一种制动电路控制方法、装置、存储介质及伺服电机与流程

1.本发明涉及控制领域，尤其涉及一种制动电路控制方法、装置、存储介质及伺服电机。


背景技术：

2.在三相桥式电压型逆变电路中，电网对伺服控制系统的能力供给是单向的，电动机在减速和制动过程中，将储存在电机转子上的机械能转换为电能回馈给伺服装置，这些能量一般储存在储能电容元件中，而储能电容不会消耗能量，如不及时将这些能量释放，会使直流侧电压升高，一则可能损坏逆变器的大功率器件，二则可能损坏储能元件。
3.为了避免母线电压过高，通常采用电力电子开关管和制动电阻配合，当电机制动时，根据直流网侧电压的变化来启动和关闭开关管，使负载侧产生的制动能量消耗在设置的制动电阻上，从而防止负载侧制动能量向直流母线侧回馈导致直流网侧电压过高。当电阻上消耗的能量超过制动电阻的过载能力时，制动电阻会被烧坏，因此需要在制动单元上针对制动电阻加以保护。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种制动电路控制方法、装置、存储介质及伺服电机，以解决现有技术中当电阻上消耗的能量超过制动电阻的过载能力时，制动电阻会被烧坏的问题。
5.本发明一方面提供了一种制动电路控制方法，包括：根据直流侧母线电压确定当前待输出的所述制动电路的开关管驱动信号；获取第一预设时长内的第一开关管累计开通时间和第二预设时长内的第二开关管累计开通时间的累计开通时间之和；根据所述累计开通时间之和是否大于放电电阻不过载的最长总开通时间，确定输出所述开关管驱动信号或者修正所述开关管驱动信号；其中，若判断所述开通时间之和大于所述最长总开通时间，则输出所述开关管驱动信号；若判断所述开通时间之和小于等于所述最长总开通时间，则修正所述开关管驱动信号。
6.可选地，根据直流侧母线电压确定当前输出的所述制动电路的开关管驱动信号，包括：当所述母线电压大于制动电路开始放时的第一电压阈值u1时，输出开关管开通信号；当所述母线电压小于制动电路停止放电时的第二电压阈值u2时，输出开关管关断信号。
7.可选地，获取第一预设时长内的第一开关管累计开通时间和第二预设时长内的第二开关管累计开通时间的累计开通时间之和，包括：在第一预设时长内每经过第二预设时长获取当前经过的第二预设时长的时间段内的第二开关管开通时间，并进行累加得到第一开关管累计开通时间；将第一预设时长内累加得到的第一开关管累计开通时间与第一预设时长内尚未累加的第二开关管累计开通时间相加得到累计开通时间之和。
8.可选地，每个第二预设时长的时间段内的开关管开通时间tsum2通过如下方式得到：在第二预设时长的时间段内，每经过一个采样周期，所述第二开关管开通时间tsum2＝
tsum2 tsk；其中，tsk为一个采样周期ts内的开关管开通时间，tsk＝ts*uc^2/u1^2；ts为采样周期，uc为母线电压，u1为制动电流开始放电时的第一电压阈值。
9.可选地，所述放电电阻不过载的最长总开通时间为：t1＝k*p
r
*(t1 t2)/(u1^2/r
r
)；其中，k为放电电阻在不同散热条件下能够长期运行的功率倍率，p
r
为制动电阻的功率，r
r
为制动电阻的阻值，t1为第一预设时长，t2为第二预设时长。
10.本发明另一方面提供了一种制动电路控制装置，包括：第一确定单元，用于根据直流侧母线电压确定当前待输出的所述制动电路的开关管驱动信号；获取单元，用于获取第一预设时长内的第一开关管累计开通时间和第二预设时长内的第二开关管累计开通时间的累计开通时间之和；第二确定单元，用于根据所述累计开通时间之和是否大于放电电阻不过载的最长总开通时间，确定输出所述开关管驱动信号或者修正所述开关管驱动信号；其中，若判断所述开通时间之和大于所述最长总开通时间，则输出所述开关管驱动信号；若判断所述开通时间之和小于等于所述最长总开通时间，则修正所述开关管驱动信号。
11.可选地，所述第一确定单元，根据直流侧母线电压确定当前输出的所述制动电路的开关管驱动信号，包括：当所述母线电压大于制动电路开始放时的第一电压阈值u1时，输出开关管开通信号；当所述母线电压小于制动电路停止放电时的第二电压阈值u2时，输出开关管关断信号。
