柯蒂斯控制器.docx
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柯蒂斯控制器
第1章概述
柯蒂斯1234，1236和1238交流感应电动机控制器不同于以往的车载控制系统，它能够提供稳定平滑的功率输出。
他们采用把现场可编程逻辑控制器嵌入到最先进的电动机控制器的方法，实现控制器输出稳定平滑功率的功能。
嵌入式逻辑控制器在功能齐全的磁场定向AC感应电动机控制操作系统（OS）上运行。
通过修改OS参数，可以满足客户不同的定制要求，详细内容见第3节。
OS包含OE-developed软件，简称VCL逻辑语言。
使用VCL可以进一步提高控制器性能，详细内容见第6节。
VCL是一款由柯蒂斯发展革新的软件编程语言，使用VCL可以编程许多特殊电动汽车功能的程序，并且将更多的功能内置到OE-controlled。
VCL开辟了用户定制，产品差异化和市场反应能力的新途径。
和柯蒂斯其他的很多产品一样，1234/36/38包含了CAN总线传输机制，使AC感应电动机控制器成为高效分布式系统的一部分。
输入和输出信息可以通过系统实现最佳化分享，同时可以减少系统的布线，创建集成功能和减少系统损耗。
柯蒂斯1234/36/38控制器是满足车辆牵引，起重机，双驱动，其他电机传动和车载控制需要的理想控制器。
图1.柯蒂斯1234（左）1236（中）1238（右）AC感应电动机控制器
三种模型的标准特性相同
和所有的柯蒂斯控制器一样，1234/36/38为电机驱动性能提供了优越的操作控制功能。
功能包括：
1.高效，定向运动控制算法；
2.采用先进的PWM技术，实现电源电压高效使用，电机谐波低，能抑制转矩纹波，最大化降低切换损耗；
3.极其宽泛的转矩/速度变化范围，完整的正反馈性能；
4.实现低速平滑控制，包括0速度；
5.采用能适应电机温度变化的控制算法，在不同的条件下都能保持最佳性能；
6.电池电流，电机转矩，功率实时评估功能；
7.功率限制地图允许在电池核电状态变化时，降低电机热量和性能一致性的功能定制；
8.强大的操作系统，允许车载控制任务，电机控制任务的并行处理和用户配置可编程逻辑阵列；
9.宽泛的I/O口，适用最大化分布式系统控制；
10.内置荷电状态电池，小时计，维护计时计；
11.高频无声操作；
12.可用于24v-80V电源系统模式，带有200A-650ARMS2分钟额定电流；
13.使用柯蒂斯1311手持编程器和1314PC编程站，可编程容易；
14.使用CAN通信实现集成控制系统进入分布式控制系统；
15.场可编程，快速下载主要操作编程代码；
16.带有电动机，控制器热保护，提醒功能和自动停止功能；
17.外壳密封严实，在严峻工况下使用时，与外部的连接符合IP65环境密封标准；
18.绝缘金属忖底的功率底座提供优越的热传输，增加可靠性。
熟悉柯蒂斯控制器对你的正确安装和操作工作有帮助。
我们鼓励你仔细阅读本说明书，有问题的话，可以联系附近的柯蒂斯公司。
使用1311手持编程器，你可以设置控制器完成所有的基本操作，例如加速控制，节流和HPD。
在本说明书里，我们首先向你说明在不使用VCL的情况下，如何进行系统布线和性能特性的调整。
接下来，在第六节，我们向你介绍如何使用VCL调整系统性能。
第2章安装布线
2.1控制器安装
1234控制器略图和安装孔尺寸图如图2a所示，1236/1238如图2b所示。
