一种攀爬助力控制方法、系统及变频器的制造方法
【专利摘要】本发明实施例公开了一种攀爬助力控制方法、系统及变频器，用于实现自动识别攀爬人员的运动方向，能够减少攀爬助力控制系统的成本。本发明实施例方法包括：所述变频器控制所述电机的三相定子绕组产生交流电压，在所述电机气隙内产生交替作用的正向旋转磁场和反向旋转磁场，且所述电机保持静止状态；所述变频器获取所述电机在所述正向旋转磁场和反向旋转磁场作用下的初始功率因数角；所述变频器获取所述电机的当前功率因数角；所述变频器根据所述当前功率因数角和所述初始功率因数角，确定攀爬人员的运动方向；根据所述攀爬人员的运动方向，所述变频器控制所述电机提供提升力矩。
【专利说明】一种攀爬助力控制方法、系统及变频器
【技术领域】
[0001]本发明涉及自动化控制【技术领域】，具体涉及一种攀爬助力控制方法、系统及变频器。
【背景技术】
[0002]在需要进行垂直攀爬的工作场合，攀爬人员需要克服自身重力不断做功，才能进行向上和向下运动，当攀爬时间较长时，需要耗费大量的体力。因此，攀爬助力系统应运而生，如风塔助力梯系统，电机固定在助力梯底部，电机带动线缆转动，线缆通过固定在助力梯顶部的定滑轮实现上下移动，攀爬人员在爬梯登高时，其安全设备上的卡扣与线缆相连，电机驱动与攀爬人员安全装备上卡扣相连的线缆，给攀爬人员提供提升力来实现减重爬梯功能。
[0003]攀爬人员在向上和向下运动的过程中，其所需电机提供的力矩是不同的，因此系统会根据攀爬人员的运动方向控制电机为其提供不同的力矩。现有技术中攀爬助力系统的一种实现方案为:在攀爬助力控制系统中通过安装传感器以检测攀爬人员的运动方向。另一种实现方案为攀爬助力控制系统直接采用速度控制模式驱动电机运行，所述电机按照可调的预设速度运转，并通过设置电机的转矩上限值来限制提升力矩。
[0004]本发明技术人员发现上述方案具有如下缺点:
[0005](I)方案一的攀爬助力系统的成本较高，经发明人认真分析得知，造成其成本高的主要原因为上述助力系统中安装了用于方向检测的传感器，而且安装上述传感器后还会导致系统方案复杂，进而增加故障点，系统可靠性低。
[0006](2)方案二的攀爬助力系统的攀爬体验、舒适感较差，经发明人认真分析得知，造成上述缺陷的原因为:采用速度控制时，在攀爬过程中，要求攀爬人员的爬升或下降的速度与变频器预设的电机的速度保持一致，但是实际操作中可知，攀爬人员的爬升或下降的速度不可能是恒定的，这样会导致电机的提升力矩不断改变，提升力矩忽大或忽小，使攀爬人员的体验、舒适感差。
【发明内容】
[0007]针对上述缺陷，本发明实施例提供了一种攀爬助力控制方法、系统及变频器，用于实现自动识别攀爬人员的运动方向，能够减少攀爬助力控制系统的成本。
[0008]本发明第一方面提供了一种攀爬助力控制方法，应用于攀爬助力控制系统，所述攀爬助力控制系统包括变频器以及由所述变频器驱动的电机，可包括:
[0009]所述变频器控制所述电机的三相定子绕组产生交流电压，在所述电机气隙内产生交替作用的正向旋转磁场和反向旋转磁场，且所述电机保持静止状态；
[0010]所述变频器获取所述电机在所述正向旋转磁场和反向旋转磁场作用下的初始功率因数角；
[0011]所述变频器获取所述电机的当前功率因数角；
[0012]所述变频器根据所述当前功率因数角和所述初始功率因数角，确定攀爬人员的运动方向；
[0013]根据所述攀爬人员的运动方向，所述变频器控制所述电机提供提升力矩。
[0014]本发明第二方面提供了一种变频器，所述变频器用于驱动电机，可包括:
[0015]控制单元，用于控制所述电机的三相定子绕组产生交流电压，在所述电机气隙内产生交替作用的正向旋转磁场和反向旋转磁场，且所述电机保持静止状态；
