一种抑制机电伺服系统电源母线电压波动的控制方法

技术领域

本申请涉及机电伺服能源系统技术领域，具体涉及一种抑制机电伺服系统电源母线电压波动的控制方法。

背景技术

用于机电伺服系统的电源具有低常值、高峰值且存在能量反灌的输出特性，电源母线电压会因为负载大功率暂态输出及瞬时能量反灌导致振荡，传统的解决方案为在供电电源母线上直接并联大容值电容，为了将母线电压波动抑制在较小范围内，需要的电容值很大，体积重量也会降低供电电源的功率密度和能量密度。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请提出一种抑制机电伺服系统电源母线电压波动的控制方法，该方法可将储能电容的电压压差范围扩大，从而用较小的容值实现相同的峰值能量输出，或者实现反灌能量无损消纳与吸收，实现伺服动力电源能量动态智能分配，并能有效抑制母线电压波动，保持母线电压稳定的目标。本申请所采用的技术方案如下：

一种抑制机电伺服系统电源母线电压波动的控制方法，该方法包括如下步骤：

步骤1、双向动态峰值能量补偿/吸收装置完成自检，控制缓上电电路给母线支撑电容充电至电源电压；启动储能电路，给储能电路中的储能电容充电至设定值；

步骤2、采集状态信息，所述状态信息包括母线支撑电容电压值、母线电流值及方向、储能电容的电压值；

步骤3、根据母线电流方向的判断结果，执行相对应的运行模式；

步骤4、双向动态峰值能量补偿/吸收装置恢复为待机状态，返回并重复依次执行步骤2和步骤3。

进一步的，所述运行模式包括峰值补偿模式、慢储能模式以及反灌能量吸收模式。

进一步的，在步骤3中，执行相对应的运行模式，包括：

如果当前母线电流方向为正向，则进一步判断母线电流值是否大于预设阈值；若所述母线电流值大于预设阈值，则进入峰值补偿模式，执行第一闭环控制；若所述母线电流值小于等于预设阈值，则进入慢储能模式，执行第二闭环控制；

如果当前母线电流方向为负向，则进入反灌能量吸收模式，执行第三闭环控制。

进一步的，所述第一闭环控制包括启动峰值补偿电路，将储能电容储存的能量释放到母线上。

进一步的，所述第二闭环控制包括停止峰值补偿电路，并由锂离子动力电池组单独供电。

进一步的，所述第二闭环控制还包括检测储能电容两端的电压，如果储能电容两端的电压小于设定值，则启动储能电路给储能电容充电，直至储能电容两端的电压达到设定值为止。

进一步的，所述第三闭环控制包括判断母线电流值大小，如果母线电流值小于反灌电流设定值下限，则调节反灌能量吸收模式中的闭环参数，进行缓慢吸收；如果母线电流值大于反灌电流设定值下限，则调节反灌能量吸收模式中的闭环参数，进行快速吸收。

进一步的，所述第三闭环控制还包括检测储能电容的电压，如果检测到储能电容电压已经达到最大允许值，则启动泄放电路吸收剩余的反灌能量。

进一步的，在执行过程中，若双向动态峰值能量补偿/吸收装置发生故障，则闭合故障重构开关，并重新组成锂离子动力电池组、缓上电电路、母线支撑电容和储能电容的解决方案状态。

一种双向动态峰值能量补偿/吸收装置，该装置用于执行上述方法，该装置包括供电电源、锂离子动力电池组、缓上电电路、泄放电路、母线支撑电容、储能电路、峰值补偿电路、能量补偿/吸收器、故障重构开关。

通过本申请实施例，可以获得如下技术效果：

(1)缓上电电路抑制开机时电源给母线支撑电容供电时的浪涌，防止母线电压跌落；储能电路+峰值补偿电路在机电伺服负载需要高脉冲峰值时提供峰值电流，防止母线电压跌落；储能电路+泄放电路在母线存在反灌电流时进行吸收和泄放，防止母线电压抬升；储能电路或者峰值补偿电路发生故障时，储能电容直接并联到电压母线上，提供峰值电流，防止母线电压波动；

(2)能够实现电池供电+慢速储能、电池供电+峰值能量补偿、反灌能量吸收+紧急泄放三种循环工作模式，并可进行故障重构，可抑制母线电压因伺服负载剧烈变化引起的波动和振荡，保障电压母线的平稳。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为抑制机电伺服供电电源母线波动的电路原理图；

