本發(fā)明涉及電子數(shù)控，更具體的說是涉及一種三端口雙向超級(jí)電容功率控制器。

背景技術(shù)：

1、在robomaster賽事規(guī)則中，參賽雙方需要給參賽機(jī)器人安裝裁判系統(tǒng)，它會(huì)檢測機(jī)器人的“血量”、“底盤功率”、“彈丸射速”等信息，并回傳給服務(wù)器。裁判系統(tǒng)會(huì)對(duì)機(jī)器人的違規(guī)行為進(jìn)行懲罰，以確保比賽公平公正地進(jìn)行。

2、比賽中，雙方機(jī)器人的底盤功率會(huì)被規(guī)則限制在一定范圍內(nèi)，超出規(guī)則限制的機(jī)器人會(huì)被裁判系統(tǒng)扣除相應(yīng)的“血量”。然而機(jī)器人在高速機(jī)動(dòng)時(shí)往往會(huì)消耗較高的功率，極易超出規(guī)則限制。于是便產(chǎn)生了機(jī)器人高速運(yùn)動(dòng)需求和底盤功率限制之間的矛盾。同時(shí)，在機(jī)器人補(bǔ)充彈丸、定點(diǎn)射擊時(shí)，底盤功率會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于規(guī)則限制，造成了能量浪費(fèi)，于是又產(chǎn)生了對(duì)能量儲(chǔ)存與再分配的需求。

3、因此，設(shè)計(jì)一種三端口雙向超級(jí)電容功率控制器，對(duì)超級(jí)電容器進(jìn)行雙向恒功率充放電管理，同時(shí)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人底盤電能制動(dòng)時(shí)的能量回收，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種三端口雙向超級(jí)電容功率控制器，實(shí)現(xiàn)電能的雙向傳輸，便于能量管理與底盤動(dòng)能回收。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種三端口雙向超級(jí)電容功率控制器，所述控制器包括采樣電路、主控電路和變換器主拓?fù)洌?/p>

4、所述變換器主拓?fù)溆腥齻€(gè)端口，所述三個(gè)端口分別與底盤、電容組、電池連接，其中，所述電容組并聯(lián)至變換器主拓?fù)湟欢说囊粋€(gè)端口，所述底盤與所述電池分別并聯(lián)至變換器主拓?fù)淞硪欢说膬蓚€(gè)端口；

5、所述采樣電路用于采樣所述變換器主拓?fù)鋬啥说碾妷汉腿齻€(gè)端口的電流，得到采樣值；

6、所述主控電路用于根據(jù)所述采樣值計(jì)算拓?fù)湫?，為所述變換器主拓?fù)涞膬蓚€(gè)半橋分配占空比；

7、所述變換器主拓?fù)涓鶕?jù)所述占空比控制期望電壓，進(jìn)行充放電模式切換。

8、優(yōu)選的，所述變換器主拓?fù)溆蒪uck半橋和boost半橋組成，兩個(gè)半橋分別由半橋驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，所述主控電路包括高分辨率定時(shí)器，通過所述高分辨率定時(shí)器驅(qū)動(dòng)所述半橋驅(qū)動(dòng)器。

9、優(yōu)選的，所述主控電路用于根據(jù)所述采樣值計(jì)算拓?fù)湫剩瑸樗鲎儞Q器主拓?fù)涞膬蓚€(gè)半橋分配占空比，包括：

10、所述主控電路對(duì)所述采樣值進(jìn)行數(shù)字濾波后計(jì)算拓?fù)湫?，利用閉環(huán)算法構(gòu)建電流電壓閉環(huán)，計(jì)算誤差并得到占空比輸出，同時(shí)根據(jù)拓?fù)湫蔬M(jìn)行輸出補(bǔ)償并為所述變換器主拓?fù)涞膬蓚€(gè)半橋分配占空比。

11、優(yōu)選的，對(duì)所述采樣值進(jìn)行濾波后得到電容電壓、電容電流、底盤電壓、底盤電流、電池電壓、電池電流；

12、所述拓?fù)湫视?jì)算公式如下：

13、

14、

15、優(yōu)選的，電流閉環(huán)即對(duì)電容側(cè)的充電電流、放電電流做閉環(huán)，包括：

16、根據(jù)充電功率和放電功率及拓?fù)湫视?jì)算出期望電流；

17、利用閉環(huán)算法將所述電容電流與所述期望電流作比較并計(jì)算電流比較值增量，比較值改變則占空比改變；

18、根據(jù)占空比改變所述變換器主拓?fù)漭敵龅钠谕妷?，所述期望電壓與所述電容組的實(shí)際電壓形成壓差，產(chǎn)生充電電流和放電電流，形成電流閉環(huán)。