控制器根据IP65对环境保护的要求，防尘防水。
话虽如此，为了防止内部腐蚀和接线路径的外露，安装控制器时要认真选择安装地点，安装地点越干净干燥越好。
建议把控制器安装在干净平整的金属表面附近。
热结合点可以用来改善控制器的导热功能。
图2a柯蒂斯1234电动机控制器安装尺寸图
在产品的设计和发展过程中，你需要采取几个行动来保证控制器的EMC性能符合应用规则，在附录B中，我们给出了建议。
1234/36/38包含ESD-sensitive组件。
在控制器的连接，断开和操作过程中，要采取适当的措施。
安装建议见附录B，安装过程中要防止控制器受到ESD损害。
图2b.36/38电动机控制器安装尺寸图
从事电气系统可能是危险的。
你必须保护自己不受失控操作，高电流弧和失气铅酸电池的伤害
失控操作---某些情况可能导致电动机运行失控。
在尝试电动机电路的所有工作之前，确保断开电动机的连接，抬起车辆，使车轮脱离地面。
高电流弧---电池可以提供非常高的功率输出，在短路的情况下就会产生电弧。
致力于电动机控制线路之前先打开电池电路。
戴上安全镜，使用正确的绝缘工具，防止短路。
铅酸电池---电池在充电和不充电的状态下，在电池周围都会产生氢气。
遵守电池产商的安全建议。
注意戴安全镜。
2.2强电流连接
控制器上有5个大电流终端，在控制器外壳上用B+,B-,U,V,和W标记出来。
2.31234接线片组装
控制器上有5个铝制的M6终端，接线片需要按以下步骤进行安装，使用M6螺栓正确衔接，安装固定。
1.把接线片放在铝制终端上面，垫上高负载安全垫圈，垫圈的型号应该是SCHNORR416320或者等价物；
2.如果一个终端表面使用了两个接线片，把他们叠起来；
3.束紧[TBD]组装。
2.41236/38接线片组装
控制器上有5个铝制的M6终端，接线片需要按以下步骤进行安装，使用M6螺栓正确衔接，安装固定。
1.把接线片放在铜制终端上面，垫上高负载安全垫圈，垫圈的型号应该是SCHNORR700800或者等价物；
2.如果一个终端表面使用了两个接线片，把他们叠起来，上面接线片携带最低电流；
3.束紧组装，力矩达到9.6±0.9N·m。
注意：
终端表面旋转角度为±5°。
2.5强电流配线建议：
所有型号
1.电池配线（B+，B-）
在电池和控制器之间，电池两条连线彼此接近连接。
使用高质量铜制垫片，观察额定转矩比率。
为了最大程度的减小噪声，连线不能经过控制器中心部分。
从电池B-端引出一个星形地，将所有的强电流控制器连在一起。
2.电动机配线
在连线经过电池和控制器之间时，电动机三相连线长度要一样，并且捆扎在一起。
连线长度尽可能越短越好。
使用高质量铜制垫片，观察额定转矩比率。
为了最大程度减小噪声，电动机连线不能经过控制器中心部分。
在应用中，为了达到排放物最少的效果，可以在电动机连线和控制器B-端放置一个防护罩。
电动机连线附近不能连接弱电流信号线路。
如果需要，必须以一个适当的角度穿过电动机连线，减少连接器噪音。
2.6．弱电流配线
所有的弱电流连线经过一个有35个引脚的AMPSEAL连接器进行连接。
连线插头外壳型号是AMPp/n776164连接器引脚型号是AMPp/n770520-3。
连接器可以连接带有直径1.7-2.7mm的薄壁绝缘型号为20-16AWG的连线。
35个引脚的含义标识见表2.