图2为抑制机电伺服供电电源母线电压波动的控制流程图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请提出了基于有源电容变换技术的双向动态峰值能量补偿/吸收装置，其硬件电路原理如图1所示，即抑制机电伺服供电电源母线波动的电路原理图。

基于有源电容变换技术的双向动态峰值能量补偿/吸收装置包括供电电源、锂离子动力电池组、缓上电电路、泄放电路、母线支撑电容、储能电路、峰值补偿电路、能量补偿/吸收装置、故障重构开关；

在图1中，上述各个部件的组成元件如下：

锂离子动力电池组：BAT1；

缓上电电路：Q1、R1、S1；

泄放电路：Q2、R2；

母线支撑电容：C1；

储能电路：Q3、Q4、L1、Q5、C2(储能电容)；

峰值补偿电路：C2、Q5、Q6、L1、Q3；

能量补偿/吸收装置：Q3、Q4、L1、Q5、Q6；

故障重构开关：S2；

本申请的抑制机电伺服系统电源母线电压波动的控制方法运行在上述硬件平台上，图2为抑制机电伺服供电电源母线电压波动的控制流程图。

步骤1、双向动态峰值能量补偿/吸收装置完成自检，控制缓上电电路给母线支撑电容充电至电源电压；启动储能电路，给储能电路中的储能电容C2充电至设定值；

步骤2、采集状态信息，所述状态信息包括母线支撑电容电压值、母线电流值及方向、储能电容C2的电压值；

步骤3、判断母线电流方向；母线电流参考方向如图1中箭头所示；

如果当前母线电流方向为正向，则进一步判断母线电流值是否大于预设阈值；

若所述母线电流值大于预设阈值，则进入峰值补偿模式，执行第一闭环控制；所述第一闭环控制包括启动峰值补偿电路，将储能电容储存的能量释放到母线上；

若所述母线电流值小于等于预设阈值，则进入慢储能模式，执行第二闭环控制；所述第二闭环控制包括停止峰值补偿电路，并由锂离子动力电池组单独供电；检测储能电容两端的电压，如果储能电容两端的电压小于设定值，则启动储能电路给储能电容充电，直至储能电容两端的电压达到设定值为止；

如果当前母线电流方向为负向，则进入反灌能量吸收模式，执行第三闭环控制；

所述第三闭环控制包括判断母线电流值大小，如果母线电流值小于反灌电流设定值下限，则调节反灌能量吸收模式中的闭环参数，进行缓慢吸收；如果母线电流值大于反灌电流设定值下限，则调节反灌能量吸收模式中的闭环参数，进行快速吸收；

检测储能电容的电压，如果检测到储能电容电压已经达到最大允许值，则启动泄放电路吸收剩余的反灌能量；

步骤4、双向动态峰值能量补偿/吸收装置恢复为待机状态，返回并重复依次执行步骤2和步骤3；

在执行过程中，若双向动态峰值能量补偿/吸收装置发生故障，则闭合故障重构开关，并重新组成锂离子动力电池组、缓上电电路、母线支撑电容和储能电容的解决方案状态，以提供峰值电流并防止母线波动。

综上所述，在本申请的方案中，缓上电电路抑制开机时电源给母线支撑电容供电时的浪涌，防止母线电压跌落；储能电路+峰值补偿电路在机电伺服负载需要高脉冲峰值时提供峰值电流，防止母线电压跌落；储能电路+泄放电路在母线存在反灌电流时进行吸收和泄放，防止母线电压抬升；储能电路或者峰值补偿电路发生故障时，储能电容直接并联到电压母线上，提供峰值电流，防止母线电压波动。

本申请中以上描述的功能可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑部件来执行。例如，非限制性地，可以使用的示范类型的硬件逻辑部件包括：场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、芯片上系统的系统(SOC)、负载可编程逻辑设备(CPLD)等等。

此外，虽然采用特定次序描绘了各操作，但是这应当理解为要求这样操作以所示出的特定次序或以顺序次序执行，或者要求所有图示的操作应被执行以取得期望的结果。在一定环境下，多任务和并行处理可能是有利的。同样地，虽然在上面论述中包含了若干具体实现细节，但是这些不应当被解释为对本公开的范围的限制。在单独的实施例的上下文中描述的某些特征还可以组合地实现在单个实现中。相反地，在单个实现的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合的方式实现在多个实现中。

尽管已经采用特定于结构特征和/或装置逻辑动作的语言描述了本主题，但是应当理解所附权利要求书中所限定的主题未必局限于上面描述的特定特征或动作。相反，上面所描述的特定特征和动作仅仅是实现权利要求书的示例形式。