[发明专利]一种主动式能量管理系统

说明书

本发明提出了一种主动式能量管理系统，包括能量主回路和能量管控系统；能量主回路包括整流单元，压力机主驱电机及其驱动单元，飞轮储能电机及其驱动单元，电容储能单元和制动单元；压力机主驱电机和飞轮储能电机均通过其相应驱动单元与直流母线连接。本发明将自动控制问题转化为运动规划问题，能量管控系统通过主驱电机的运动规划求解器求解出其速度曲线和扭矩曲线；然后求解出主驱电机共直流母线连接的各耗电单元的总功率曲线，最后根据能量需求以及直流母线电压波动限值要求，规划求解出飞轮储能电机的运行曲线。通过主驱电机与飞轮储能电机同步控制，确保飞轮储能电机主动与主驱电机实时进行能量转换，较好平衡了主驱电机能量需求。

技术领域

本发明属于机械工程技术领域，尤其适用于单机伺服压力机或伺服冲压线的能量管理系统，特别涉及一种主动式能量管理系统。

背景技术

伺服压力机与传统机械压力机相比，不仅简化了传动机构，提高了传动效率，而且冲压曲线可控可调，能够实现多材质柔性冲压，已成为当代汽车制造业的核心装备。

大型伺服压力机由大功率伺服电机直接驱动并提供冲压能量。为了提高板料成形质量及生产效率，大型伺服压力机成形工作段需降低主驱电机转速，精确控制成形力；而上、下料非成形段需提高主驱电机转速，保证压力机滑块与送料装置运动同步性。冲压成形过程中，主驱电机频繁加减速，导致主驱电机平均功率较低，而峰值功率极高，对电网容量要求较高，并频繁冲击，影响其他电气设备正常使用。目前，现有单机伺服压力机一般采用超级电容储能装置，存储、释放的能量由电压波动大小决定，属于被动管理；此类装置电容容量一般较大，维护成本较高。伺服冲压线配备的反馈式能量管理系统；能量缓存一般由大容量的飞轮储能电机和电容储能组成，通过能量主回路监测量的变化来控制飞轮储能电机的运行，属于被动管理；不仅存有时滞问题，而且调试困难。

发明内容

本发明提出了一种主动式能量管理系统，将自动控制问题转化为运动规划问题，通过压力机主驱电机与飞轮储能电机同步控制，确保飞轮储能电机主动与压力机主驱电机实时进行能量转换，较好平衡了压力机主驱电机能量需求。

为了实现上述目的，本发明提出的了一种主动式能量管理系统，包括能量主回路10和能量管控系统11；

所述能量主回路10包括整流单元1，压力机主驱电机2及其驱动单元3，飞轮储能电机4及其驱动单元5，电容储能单元6和制动单元7；所述压力机主驱电机2通过驱动单元3与直流母线9连接；所述飞轮储能电机4通过驱动单元5与直流母线9连接；电容储能单元6和制动单元7均直接与直流母线9连接；

所述能量管控系统11在正常生产前，通过压力机主驱电机2的运动规划求解器求解出压力机主驱电机2的速度曲线12和扭矩曲线13；所述能量管控系统通过压力机主驱电机2的速度曲线12和扭矩曲线13求解出压力机主驱电机2共直流母线连接的各耗电单元的总功率曲线15；根据设定的直流母线电压波动设定限值，规划求解出飞轮储能电机4的运行数量及速度曲线14，然后将飞轮储能电机4的速度曲线14传递至飞轮储能电机4的驱动单元5。

进一步的，在正常生产时，压力机主驱电机2与飞轮储能电机4同步控制，保证压力机主驱电机2加速时，飞轮储能电机4主动减速，压力机主驱电机2减速时，飞轮储能电机4主动加速；在能量主回路10内，飞轮储能电机4主动与压力机主驱电机2进行能量转换。

进一步的，所述制动单元7包括制动电阻7A和接触器7B；

在能量管控系统11接收制动指令后，接触器7B接通，将制动电阻7A接到能量主回路10，吸收压力机主驱电机2能量。

进一步的，在制动单元7工作过程中，若飞轮储能电机4转速N高于额定转速Nn，能量管控系统11控制飞轮储能电机11以匀速N运行；若飞轮储能电机4转速N低于额定转速Nn，能量管控系统11直接控制飞轮储能电机加速至极限转速Nmax，并以极限转速Nmax匀速运行。