流线路配线建议
电动机编码器配线（31,32引脚）
四个编码器的所有连线在经过电池盒控制器之间时要捆扎在一起，可以和剩下的弱电流线束捆扎在一起。
编码器连线不能经过电动机线路。
在应用中，如果需要的话，屏蔽导线可以和屏蔽地一起使用连接到控制器一端7引脚。
在特殊应用中，可以使用共模滤波器。
CAN总线配线（21,23,34,35引脚）
建议CAN总线以双绞线的形式进行连接，但是，在125kBaud，大多数成功的应用中，CAN总线不是以双绞线的形式进行连接的。
简单的把CAN总线和其他的弱电流连线捆扎在一起。
CAN总线必须远离强电流线路，必要的话可以以一定的角度穿过。
其他的弱电流配线
剩余的弱电流线路需要根据实际规则进行配线。
在强电流线路旁配置弱电流线路总是不允许的。
2.7.控制器配线：
基本配置
基本配线图如图3所示：
在图中，油门和刹车用3线电位器表示，其他的油门和刹车输入端很容易布置，在接下来的油门配线中进行了讨论。
在图中，主接触器线圈配线根据EEC安全规范直接连接到控制器。
控制器可以采用编程的方式，检查接触器的焊接和焊点失踪故障，并且使用主接触器线圈驱动输出，断开电源，处理控制器和电动机的各种故障。
如果主接触器线圈不接到6引脚，在发生严重故障时，控制器就不能释放主接触器，这样整个系统就不符合EEC安全规范。
注意到基础布线图是为类属应用设计的，可能不适合个人设计的系统要求。
控制器的I/O口使用非常灵活，配线方便。
你也许会希望联系当地柯蒂斯代理商一起讨论特殊应用。
图3.柯蒂斯控制器1234/36/38基本连线图
当参数设置如下所示时，输出可以实现特殊功能。
在本说明书中，油门有两种意思：
一是指驱动油门；二是指驱动油门与刹车油门的总称。
不管油门是用于刹车还是加速，配线是一样的。
1234/36/38控制器可以配套各种各样的油门使用。
在1311编程器的编程菜单中根据各自的特点可以分为以下五种类型。
油门的两个输入端需要分开独立编程。
对电位器，控制器提供了完整的油门故障保护，符合所有应用的EEC安全规范。
对电压油门，控制器保护超出范围的滑动片数据，但是不检查布线方面的错误。
因此通过在车子上安装电压油门，OEM提供完整的油门故障保护。
油门类型1-3使用正反转输入，此外可通过油门输入定义油门指令。
油门类型4和5不使用正反转输入。
在接下来的章节中介绍最常见的油门布线，布线见插图。
如果没有介绍到你将要使用的油门布线，可以联系附近的柯蒂斯公司。
1.油门类型1
图4向我们展示了一种有两条连线的电阻式电位器。
如果在PotWiper和PotLow引脚之间测得的电阻值是0Ω，说明此刻收到全速前进请求。
图4.油门类型1接线
控制器检测从PotWiper（16或17引脚）经电阻式电位器流入PotLow（18引脚）的电流，提供断丝保护。
如果PotLow引脚输入电流低于0.65mA，会产生油门错误，这时速度请求自动降为0。
注意：
PotLow引脚绝对不能接地（B-）。
2.油门类型2
对于油门，控制器在滑动片输入端获取电压信号。
0V与0速度请求相对应，5V与全速请求相对应。
很多设备可以使用这种类型的油门输入，包括电压源油门，电流源油门，3端口油门和电子油门。
各种油门之间的接线只有一点不同，接线方式如图5所示。
并且提供了多种油门故障保护电路。
电压源油门由OEM提供油门故障保护。
对于使用参考地的0-5V油门，控制器检测滑动片输入端信号，可以提供开路故障保护但是不能提供全速故障保护。
电流源油门，在电路中必须增加一个电阻，将电流转换成电压，在电流范围内，电阻必须能将电流转换成0-5V之间可变的电压信号。
由OEM提供类似的油门故障保护。
图5.油门类型2接线
对于3端口电位器油门，根据EEC要求，控制器可以提供所有的故障保护。
端口采用分压器模式，由控制器提供电压和回路。
PotHigh提供电流限制端口电压在5V，PotLow提供电流回路。
这种油门的接线图如图3所示，用于驱动油门和刹车油门。
ET-XXX电子油门是仅用于驱动油门的典型油门。
ET-XXX没有内置的故障保护，而控制器也只提供开路保护，由OEM提供需要的剩下的油门故障保护。
3.油门类型3
2端口电阻式电位器，如图6所示。
