西门子6ES7214-1HF40-0XB0
引言
HID是高压气体放电灯（High Intensity Discharge）的缩写，也可称为重金属灯或者氙气大灯。与传统卤素灯泡相比，HID有亮度高、寿命长、省电等优点。
正是由于HID具有高亮度的特点，如果使用时照射高度调节不当，在会车时将会对迎面来车的司机造成强烈的眩目，产生安全隐患。为了规范HID前照灯的市场，联合国欧洲经济委员会（United Nations Economic Commission for Europe）在ECE-R48条款中明确规定：装备HID前照灯的车辆必须配备能够全自动调节其照射高度的系统，也可称之为前照灯水平自动调光系统。该系统工作时，会根据车辆负载的变化自动调整HID前灯的投射俯仰角度，确保其投射高度在合适的范围内，既达到良好的照明效果，又不会对迎面车辆的司机造成眩目。
系统总体方案设计
如图1所示，系统可分为三个部分，即车身高度传感器、中央控制单元和驱动执行单元。系统运作情况如下：该系统的主MCU（MC68HC908GZ60）采集车身前后轴高度传感器的信号，经运算后发出控制信号分别给左右前照灯的水平调光步进电机，指示电机转动到指定位置，完成自动调光。
系统硬件设计
车身高度传感器
该系统的主要原理是利用测定车内两个基准点（约前、后轴位置）到地面的距离差得出车辆的倾斜角度信号，从而进行水平调节。可选择光电编码式的车高传感器，把车身高度的变化（悬架变形量的变化）变换成传感器轴的旋转，将检测出的旋转角度信号转变为电压信号输入MCU。实验中，车身高度传感器在车左前轮和左后轮内侧各装一个。
中央控制单元
系统中央控制单元采用飞思卡尔（Freescale）公司生产的MC68HC908GZ60芯片为主MCU，配合其他必要元件组成控制单元电路。该芯片主要特性有：8位HC08型CPU，开发资源丰富，兼容性好；片载60KB Flash EEPROM，2KB RAM；24通道A/D转换模块，10位精度。
此外，选择飞思卡尔MC33399芯片与核心MCU通过SCI口相连，作为LIN总线收发器。该芯片多可以驱动16个节点。
之所以选择LIN总线，是因为它已经是车用总线中较为普及的一种，它的优点是芯片价格低廉，。LIN总线信号传输速率可达19.2kbps，一般用在对汽车安全性要求不高的控制场合，例如电控门窗、车灯开关控制等。
LIN总线主节点电路原理图如图2所示。
图2 LIN总线主节点电路原理图
驱动执行单元
驱动执行单元，主要是通过获取LIN总线上的信号，来控制步进电机转动，从而带动前照灯反光板沿垂直方向转动，完成水平调光。
此处选择了美国AMI半导体公司的AMIS-30623步进电机控制芯片。该芯片属高集成度芯片，内建了电源模块、控制器、LIN总线收发器和步进电机驱动。其主要特性有：高峰值电流输出达800mA；提供高达16细分数的步进电机驱动；内建加减速算法；完全兼容LIN1.3规范。
由于AMIS-30623芯片本身不可重新编程，一切操作均通过LIN总线调用其内部函数来完成，所以使用起来十分简便。内建的加减速算法对于控制步进电机变速运动非常有效。
LIN总线从节点电路原理图如图3所示。
图3 LIN总线从节点电路原理图
系统软件设计
软件方面，采用1ms定时中断采集，每次中断到来时采取一组传感器输出的电压值。经过预判断后，将有效数据保留，带入公式计算，得出需要步进电机转动到的目标位置。通过LIN总线向相应的AMIS-30623芯片发送信号，控制步进电机按加速—匀速—减速的方式平稳运动到相应位置。该程序在Freescale CodeWarrior 5.7.0环境下编译通过。主程序流程如图４所示。
图4 系统主程序流程图
实验结果
为了验证该系统的动态调光性能，在实验室环境下搭建了一个能够模拟车身俯仰运动的实验平台。实验过程中，控制平台本身按一定幅度作俯仰运动，测得调光系统阶跃响应时间约420ms，调整时间小于1s，稳态误差约0.035°，满足了动态自动调光的基本要求。
• 引言
