利用實時速度檢測實現漸進式再生制動

然而，如果電機被外力驅動(例如汽車下坡)，旋轉會導致實際的BEMF等于VBat，此時不會有一點電流流動。如果此時電機以更快速度旋轉，BEMF會變得大于電池電壓，我們將看到電流從電機流向電池，這時系統就處于重新發電(再生)狀態。

圖5：再生制動狀態。

PWM開關型電壓源效應

目前為止我們假設是用一個固定電壓電池直接連到電機上，從中我們可以看出，在恒定負載情況下，可以通過改變電池電壓來控制速度。

在現代控制器中，改變電壓是通過使用呈半橋(單向)或全橋(雙向)結構的功率MOSFET晶體管并以近20kHz的很快速度開關電機電源來實現的。這種橋有一個底部的MOSFET和一個頂部的開關，它們以互補的方式(底部導通時頂部斷開，底部斷開時頂部導通)正常工作。

當與電機的電感結合在一起時，這種開關會使得控制器行為就像一個數值正比于開關導通/斷開占空比的可調電壓源。例如，當一半時間導通一半時間斷開時，電路等效于一半電池電壓的發電機。

圖6：50% PWM的步降轉換。

這個效應在相反方向也成立。如果沒有連接電池，同時電機又被驅動產生電壓，那么PWM開關和電機電感在50% PWM時將作為升壓器使電壓翻倍。這種升壓效應很好地解釋了為何電機轉速很慢而BEMF又小于電池電壓時再生現象是如何發生的。

圖7：50% PWM時的步升轉換。

控制再生制動的數量

我們已經知道，由于BEMF的原因，對任何供電電壓來說電機總有一個轉速使它不吸取一點電流。BEMF/RPM比值是一個常數，有時在電機數據手冊中會找到。通過以已知速度旋轉空載電機并在其引線處測量電壓也可以很容易得到這個比值。

然后，在電機速度可以測量的前提下，控制器就可以計算電機產生的BEMF并完成以下任意事項：

●匹配電機的BEMF，在這種情況下電機既不加速也不制動。如果原來處于停止狀態就仍保持停止。如果已經在轉動，它將保持這個速度。

●超過電機的BEMF，此時電機將加速旋轉。

●低于電機的BEMF，此時電機將制動并再生電流。

電機BEMF和控制器輸出電壓之差越大，再生和制動也越強。

假設電池電壓保持得相當穩定，那么還可以通過計算控制器的PWM輸出功率電平與該電平下的速度比值進一步簡化上述理論。

使用調速PWM的實際例子

Roboteq電機控制器能夠檢測電機的旋轉速度。對無刷電機來說，不需要任何額外硬件，通過監視電機的霍爾傳感器的變化就能實現。對有刷直流電機來說，可以使用安裝在電機軸上的光學編碼器來測速。施加50%的功率并記錄無負載電機的轉速可以讓我們了解功率電平多大才能接近電機的BEMF。

圖8：Roboteq電機控制器的電機連接。

我們可以利用控制器的Microbasic腳本描述語言輕松地寫出這樣的腳本，它能用來測量電機的當前速度，并計算用于加速、制動或保持當前速度所必須輸出的功率電平。

舉例來說，考慮在50% PWM時進行測量的汽車情況，當車輪不接觸地面時電機以2500RPM速度旋轉。

現在如果汽車處在一個斜坡上，電機轉速為2500 RPM，控制器將測量這個轉速，然后施加50%的功率，因此實際上電機不消耗電流(在這個速度下電流將是無負載電流)。這是因為在斜坡上時將使電機以2500轉速自然運行，此時的機電狀態與車輪不接觸地面時完全一樣。

現在，如果在電機轉速已經是2500 RPM時我們施加超過50%的功率，這將給予額外的功率，電機將以更快速度運行。

如果在2500 RPM時我們施加小于50%的功率，那將發生再生制動。控制器輸出功率低于50%越多，制動效果越明顯。

因此這種技術可以讓控制器測量速度、計算要施加的輸出功率以便在這個RPM條件下實現加速或制動。然后使用油門命令提高或降低功率值來進行加速或制動。

下面的腳本是實現受控再生所需的完整清單。它使用一條用戶命令進行加速和制動。這個腳本只能以前進方向操作電機。