当在PotWiper引脚和PotLow引脚之间测得5KΩ电阻时表示全速请求。
控制器检测从PotWiper（16或17引脚）经电阻式电位器流入PotLow（18引脚）的电流，提供断丝保护。
如果PotLow引脚输入电流低于0.65mA，会产生油门错误，这时速度请求自动降为0。
注意：
PotLow引脚绝对不能接地（B-）。
4.油门类型4
油门类型4以摇摆方式工作，几乎只用于驱动油门。
控制器的前进和后退输入不需要信号，由滑动片输入值确定方向。
只有0-5V电压源油门和3端口电位器可以用于类型4油门。
控制器与油门类型4的交换与油门类型2一样，如图5所示。
在PotWiper输入口I/O回流地之间，测得电压等于2.5时，表示滑动片处于0点位置。
当滑动片输入值增加时，控制器将提供增加的前进速度；当滑动片输入值减少时，控制器将提供增加的后退速度。
当使用3端口时，控制器提供所有的故障保护。
当使用电压源时，控制器提供滑动片输入端的开路保护，但是不能提供所有的故障保护。
5.油门类型5
油门类型5采用不同的方式发送油门命令给控制器。
这种类型的油门使用VCL确定输入到油门信号链的油门信号。
（见图13）通过VCL变量VCLThrottle和VCLBrake，这种油门类型既可以用于驱动油门也可以用于刹车油门。
VCL可以使用油门端口输入，开关量输入和CAN通信输入信息作为油门信号的信号来源。
关于这种油门类型，如果你有任何问题，可以联系附件的柯蒂斯人员。
设置油门类型是类型5，通过VCL工程，可以重新定义油门和刹车端口输入。
VCL与油门和刹车端口交互时使用的变量名是Throttle_PotOutput和Brake_PotOutput。
2.8输入输出信号规范
连接到35-引脚连接器的输入输出信号可以按以下方式进行分组，并讨论它们的---电气特性。
---数字量输入
---低功率输入
---高功率输入
---模拟量输入
---模拟量输出
---电能输出
---KSI和线圈回流输出
---油门和刹车输入
---通信端口输入/输出
---编码器输入
控制线可以作为数字量输入线。
通常“on”直接连接到B+端，“off”直接连到B-端。
输入口没有连线的话将拉低输入。
所有的数字量输入连线都要避免B+和B-短路。
其中9条输入线用来形成拉电流保证开关可靠连接，防止电流泄漏，产生错误信号。
剩下的数字量输入线与驱动输出线连接，注意它们的输入阻抗很高。
两个数字量输出线也可以用在数字量输入线，因此也包含在本组中。
24引脚和8引脚引出线也可以用在模拟量输入线，同样的也包括在模拟量输入一组。
1236/38的两条控制线可用作低功率数字量输出线。
它们是集电极开路驱动，只能灌电流，但不能成为它的来源，本意是用来驱动LED或驱动连接到5V或12V外部电源端的其他弱电流负载，参见电源输出组规范。
当输出口处于接通状态并且输出电压超过15V，故障保护将会切断那些输出口。
两条输出线都要避免短路B+和B-。
这两条线也可以用在数字量输入线，并且包括在数字量输入线一组中。
1234有7根控制线，而1236/38有5根控制线用作高功率输出驱动线。
其中的一个是放大驱动，可以工作在电流控制模式，驱动比例阀或类似的负载。
每一个输出都可以连续或者采用PWM方式调制电源平均电压。
这些输出本意是用来驱动感性负载例如接触器和电磁刹车；在没有超过额定峰值电流的情况下也可以用来驱动阻性负载。
输出线要避免短路B+和B-。
这几根线也可以用在数字量输入线，并且包括在数字量输入线一组中。
有两根控制线可用作模拟量输入线，两根输入线都有避免短路B+和B-。
这两根线也可以用在数字量输入线，并且包括在数字量输入线一组中。
有一根线可用作低功率模拟量输出线，本意是用来驱动仪表，例如电池充电指示灯。
输出有经过滤波的PWM信号产生，并且有大约1%的纹波。
0-5V阶跃的设定时间小于25ms，0-10V阶跃的设定时间小于30ms。
输出线要避免短路B+和B-。
这两根线用于给低功率电路提供辅助输出电源。
例如：
电子油门，LED指示灯，显示灯，位置编码器，远程I/O口。
I/O地是那些低功率设备的回流线。
两根电源输出线都要避免短路B+和B-。