12.可选地，所述获取单元，获取第一预设时长内的第一开关管累计开通时间和第二预设时长内的第二开关管累计开通时间的累计开通时间之和，包括：在第一预设时长内每经过第二预设时长获取当前经过的第二预设时长的时间段内的第二开关管开通时间，并进行累加得到第一开关管累计开通时间；将第一预设时长内累加得到的第一开关管累计开通时间与第一预设时长内未累加的第二开关管累计开通时间相加得到累计开通时间之和。
13.可选地，每个第二预设时长的时间段内的第二开关管开通时间tsum2通过如下方式得到：在第二预设时长的时间段内，每经过一个采样周期，所述第二开关管开通时间tsum2＝tsum2 tsk；其中，tsk为一个采样周期ts内的开关管开通时间，tsk＝ts*uc^2/u1^2；ts为采样周期，uc为母线电压，u1为制动电流开始放电时的第一电压阈值。
14.可选地，所述放电电阻不过载的最长总开通时间为：t1＝k*p
r
*(t1 t2)/(u1^2/r
r
)；其中，k为放电电阻在不同散热条件下能够长期运行的功率倍率，p
r
为制动电阻的功率，r
r
为制动电阻的阻值，t1为第一预设时长，t2为第二预设时长。
15.本发明又一方面提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现前述任一所述方法的步骤。
16.本发明再一方面提供了一种伺服电机，包括处理器、存储器以及存储在存储器上可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现前述任一所述方法的步骤。
17.本发明再一方面提供了一种伺服电机，包括前述任一所述的制动电路控制装置。
18.根据本发明的技术方案，根据预设时长内的开通时间之和是否大于放电电阻不过载的最长总开通时间，确定输出所述开关管驱动信号或者修正所述开关管驱动信号；将制动电阻过载与制动电路的控制逻辑结合，通过制动电阻过载算法约束制动电路开关管的占空比，以达到同时控制制动电路和保护制动电阻的目的。省去了检测放电电阻过载故障的环节，且计算简单、普适性强。
附图说明
19.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
20.图1是本发明提供的制动电路控制方法的一实施例的方法示意图；
21.图2为能耗制动电路原理图；
22.图3示出了开关管动作时间存储逻辑；
23.图4是本发明提供的制动电路控制方法的一具体实施例的方法示意图；
24.图5是本发明提供的制动电路控制装置的一实施例的结构框图。
具体实施方式
25.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
27.本发明提供一种制动电路控制方法。该方法可用于采用能耗制动的设备上，例如伺服电机、逆变器和/或变频器。
28.图2为能耗制动电路原理图。如图2所示，本发明所采用的制动电路包括母线电容c1、制动电阻r1和开关管q1(例如可以为igbt)，制动电路与直流母线连接，p为制动电路与直流母线连接点；母线电容c1连接于直流母线与参考地pgnd之间；制动电阻r1连接于直流母线与开关管漏极之间，开关管源极与参考地pgnd连接，mcu控制信号通过驱动电路与开关管基极连接。制动电阻r1的功率为p
r
，阻值为r
r
；选取电阻在实际运行中能够长期运行的功率倍率(例如自然冷却情况下选取0.2*p
r
，风冷情况下选取0.5*p
r
)，本文中按照0.2*p
r
。制动电路开始放电时电压阈值为u1，停止放电时的电压阈值为u2。
29.图1是本发明提供的制动电路控制方法的一实施例的方法示意图。
30.如图1所示，根据本发明的一个实施例，所述制动电路控制方法至少包括步骤s110、步骤s120、步骤s130和步骤s140。
31.步骤s110，根据直流侧母线电压确定当前待输出的所述制动电路的开关管驱动信号。
32.具体地，制动电路开始放电时第一电压阈值为u1，停止放电时的第二电压阈值为u2。当母线电压大于第一电压阈值u1时，即uc>u1时，输出开关管开通信号，放电电路开始放电；当母线电压小于第二电压阈值u2时，即uc<u2时，输出开关管关断信号，放电电路停止放电。