[0016]获取单元，用于获取所述电机在所述正向旋转磁场和反向旋转磁场作用下的初始功率因数角，并获取所述电机的当前功率因数角；
[0017]确定单元，用于根据所述当前功率因数角和所述初始功率因数角，确定攀爬人员的运动方向；
[0018]调节单元，用于根据所述确定单元确定出的运动方向，控制所述电机提供提升力矩。
[0019]本发明第三方面提供了一种攀爬助力控制系统，可包括上述第二方面提供的变频器，以及该变频器驱动的电机。
[0020]从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点:
[0021]本发明实施例中变频器控制电机的三相定子绕组产生了低频交流电源，能够使得电机在气隙内产生交替作用的正向旋转磁场和反向旋转磁场，且此时电机处于静止状态，变频器获取电机在该正向旋转磁场和反向旋转磁场时的初始功率因数角，然后在交替的正向旋转磁场和反向旋转磁场中，实时获取电机的当前功率因数角，然后根据当前功率因数角和初始功率因数角，确定攀爬人员的运动方向，从而控制电机提供提升力矩，而不需要在变频器中增加方向检测的传感器，减少系统成本，使系统方案更加简单、故障点减少，且系统可靠性更高。另外，本发明实施例在确定攀爬人员的运动方向后采用转矩控制方式控制电机提供提升力矩，是通过获取外部输入的力矩调节信号，控制电机提供力矩调节信号对应的提升力矩，那么在获取到该力矩调节信号时，直至获取到下一个输入的力矩调节信号的期间内，所提供的提升力矩是固定的，只有在获取到输入的力矩调节信号时才改变提升力矩，提闻用户体验感。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1为本发明实施例提供的攀爬助力控制方法的流程示意图；
[0024]图2a为本发明另一实施例提供的攀爬助力控制方法的流程示意图；
[0025]图2b为本发明实施例提供的攀爬助力控制方法的应用示意图；
[0026]图2c为本发明另一实施例提供的攀爬助力控制方法的应用示意图；
[0027]图3为本发明实施例提供的变频器的结构示意图；
[0028]图4为本发明另一实施例提供的变频器的结构示意图；
[0029]图5为本发明另一实施例提供的变频器的结构示意图；
[0030]图6为本发明另一实施例提供的变频器的结构示意图；
[0031]图7为本发明实施例提供的攀爬助力控制系统的结构示意图；
[0032]图8为本发明实施例提供的风塔助力梯系统的应用示意图。
【具体实施方式】
[0033]下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0034]本发明实施例提供了一种攀爬助力控制方法，能够减少系统成本。同时，本发明实施例还提供了一种攀爬助力控制系统及变频器。下面将以具体实施例，对本发明进行详细介绍。
[0035]如图1所示，本发明实施例提供了一种攀爬助力控制方法，应用于攀爬助力控制系统，可包括:
[0036]步骤101、所述变频器控制所述电机的三相定子绕组产生交流电压，在所述电机气隙内产生交替作用的正向旋转磁场和反向旋转磁场，且所述电机保持静止状态；
[0037]在攀爬助力控制系统上电后，通过变频器控制电机的三相定子绕组产生一定频率的交流电压，所述交流电压的频率和幅值可以调节。由于上述交流电压很低，不足以克服系统的阻力，而使电机的转轴不运转，即电机保持静止状态。所述保持静止状态的电机在气隙内形成旋转磁场，具体地，分别在电机气隙内产生持续的交替作用的正向旋转磁场和反向旋转磁场。上述电机气隙内产生持续的交替作用的正向旋转磁场和反向旋转磁场且电机的转轴保持不运转的状态为变频器的待机状态。
[0038]本发明实施例中提供的电机是电动机。
[0039]步骤102、所述变频器获取所述电机在所述正向旋转磁场和反向旋转磁场的初始功率因数角；