在一般的异步交流电动机传动中，电动机大都处于电动状态，电动机需要向电网吸收能量，但是由于负载的不同，在有些负载需要电动机快速制动，或者负载具有一定的位置势能时，异步电动机就有可能处于发电状态。如果电动机直接接到电网时，电机发出的电向电网回馈，但是这样对电网有较大的影响，如果电机由变频器拖动时，由于变频器有中间储能环节，其储能是有限的，故电机发电状态时对变频器有较大的威胁。变频器在处理电机的再生发电时，有多种制动方法，如能耗制动、储能制动、回馈制动等。对能耗制动方法，电机发出的电会白白的浪费，同时能耗电阻会经常损坏；储能制动方法中储能也是有限的，同样对变频器有威胁，能量回馈是处理再生发电的好方法，又是制动的好方法。它保证了变频器的安全、节约了能量、同时增强了电机的制动功能。本文将对能量回馈的技术问题作一些讨论。
• 简单的实施方案
系统结构如下图 1 所示，由 LC 滤波、逆变块 A 、母线电容 C 、逆变块 B 和逆变块 A 的控制系统组成。
电机一般工作在电动状态下，逆变块 A 作为整流用，在发电状态下，作为逆变回馈用，电机发电时，通过逆变块 B 中 IGBT 反并联的二极管整流，整流电压加在母线电容 C 上，如果发电功率较大时，母线电压就会上升，直接威胁到整个系统的安全，这样就需要启动逆变块 A 将多余的能量经过电感电容回馈到电网。电感将承受直流母线电压和电网线电压的差值，同时电感将缓冲谐波的无功功率。
图1 系统结构
要完成回馈制动，需要完成三方面的工作： 1 ）检测电压何时开始回馈;2 ）保持回馈制动时与电网同频同相； 3 ）回馈制动时限制回馈电流的大小。
2 ． 1 电压的检测
在电压检测中，主要检测直流母线电压和电网电压，检测电网电压时，一般需要考虑电网的波动，根据变频器的中间环节所能承受的直流电压，再利用回馈制动时，电网允许向上波动 +20 %，由此在直流电压检测时，在电压值为（1.2＊√2）倍的电网线电压有效值时可以启动逆变块A工作，进入回馈制动状态。
2 ． 2 电网频率和相位检测
在回馈制动中，是否有效地回馈能量，关键是保证与电网同频、同相，并且回馈时要保证电网输出正电压时，输出负电流。其次，在回馈时要尽量选取电网线电压的高电压段，如图 2 所示，这样当回馈电流一定时可以获得较大的能量回馈功率。
图 2
设定逆变块 A 中的功率器件的开关状态要求与电网同步，同步信号如图 2 中（ B ）所示，下面是一种简单的同步信号控制方式，可以简单的得到 V1-V6 的同步方波脉冲。
图3 同步信号检测
2 ． 3 回馈电流的控制
在回馈制动中，合理的控制回馈电流大小也是至关重要，回馈电流的大小必须满足能量回馈功率的要求，如果系统回馈功率小于电机在发电状态时的输出功率，在变频器的直流母线上电压就会继续升高。 由于电网电压是一定的，系统回馈功率的大小是由回馈电流的大小决定的。另外回馈电流的大小必须控制在所使用的 IGBT 的额定范围内。
回馈制动时，回馈电流变化速度较快，就需要采用有效的控制方式，一般采用滞环电流比较法控制，见如下框图 4 所示：
图4 滞环电流比较法控制
• 工程应用
我们利用这种回馈制动方法在新疆玛纳斯县永安煤业有限公司安装了一台380V75KW 提升负载的变频器，从现场应用看：
回馈制动时可达到 40A 左右的电流，变频器采用 滞环电流比较法 回馈制动的方式，母线电压比设定的基准电压高出多少即回馈多少，当高于 645V 时启动回馈制动，让能量回馈到电网从而保证了变频器安全工作。通过检测母线电压，看不到有较大的电压波动。回馈到电网波形比较好，采用适当的 LC 滤波 后，对电网基本造成不了污染，滤波效果较好。节能效果也明显，与工频比较，综合节电率约在 30% 左右。 75KW 的提升机用变频后可直接采用普通的鼠笼式电机拖动，可以平滑的进行调速，而可以不用绕线式电机，同时鼠笼式电机价格要比绕线式电机便宜 1/3 左右，因此可降低用户的投资费用，维护起来也比较方便。采用变频调速后，甩掉了原工频用的速度段切换交流接触器及调速电阻，使工人的操作环境大为改善，调速平滑，减轻了对电网及换挡的冲击，电流变化平稳，这是原工频状态所无法比拟的。
• 结束语
变频器如果所驱动的是提升机类负载，变频器应具备多种制动手段，回馈制动是重要的一种。我公司生产的风光牌提升机专用变频器上成功地应用了回馈制动，取得了很好的效果。回馈能量的波形必须好，回馈相位必须准确，否则回馈会对电网造成冲击，技术关键在于此