33.步骤s120，获取第一预设时长内的第一开关管累计开通时间和第二预设时长内的第二开关管累计开通时间的累计开通时间之和。
34.具体地，将所述第一预设时长t1等分为n个第二预设时长t2的时间段；将第一预设时长t1内每经过第二预设时长t2获取当前经过的第二预设时长t2的时间段内的第二开关管开通时间，并进行累加得到第一开关管累计开通时间tsum1；将累加得到的第一开关管累计开通时间tsum1与第一预设时长内未进行累加的第二开关管累计开通时间tsum2相加得到累计开通时间之和tsum。
35.更具体地，选取一段时间t1(例如100s，可根据实际情况调整)，将t1分成n等份较小的时间段t2(例如0.5s)。每个第二预设时长t2的时间段内的第二开关管开通时间tsum2通过如下方式得到：
36.在第二预设时长的时间段内，每经过一个采样周期，所述第二开关管开通时间tsum2＝tsum2 tsk；
37.其中，tsk＝ts*uc^2/u1^2；ts为采样周期，tsk为一个采样周期ts内的开关管开通时间，u1为制动电流开始放电时的第一电压阈值。在采样周期ts内，若上个周期开关管开通，则对上个周期检测到的母线电压进行开通时间的等效计算(由于保护阈值均按照母线电压为u1计算，所以按照热量相等原则进行换算)，得到开通时间tsk＝ts*uc^2/u1^2；若上个周期内开关管关断，则开通时间tsk＝0。
38.对每个第二预设时长t2的时间段内开关管的开通时间tsk进行累加得到第二开关管开通时间tsum2，并将其存储在数组中，在数组未满时依次存入数组中；当数组存满后从最先存入数组的数据开始替换，抛掉旧的数据(数组大小根据第一预设时间内第二预设时间的数量设置，保证数组中的数据一直为第一预设时间内每经过第二预设时长获取的第二开关管开通时间)。例如，设备开始运行后，在运行时间小于第二预设时间(例如0.25s)时，此时累加得到的tsum2并未存入数组；当时间到达0.5s(第二预设时间t2)，累加得到的tsum2数值存入数组，tsum2值清零，重新进行累加。当设备运行时间达到1s(2*t2)，累加得到的tsum2数值存入数组，tsum2值清零，重新进行累加，如此重复进行。将数组中的第二开关管开通时间tsum2累加即可得到tsum1，然后与还未存入数组内的第二开关管开通时间tsum2相加得到总的开关管开通时间tsum。图3示出了开关管动作时间存储逻辑。
39.步骤s130，根据所述累计开通时间之和是否大于放电电阻不过载的最长总开通时间，确定输出所述开关管驱动信号或者修正所述开关管驱动信号。
40.具体地，放电电阻不过载的最长总开通时间t1通过如下方式计算：
41.t1＝k*p
r
*(t1 t2)/(u1^2/r
r
)
42.其中，k为放电电阻在不同散热条件下能够长期运行的功率倍率，例如，自然冷却情况下选取0.2*p
r
，风冷情况下选取0.5*pr)；p
r
为制动电阻的功率，r
r
为制动电阻的阻值，t1为第一预设时长，t2为第二预设时长。在整个过载计算范围内的周期为t1～t1 t2，所以在计算阈值时按照最长的周期t1 t2进行了计算。
43.若判断所述开通时间之和大于所述最长总开通时间，则输出开关管驱动信号；若判断所述开通时间之和小于等于所述最长总开通时间，则修正开关管驱动信号。
44.比较tsum与t1，假如tsum≤t1时，开关管按照步骤2得到结果进行；假如tsum>t1，修正开关管驱动信号(放电开关管的放电动作不再进行)。
45.为清楚说明本发明技术方案，下面再以一个具体实施例对本发明提供的制动电路控制方法的执行流程进行描述。
46.图4是本发明提供的制动电路控制方法的一具体实施例的方法示意图。
47.选取一段时间t1(例如100s，可根据实际情况调整)，将t1分成n等份较小的时间段t2(例如0.5s)，计算出放电电阻不过载的最长总共开通时间为：t1＝0.2*p
r
*(t1 t2)/(u1^2/r
r
)。