[0040]在系统上电后，变频器控制电机的三相定子绕组产生一定频率的交流电源，在气隙内产生交替作用的正向旋转磁场和反向旋转磁场，并且在产生正向旋转磁场和反向旋转磁场时计算初始功率因数角，然后保存计算得到的初始功率因数角。
[0041]上述初始功率因数角具体是在正向旋转磁场作用下的初始正向功率因数角，以及在反向旋转磁场作用下的初始反向功率因数角。
[0042]具体地,上述计算初始正向功率因数角包括:
[0043]在所述电机产生正向旋转磁场时，所述变频器根据所述电机的电流向量和电压向量，计算所述静止状态电机的初始功率因数角，得到初始正向功率因数角。
[0044]上述计算初始反向功率因数角包括:
[0045]在所述电机产生反向旋转磁场时，所述变频器根据所述电机的电流向量和电压向量，计算所述静止状态电机的初始反向功率因数角。
[0046]具体地，可以在第一次产生正向旋转磁场时计算所述初始正向功率因数角，在第一次产生反向旋转磁场时计算所述初始反向功率因数角。
[0047]步骤103、所述变频器获取所述电机的当前功率因数角；
[0048]本发明中，实现攀爬人员运动方向检测的方法不是采用传感器，而是通过判断电机在正向旋转磁场和反旋转磁场作用下功率因数角的变化量是否大于预设阀值获得运动方向的，因此除了前述的计算电机在所述正向旋转磁场和反向旋转磁场作用下的初始功率因数角外，还需要实时获取电机的当前功率因数角。
[0049]在上述正向旋转磁场和反向旋转磁场的交替作用过程中，实时获取电机的当前功率因数角，同时，还要获取保存的初始正向功率因数角和初始反向功率因数角。
[0050]可以理解的是，实时获取到的当前功率因数角，可能是对应正向旋转磁场的功率因数角，也可能是对应反向旋转磁场的功率因数角。
[0051]需要说明的是，上述步骤102和步骤103的执行顺序可以相反，在执行步骤103后再执行步骤102。当然，若是在正向旋转磁场中实时计算到的当前功率因数角，那么可以从保存的初始功率因数角中获取初始正向功率因数角，若是在反向旋转磁场中实时计算到的当前功率因数角，那么可以从保存的初始功率因数角中获取初始正向功率因数角。
[0052]步骤104、所述变频器根据所述当前功率因数角和所述初始功率因数角，确定攀爬人员的运动方向；
[0053]需要说明的是，攀爬助力控制系统中攀爬人员的运动方向包括上升方向或者下降方向，电机的运动方向包括正转和反转，相应地，若电机的正转方向对应攀爬人员的上升方向，则电机的反转方向对应攀爬人员的下降方向，或者若电机的正转方向对应攀爬人员的下降方向，则电机的反转方向对应攀爬人员的上升方向。优选攀爬人员的上升方向对应电机的正转方向，对应的，攀爬人员的下降方向对应电机的反转方向。通过配置，可以使电机上电后的默认状态是:如电机的正转方向，设置为攀爬人员的上升方向，反之，电机的反转方向对应攀爬人员的下降方向。
[0054]步骤105、根据所述攀爬人员的运动方向，所述变频器控制所述电机提供提升力矩。
[0055]本发明实施例中，在确定了攀爬人员的运动方向后，即进入了提升力矩的调节过程，此时，将退出待机状态，而控制电机为攀爬人员提供相应的提升力矩。
[0056]本发明实施例中变频器控制电机的三相定子绕组产生了一定频率的交流电压，能够使得电机在气隙内产生交替作用的正向旋转磁场和反向旋转磁场，且此时电机保持静止状态，变频器获取电机在该正向旋转磁场和反向旋转磁场时的初始功率因数角，然后在交替的正向旋转磁场和反向旋转磁场中，实时获取电机的当前功率因数角，然后根据当前功率因数角和初始功率因数角，确定攀爬人员的运动方向，从而控制电机提供提升力矩，从而可以控制电机根据运动方向提供相应的提升力矩，而不需要在攀爬助力控制系统中增加方向检测的传感器，可以减少系统成本，且提高用户体验感；在现有技术中，传感器的存在除了成本高以外，还使系统方案复杂，增加故障点，使其可靠性低；本发明提供的攀爬助力控制方法无需用于方向检测的传感器，使系统方案更加简单、故障点减少，且系统可靠性更闻。
