部的A/D模块检测电机的转速、电枢电流和功率MOS管的温度，并通过I/O模块为模拟多路开关提供通道选择控制信号。

6.根据权利要求1所述具有恒流和下落速度可控的直流电机制动装置，其特征在于：所述DC-DC电源模块包括两路±12V、一路3.3V电源输出，其中一路±12V输出对功率侧有关器件供电，包括线性光隔离放大器的功率侧、与R_s连接的反相器；另一路±12V输出用于向非功率侧的有关器件供电，包括与D/A连接的反相器、加法器、PI调节器、模拟多路开关和线性光隔离放大器的控制侧；3.3V输出为DSP、滤波器、测速发电机和热敏电阻供电。

7.一种具有恒流和下落速度可控的直流电机制动方法，其特征在于：

通过功率MOS管提供可调节的等效电阻R_ds，并与电动机串联；所述等效电阻R_ds为功率MOS管漏极-源极之间的等效电阻；

控制单元控制模拟多路开关，针对下述三个通道中的信号选择其一，并经线性光隔离放大器作用于功率MOS管的栅极g，调节其等效电阻R_ds的阻值；

通道1：电流调节信号，选择该通道时电机为停车制动控制状态；

通道2：速度调节信号，选择该通道时电机为位能负载下落速度控制状态；

通道3：低电平信号，选择该通道时MOS管截止，电机为正常电动状态；

通过电流PI调节器将电流给定量和从取样电阻中获得的反馈电流值进行比例积分控制，其输出电压为电流调节信号；

通过速度PI调节器将速度给定量和实际下落速度反馈量进行比例积分控制，其输出电压为速度调节信号。