48.如图4所示，滞环放电控制环节输出开关管驱动信号，根据母线电压确定输出的开关管驱动信号，其中，当母线电压uc>u1时，输出开关管开通信号；当母线电压uc<u2时，输出开关管关断信号；在采样周期ts内，若上个周期开关管开通，则对上个周期检测到的母线电压进行开通时间的等效计算(由于保护阈值均按照母线电压为u1计算，所以按照热量相等原则进行换算)，tsk＝ts*uc^2/u1^2；若上个周期内开关管关断，则tsk＝0；对每个t2时间段(例如，0.5s)内开关管的开通时间tsk进行累加得到tsum2，并将其存储在数组中，在数组未满时依次存入数组中；当数组存满后从最先存入数组的数据开始替换，抛掉旧的数据。将数组中的开关管开通时间累加得到tsum1，然后与还未存入数组内的开通时间tsum2相加得到总的开关管开通时间tsum。比较tsum与t1，若tsum≤t1，则输出确定的开关管驱动信号；若tsum>t1，则修正开关管驱动信号(其中，封锁开关管的驱动信号，放电开关管的放电动作不再进行)。
49.本发明还提供一种制动电路的控制装置。该装置可用于采用能耗制动的设备上，例如伺服电机、逆变器和/或变频器。
50.如图2所示，本发明所采用的制动电路包括母线电容c1、制动电阻r1和开关管q1(例如可以为igbt)，制动电路与直流母线连接，p为制动电路与直流母线连接点；母线电容c1连接于直流母线与参考地pgnd之间；制动电阻r1连接于直流母线与开关管漏极之间，开关管源极与参考地pgnd连接，mcu控制信号通过驱动电路与开关管基极连接。制动电阻r1的功率为p
r
，阻值为r
r
；选取电阻在实际运行中能够长期运行的功率倍率(例如自然冷却情况下选取0.2*p
r
，风冷情况下选取0.5*p
r
)，本文中按照0.2*p
r
。制动电路开始放电时电压阈值为u1，停止放电时的电压阈值为u2。
51.图5是本发明提供的制动电路控制装置的一实施例的结构框图。如图5所示，所述制动电路控制装置100包括第一确定单元110、获取单元120和第二确定单元130。
52.第一确定单元110用于根据直流侧母线电压确定当前待输出的所述制动电路的开关管驱动信号。
53.具体地，制动电路开始放电时第一电压阈值为u1，停止放电时的第二电压阈值为u2。当母线电压大于第一电压阈值u1时，即uc>u1时，输出开关管开通信号，放电电路开始放电；当母线电压小于第二电压阈值u2时，即uc<u2时，输出开关管关断信号，放电电路停止放电。
54.获取单元120用于获取第一预设时长内的第一开关管累计开通时间和第二预设时长内的第二开关管累计开通时间的累计开通时间之和。
55.具体地，将所述第一预设时长t1等分为n个第二预设时长t2的时间段；将第一预设时长t1内每经过第二预设时长t2获取当前经过的第二预设时长t2的时间段内的第二开关管开通时间，并进行累加得到第一开关管累计开通时间tsum1；将累加得到的第一开关管累
计开通时间tsum1与第一预设时长内未进行累加的第二开关管累计开通时间tsum2相加得到累计开通时间之和tsum。
56.更具体地，选取一段时间t1(例如100s，可根据实际情况调整)，将t1分成n等份较小的时间段t2(例如0.5s)。每个第二预设时长t2的时间段内的第二开关管开通时间tsum2通过如下方式得到：
57.在第二预设时长的时间段内，每经过一个采样周期，所述第二开关管开通时间tsum2＝tsum2 tsk；
58.其中，tsk＝ts*uc^2/u1^2；tsk为一个采样周期ts内的开关管开通时间，ts为采样周期，u1为制动电流开始放电时的第一电压阈值。在采样周期ts内，若上个周期开关管开通，则对上个周期检测到的母线电压进行开通时间的等效计算(由于保护阈值均按照母线电压为u1计算，所以按照热量相等原则进行换算)，得到开通时间tsk＝ts*uc^2/u1^2；若上个周期内开关管关断，则开通时间tsk＝0。
59.对每个第二预设时长t2的时间段内开关管的开通时间tsk进行累加得到第二开关管开通时间tsum2，并将其存储在数组中，在数组未满时依次存入数组中；当数组存满后从最先存入数组的数据开始替换，抛掉旧的数据(数组大小根据第一预设时间内第二预设时间的数量设置，保证数组中的数据一直为第一预设时间内每经过第二预设时长获取的第二开关管开通时间)。例如，设备开始运行后，在运行时间小于第二预设时间(例如0.25s)时，此时累加得到的tsum2并未存入数组；当时间到达0.5s(第二预设时间t2)，累加得到的tsum2数值存入数组，tsum2值清零，重新进行累加。当设备运行时间达到1s(2*t2)，累加得到的tsum2数值存入数组，tsum2值清零，重新进行累加，如此重复进行。将数组中的第二开关管开通时间tsum2累加即可得到tsum1，然后与还未存入数组内的第二开关管开通时间tsum2相加得到总的开关管开通时间tsum。图3示出了开关管动作时间存储逻辑。