19、優(yōu)選的，電壓閉環(huán)作用于充電模式下；

20、利用閉環(huán)算法將電容電壓與所述期望電壓比較并計(jì)算輸出電壓比較值增量，得到計(jì)算結(jié)果；

21、將所述計(jì)算結(jié)果與所述電流閉環(huán)進(jìn)行雙環(huán)競爭，最小值勝出。

22、優(yōu)選的，所述占空比為半橋比較值與所述高分辨率定時(shí)器周期之比；

23、所述半橋比較值的計(jì)算公式如下：

24、

25、其中，總比較值為所述閉環(huán)算法輸出的比較值，周期即為所述高分辨率定時(shí)器周期。

26、優(yōu)選的，所述變換器主拓?fù)涓鶕?jù)所述占空比控制期望電壓，進(jìn)行充放電模式切換，包括：

27、若所述期望電壓高于所述電容組的實(shí)際電壓，電流將由所述底盤流向所述電容組，為充電模式；

28、若所述期望電壓低于所述電容組的實(shí)際電壓，電流將由所述電容組流向所述底盤，為放電模式。

29、優(yōu)選的，所述主控電路連接顯示電路，所述主控電路還與通信電路連接進(jìn)行上位機(jī)通信。

30、經(jīng)由上述的技術(shù)方案可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明公開提供了一種三端口雙向超級(jí)電容功率控制器，具有如下有益效果：

31、1.底盤不與電容組直接并聯(lián)，解決了因電容組放電掉壓而導(dǎo)致的底盤欠壓的問題。同時(shí)，電池和底盤通過一個(gè)buckboost拓?fù)溥B接到電容組，由于拓?fù)潆p向?qū)ΨQ的特性，可以實(shí)現(xiàn)電能的雙向傳輸，便于能量管理與底盤動(dòng)能回收。

32、2.本發(fā)明僅采用單電流環(huán)與單電壓環(huán)即可實(shí)現(xiàn)電容組的雙向恒功率控制；電流閉環(huán)可以直接控制輸出電流，相較于對(duì)功率做閉環(huán)的方案，有更快的響應(yīng)速度。同時(shí)在充電情況下，加入一個(gè)電壓閉環(huán)，通過雙環(huán)競爭的策略來限制充電電流，防止電容過充；而在放電狀態(tài)下，電壓環(huán)會(huì)失效，系統(tǒng)完全由電流環(huán)接管，來控制放電電流，迅速建立充放電平衡。

技術(shù)特征：

1.一種三端口雙向超級(jí)電容功率控制器，其特征在于，所述控制器包括采樣電路、主控電路和變換器主拓?fù)洌?/p>

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三端口雙向超級(jí)電容功率控制器，其特征在于，所述變換器主拓?fù)溆蒪uck半橋和boost半橋組成，兩個(gè)半橋分別由半橋驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，所述主控電路包括高分辨率定時(shí)器，通過所述高分辨率定時(shí)器驅(qū)動(dòng)所述半橋驅(qū)動(dòng)器。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三端口雙向超級(jí)電容功率控制器，其特征在于，對(duì)所述采樣值進(jìn)行濾波后得到電容電壓、電容電流、底盤電壓、底盤電流、電池電壓、電池電流；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種三端口雙向超級(jí)電容功率控制器，其特征在于，電流閉環(huán)即對(duì)電容側(cè)的充電電流、放電電流做閉環(huán)，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種三端口雙向超級(jí)電容功率控制器，其特征在于，電壓閉環(huán)作用于充電模式下；

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三端口雙向超級(jí)電容功率控制器，其特征在于，所述占空比為半橋比較值與所述高分辨率定時(shí)器周期之比；

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種三端口雙向超級(jí)電容功率控制器，其特征在于，所述控制器采用模擬中心對(duì)稱的pwm控制方式，將采樣點(diǎn)作為pwm波形的對(duì)稱點(diǎn)；

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種三端口雙向超級(jí)電容功率控制器，其特征在于，所述變換器主拓?fù)涓鶕?jù)所述占空比控制期望電壓，進(jìn)行充放電模式切換，包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三端口雙向超級(jí)電容功率控制器，其特征在于，所述主控電路連接顯示電路，所述主控電路還與通信電路連接進(jìn)行上位機(jī)通信。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種三端口雙向超級(jí)電容功率控制器，涉及電子數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域?？刂破靼ú蓸与娐贰⒅骺仉娐泛妥儞Q器主拓?fù)?；變換器主拓?fù)溆腥齻€(gè)端口，三個(gè)端口分別與底盤、電容組、電池連接，其中，底盤與電池分別并聯(lián)至變換器主拓?fù)漭斎攵?，電容組并聯(lián)至變換器主拓?fù)漭敵龆耍徊蓸与娐酚糜诓蓸幼儞Q器主拓?fù)漭斎攵撕妥儞Q器主拓?fù)漭敵龆说碾妷汉腿齻€(gè)端口的電流，得到采樣值；主控電路用于根據(jù)采樣值計(jì)算拓?fù)湫?，為變換器主拓?fù)涞膬蓚€(gè)半橋分配占空比；變換器主拓?fù)涓鶕?jù)占空比控制期望電壓，進(jìn)行充放電模式切換。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)電能的雙向傳輸，便于能量管理與底盤動(dòng)能回收。

技術(shù)研發(fā)人員：崔勝禹,王麗,周旭昕,王志強(qiáng),李杰相
受保護(hù)的技術(shù)使用者：齊魯工業(yè)大學(xué)（山東省科學(xué)院）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26