KSI输入为所有的低功率控制线路，电力电容器预充电，电源输出，和高功率输出驱动提供电能。
VCL电池充电功能检测电池电源。
CoilReturn要接到接触器的电源正极，因此在PWM工作原理下，接触器的开关噪音可以被接触器内部吸收。
将KSI和CoilReturn连线分开是很重要的，这样可以保证反极性保护。
这两个输入接口独立编程，使用电压源油门，两端口电阻式油门或三端口电阻式油门。
电压源油门只需要PotWiper输入。
电阻式油门需要PotWiper和PotLow（两端口）或PotHigh,PotWiper,和PotLow（三端口）。
所有的油门I/O要避免短路B+和B-。
除了作为油门和刹车输入线，这两根线还可以用作模拟量输入线。
配置输入和其他信号一起使用需要VCL编程，见第6章。
独立CAN和串行端口可以提供完整的通信和编程能力为用户提供所有的控制器信息。
柯蒂斯1311手持编程器插入连接器连接到别引脚28和29，连同地和+12v电源；见图三所示布线图。
柯蒂斯840模型显示可以插进同一个4-引脚连接器。
把CANTermH引脚和CANTermL引脚连接起来可以提供一个120Ω、0.5W的本地CAN终止。
CANTermH引脚和CANTermL引脚之间连线要短，并且不能与任何外部连线连接。
两根控制线用于内部配置读取增量式位置编码器的值。
编码器的典型电压值是5V或12V，只要符合逻辑阀值要求，也可以使用外部电源。
第3章可编程参数
使用柯蒂斯1311手持编程器可以编程1234/36/38控制器的许多参数。
为了满足不同的特殊应用，可以修改编程参数。
关于编程器的操作信息，见附录C。
3.1编程菜单
可编程参数分组列表在嵌套层次菜单里，如表3所示：
3.1.1.电机响应调优
基于不同的应用，可以通过速度控制或转矩控制方法，对电机响应特性进行调优。
使用ControlModeSelect参数选择你需要使用的调优方式：
SpeedModeExpress是SpeedMode的简易方式，设置参数相比于SpeedMode要少，但是适用于大多数电机速度控制应用。
油门输入和电机速度输出相关联的应用可以采取SpeedModeExpress或者SpeedMode。
转矩输入和电机转矩输出相关联的应用可以采取TorqueMode。
注意：
你同时只能使用转矩控制和速度控制中的一种方式实现电机响应特性的调优。
例如，你已经选择SpeedModeExpress或SpeedMode作为调优模式，此时你再调整转矩控制参数，控制器虽然可以显示新的设定参数，但是对调优没有效果。
在调整所有的参数之前，我们强烈建议你阅读第5节内容，初始化设置。
尽管你选择保留默认设置参数，我们还是推荐你执行第五节介绍的设置步骤，设置您的应用的基础系统参数。
菜单表格中的单个参数按如下方式表示：
在每个控制模式下，电动机的最大速度都是可编程参数。
尽管选择的控制模式不同，但是电动机的最大速度都是受以下因素制约：
电动机极对数、电动机旋转一周脉动数、固件。
其中固件对限制电动机最大速度的影响最大。
1.电频率限制
控制器输出的最大电频率是300Hz。
为了确定电频率约束下电动机的最大旋转速度，可以采用以下等式进行计算：
MaxMotorRPM=36000/NumberofMotorPoles。
2.编码器脉动/旋转限制
控制器允许编码器的最大频率是10KHz。
为了确定在此约束条件下，电动机的最大旋转速度，可用以下等式进行计算：
MaxMotorRPM=600000/EncoderSize。
3.固件限制最大速度
控制器允许电动机的最大旋转速度是8000rpm。
采用上面三个约束关系确定电动机的最大旋转速度。
图7.响应速率图HS=70%,LS=30%,TypMaxSpd一5000rpm
图8.空挡制动（转矩控制模式）
图9.齿轮软化参数的影响（转矩控制模式）
图10.制动辊速度参数影响
图11.驱动电路限制图
图12.再生电路限制图
注意：
油门调整的四个参数：
Deadband，Map，Max，Offset。
在油门命令里使用原油门电压，如图13所示。
图13.油门参数调整影响示意图（Deadband=O.5V，Max=4.5V，Offset=0）
BDI算法
KSI不管在什么时候接通，BDI算法持续估计电池充电状态。
