[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

说明书

本发明公开了一种具有恒流和下落速度可控的直流电机制动装置，涉及电机应用技术领域，由功率场效应管取代常规能耗制动电阻，通过压控方式实时在线调节其漏‑源之间的等效电阻以实现电机的恒流停车制动，使制动时间缩短为常规能耗制动方式的68％以下；在无需改变硬件条件下，采用电流和转速两级闭环控制技术，并通过数字信号处理器实现电机制动电流和位能负载下落速度的智能连续控制；为增加控制系统的可靠性，设计了以双光耦为核心的光隔离器用于对控制级与功率级之间的模拟信号进行可靠隔离。本发明能够实现电机拖动过程中以最快速度停车制动以及位能负载下落速度的连续调节控制。

技术领域

本发明涉及电机拖动与控制技术领域，尤其涉及一种具有恒流和下落速度可控的直流电机制动装置及方法。

背景技术

在工农业生产中，大量应用大中型电动机作为原动机去拖动各种生产机械设备，在自动化领域各种小型控制电机则广泛地被作为检测、放大和执行元件。直流电动机作为电机领域的一个重要分支，由于其具有良好的启动、调速特性以及较大的转矩，在现代生活中得到了广泛应用。

直流电机在运行过程中经常需要制动。对于反抗性负载而言，制动的目的是为了使拖动系统转速降低或停车；对于位能负载的工作机构，制动可获得稳定的负载下落速度。

电机制动方法总体上可分为：自由停车法、电磁制动法和电器制动法。自由停车法是通过断开电枢电源，利用负载阻力矩使系统降速，其制动速度较慢，特别是空载自由停车，更需要较长时间。电磁制动，即所谓“抱闸”，可加快制动过程，但因需附加机械装置并会造成接触摩擦，有些工况难以适用。在大多数需要电机快速制动的场合，多采用电气制动方法，它包括能耗制动、电源反接制动，以及回馈制动三种形式。电气制动方法的优点是无需附加的机械摩擦装置，且可以使位能负载(如起重机下放重物)的工作机构获得稳定的下放速度，因而该方法应用最为广泛。电气制动的基本原理是在电枢中通过反向电流从而使电动机产生反向电磁制动转矩。由电机拖动理论可知反向制动转矩的大小与电枢中流过的反向电流大小成正比，而上述现有三种电气制动形式只能保证在起始制动时刻使电枢获得最大的反向电流，随着电机转速的降落反向电流随之减小，制动转矩亦随之减弱，故整个制动过程无法保证恒流制动从而延缓了制动时间。在某些需要频繁启停电机的工况，为了提高工作效率需要尽量缩短停车制动时间，为此本发明设计了一种直流有刷电机恒流制动方法，并设计了相应的制动电路。此外，对于如起重机下放重物等位能负载而言，一旦上述现有三种电气制动电路硬件结构确定，负载稳定下放速度便随之确定而无法更改，难以满足某些工况需要重物变速下放的要求。本发明的目的之二是为了有效解决在不改变制动系统任何硬件的情况下，通过在线设置控制系统的软件参数便可实现位能负载下放速度的连续稳定调节，从而满足了制动系统具有通用性的要求。

发明内容

发明目的

本发明提供一种具有恒流和下落速度可控的直流电机制动装置及方法，其目的在于实现直流电机拖动过程中以最快速度制动停车以及位能负载下落过程中的电机转速在线连续调节控制，从而提高直流电机的伺服控制性能。

技术方案

具有恒流和下落速度可控的直流电机制动装置，包括：

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；