60.第二确定单元130用于根据所述累计开通时间之和是否大于放电电阻不过载的最长总开通时间，确定输出所述开关管驱动信号或者修正所述开关管驱动信号；其中，若判断所述开通时间之和大于所述最长总开通时间，则输出所述开关管驱动信号；若判断所述开通时间之和小于等于所述最长总开通时间，则修正所述开关管驱动信号。
61.具体地，放电电阻不过载的最长总开通时间t1通过如下方式计算：
62.t1＝k*p
r
*(t1 t2)/(u1^2/r
r
)
63.其中，k为放电电阻在不同散热条件下能够长期运行的功率倍率，例如，自然冷却情况下选取0.2*p
r
，风冷情况下选取0.5*p
r
)；p
r
为制动电阻的功率，r
r
为制动电阻的阻值，t1为第一预设时长，t2为第二预设时长。在整个过载计算范围内的周期为t1～t1 t2，所以在计算阈值时按照最长的周期t1 t2进行了计算。
64.若判断所述开通时间之和大于所述最长总开通时间，则输出所述开关管驱动信号；若判断所述开通时间之和小于等于所述最长总开通时间，则修正所述开关管驱动信号。
65.具体地，比较tsum与t1，若tsum≤t1，开关管按照确定的开光驱动信号输出；若tsum>t1，则修正确定的开关管驱动信号(放电开关管的放电动作不再进行)。
66.本发明还提供对应于所述制动电路控制方法的一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现前述任一所述方法的步骤。
67.本发明还提供对应于所述制动电路控制方法的一种伺服电机，包括制动电路，还
包括处理器、存储器以及存储在存储器上可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现前述任一所述方法的步骤。
68.本发明还提供对应于所述制动电路控制装置的一种伺服电机，包括制动电路，还包括前述任一所述的制动电路控制装置。
69.据此，本发明提供的方案，根据预设时长内的开通时间之和是否大于放电电阻不过载的最长总开通时间，确定输出所述开关管驱动信号或者修正所述开关管驱动信号；将制动电阻过载与制动电路的控制逻辑结合，通过制动电阻过载算法约束制动电路开关管的占空比，以达到同时控制制动电路和保护制动电阻的目的。省去了检测放电电阻过载故障的环节，且计算简单、普适性强。
70.本文中所描述的功能可在硬件、由处理器执行的软件、固件或其任何组合中实施。如果在由处理器执行的软件中实施，那么可将功能作为一或多个指令或代码存储于计算机可读媒体上或经由计算机可读媒体予以传输。其它实例及实施方案在本发明及所附权利要求书的范围及精神内。举例来说，归因于软件的性质，上文所描述的功能可使用由处理器、硬件、固件、硬连线或这些中的任何者的组合执行的软件实施。此外，各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
71.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
72.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为控制装置的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
73.所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、只读存储器(rom，read
‑
only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
74.以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。