[0057]上述初始正向功率因数角具体是根据正向旋转磁场中电机的电流向量与电压向量的关系计算得到，同样地，上述初始反向功率因数角具体是根据反向旋转磁场中电机的电流向量与电压向量的关系计算得到，计算方式为现有技术，在此不再赘述。
[0058]如图2a所示，下面将进一步对上述实施例进行说明，一种攀爬助力控制方法，可包括:
[0059]步骤201、所述变频器控制所述电机的三相定子绕组产生交流电压，在所述电机气隙内产生交替作用的正向旋转磁场和反向旋转磁场，且所述电机处于静止状态；
[0060]步骤201与步骤101相同，在此不再赘述。
[0061]步骤202、所述变频器获取所述电机在所述正向旋转磁场的初始正向功率因数角，以及在所述反向旋转磁场的初始反向功率因数角；
[0062]请参阅上述步骤102的说明，在此不再赘述。
[0063]步骤203、所述变频器根据所述电机的当前电流向量和当前电压向量，计算所述电机的当前功率因数角；
[0064]当前功率因数角可以根据电机的当前电流向量和当前电压向量计算得到，计算方式与上述计算初始正向功率因数角和反向功率因数角相同，同属现有技术，在此不再赘述。
[0065]步骤204、所述变频器计算所述当前功率因数角与初始功率因数角的变化量；
[0066]当所述当前功率因数角是在所述电机正向旋转磁场计算的，计算所述当前功率因数角与所述初始正向功率因数角的变化量；当所述当前功率因数角是在所述电机反向旋转磁场计算的，计算所述当前功率因数角与所述初始反向功率因数角的变化量。
[0067]步骤205、所述变频器判断所述变化量是否大于或等于预设阀值；
[0068]在本发明实施例中设定了一个功率因数角变化量的预设阀值，该预设阀值在最低程度上体现出攀爬人员处于上升或下降的运动当中。具体地，通过多次观察攀爬人员在静止不动时的功率因数角的变化情况，得到Ml个静止不动时的功率因数角变化量，和多次观察攀爬人员在正常攀爬时的功率因数角变化情况，得到M2个正常攀爬时的功率因数角变化量，然后从Ml个静止不动的功率因数角中选出最大值，设为Wl大，从M2个正常攀爬时的功率因数角中选出最小值，设为W2 +，设定一个小于W2+且大于Wl ±的合理值，该合理值则选取为功率因数角变化量的预设阀值，例如，可以取[25% W2/>;50% W2 + ]作为预设阀值的范围，当然，25% W2小大于Wl大。
[0069]在大于或等于该预设阀值时，向步骤206 ;若否，则返回步骤201。
[0070]步骤206、所述变频器确定攀爬人员的运动方向为所述电机的当前旋转磁场对应的运动方向；
[0071]需要说明的是，所述电机的旋转磁场的正向和反向与所述电机的正转和反转相对应，具体为，所述电机的正向旋转磁场对应电机的正转，所述电机的反向旋转磁场对应电机的反转。结合前述步骤104中介绍，可知电机的正向旋转磁场可以对应攀爬人员的上升或下降，与之对应的，电机的反向旋转磁场可以对应攀爬人员的下降或上升。