BDI算法的结果是变量:
BDIPercentage，可以在1311显示菜单Battery里看到。
KSI关闭的时候，当前的BDIPercentage值将保存在非易失性存储器里。
每个单元的标准电压值如下：
对于你使用的电池类型，使用那些标准参数设置复位，满状态，空状态单元电压值参数的初始值。
克隆
编程器一旦将预期设定编程好，那些参数就可以传输到其他的控制器里。
只有在同一型号的控制器和同一版本的软件之间才能进行克隆。
为了实现克隆功能，把1311编程器插入控制器里，向下滚动到功能菜单，功能菜单里只包含设定这一子项。
选择"Getsettingsfromcontroller"，即可把设定好的参数复制到编程器里。
把编程器插入你想要复制设定的控制器里，选择"Writesettingstocontroller"即可。
第4章监控菜单（a）
控制器信息菜单（b）
下面菜单说明了控制器硬件和软件的ID和版本号码。
第5章初始设置
柯蒂斯1234/36/38控制器广泛使用于各种各样，不同性能的车载系统。
在驱动车载之前，认真按照初始设置步骤进行设置，确保控制器设置与您的应用相兼容是很有必要的。
首先，你需要联系柯蒂斯。
联系柯蒂斯：
在您使用控制器之前，控制器应用和电动机缺省参数设置必须特别匹配您的应用。
可以通过以下几个方法实现：
1.把电动机发送给我们，由我们进行调整；
2.向我们寻求指导后，自己进行鉴定测试；
3.向电动机生产商咨询必要信息，再与我们进行商讨。
控制器的缺省参数设置好后，你就可以开始执行设置步骤。
首先，架起车辆直到车轮离开地面，确保车轮能够自由转动。
再一次检查所有的配线是否按照第2章介绍的配线指导进行安装的，确保所有连接点正确。
接通控制器并插入1311编程器。
5.1电动机编码器（见53页）
正确设定编码器的步进参数。
5.2电动机温度传感器（见54页）
根据先前定义的传感器类型（1-5）设定传感器的类型参数。
特别的，当您的温度传感器是热敏式电阻传感器时，它的模拟信号接口2（引脚8）要接地（引脚7），如19页所述。
检测参数设置和电动机热敏电阻连接是否满足适当的电机温度变化范围，参考1311的监视器电动机菜单（67页）项的温度值。
在电动机运行足够的时间后，确认电动机温度在已知范围内。
如果1311不能正确显示电动机温度，向柯蒂斯工程师寻求帮助。
在不能正确显示电动机温度或者没有电动机温度传感器的情况下，必须把SensorEnable设定为OFF状态才能继续设置步骤。
如果1311能正确显示电动机温度，按步骤进行操作，并设置SensorEnable,TemperatureHot,和TemperatureMax参数。
5.3限电流保护（见40页）
驱动器，再发器，刹车，EMR和互锁设备的参数是按控制器满额定电流的百分比进行设置的。
控制器的满额定电流可以在标签上看到，根据您的期望值设定以上5个器件的电流上限参数。
5.4电池（见55页）
设置符合您系统标称电池电压的标称电压参数。
5.5主接触器（见48页）
在主接触器菜单设置相关参数。
5.6EM刹车（见46-47页）
在EMBrakeMenu设置相关参数。
5.7油门（见13-17,43-44页）
在设置油门之前，必须确认互锁处于关断状态，阅读显示器输入菜单互锁值说明部分。
（见64页）如果1311显示互锁处于接通状态，回顾一下，您是怎么设定互锁类型参数的，关断互锁，并确认1311显示互锁状态处于关断状态。
在继续设定步骤之前，遇到关于互锁设备的任何问题，您可以联系柯蒂斯工程师寻求帮助。
一旦您确定了互锁处于关断状态，您就可以设定油门输入参数。
油门类型参数必须依据油门类型1-5和配线方式进行设定。
（13-17页）调整ForwardDeadband,ForwardMax,ReverseDeadband和ReverseMax参数符合您的油门范围。
ThrottlePot值参见显示器输入菜单（见64页）。
关于正向和反向方向设定,当油门的电压在中间位置时,查看当前节点显示的油门节点电压并观察恰好在满油门之前该方向上的死区值和最大设定值。
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