[0072]本申请中采用待机状态时正向和反向旋转磁场交替作用以辨识攀爬人员的运动方向。只有当攀爬人员的实际运动方向与旋转磁场的方向一致时，变频器才能辨识出攀爬人员的运动方向。例如，若正向旋转磁场作用时对应攀爬人员的上升方向，且攀爬人员的实际运动方向为向上，则只有在正向旋转磁场作用期间功率因数角的变化量才会大于或等于预设阀值，即只有在正向旋转磁场作用期间才能辨识出攀爬人员的运动方向为上升；而在反向旋转磁场作用期间或无旋转磁场作用时，攀爬人员的上升运动并不会使功率因数角的变化量达到预设阀值。同理，反之亦然。具体如图2b所示，M2为电机待机状态下识别攀爬人员运动方向时功率因数角变化量的变化图，且正向旋转磁场作用时对应攀爬人员的上升方向；M1为电机电压频率图，其中a表不电机在正向旋转磁场作用期间，b表不电机在反向旋转磁场作用期间，c表示电机在无旋转磁场作用期间；t时刻攀爬人员向上运动。由图2b可知，只有在正向旋转磁场作用时，功率因数角变化量才较大，反向旋转磁场作用期间或无旋转磁场作用时功率因数角变化量基本为零。
[0073]具体地，正向或反向旋转磁场作用时功率因数角发生变化，即功率因数角的变化量大于或等于预设阀值，则判断出攀爬人员的运动方向对应当前正向或反向旋转磁场作用下的攀爬人员的升降方向。例如，根据上述设定，若正向旋转磁场作用对应攀爬人员的上升方向，则若在正向旋转磁场作用时功率因数角的变化量大于或等于预设阀值，则判断出攀爬人员的运动方向为上升方向，或若在反向旋转磁场作用时功率因数角的变化量大于或等于预设阀值，则判断出攀爬人员的运动方向为下降方向；反之，若正向旋转磁场作用对应攀爬人员的下降方向，则若在反向旋转磁场时功率因数角的变化量大于或等于预设阀值，则判断出攀爬人员的运动方向为上升方向；或若在正向旋转磁场作用时功率因数角的变化量大于或等于预设阀值，则判断出攀爬人员的运动方向为下降方向。举例来说，如图2c所示，为攀爬人员在攀爬上升方向持续攀爬时的测试情况，且设定攀爬上升方向对应正向旋转磁场，攀爬人员在Tl时刻开始向上运动，其中，Al为电机电压频率图，A2为电机功率因数角变化量的变化图，A3为变频器控制电机的状态图，al为反向旋转磁场，bl为正向旋转磁场。在T2时刻之前，此时电机处于待机状态，变频器还没有控制电机，功率因数角几乎不变。由于Tl?T2时刻之间旋转磁场的方向与攀爬人员的攀爬方向相反，功率因数角也几乎不变，在这个时候还无法识别攀爬人员的运动方向。在T2时刻，正向旋转磁场作用期间电机的功率因数角发生了变化，且功率因数角变化量大于或等于预设阀值，进而判断出攀爬人员的攀爬方向为攀爬上升方向，同时，在T2时刻，变频器控制电机进入转矩控制状态为攀爬人员提供相应的提升力矩。
[0074]步骤207、所述变频器获取力矩调节信号，所述变频器以转矩控制方式控制所述电机提供提升力矩。
[0075]本发明实施例中，在确定了攀爬人员的运动方向后，即进入了提升力矩的调节过程，此时，将退出待机状态，而控制电机为攀爬人员提供相应的提升力矩。
[0076]其中，变频器控制电机提供提升力矩。例如，若检测到攀爬人员的运动方向为上升方向，根据运动学方程，此时变频器可控制电机为攀爬人员提供一个向上的比其自身重力略大的提升力矩。若检测到攀爬人员的运动方向为下降，根据运动学方程，此时变频器可控制电机为攀爬人员提供一个向上的比其自身重力略小即可省力。在变频器控制电机提升攀爬人员时，所述电机产生的力矩是恒定的，但是所述力矩可以预先通过变频器上的力矩调节按钮来调节。
[0077]本发明实施例中，变频器控制电机的三相定子绕组产生了一定频率的交流电源，能够使得电机在气隙内产生交替作用的正向旋转磁场和反向旋转磁场，且此时电机保持静止状态，变频器获取电机在该正向旋转磁场的初始正向功率因数角，和反向旋转磁场时的初始反向功率因数角，然后在交替的正向旋转磁场和反向旋转磁场中，实时获取电机的当前功率因数角，该当前功率因数角若是在正向旋转磁场中计算的，则计算当前功率因数角与初始正向功率因数角之间的变化量，若该当前功率因数角是在反向旋转磁场中计算的，则计算当前功率因数角与初始反向功率因数角之间的变化量，若计算得到的变化量大于或等于预设阀值，则确定攀爬人员的攀爬方向为当前旋转磁场对应的运动方向，从而可以控制电机根据运动方向提供相应的提升力矩，而不需要在攀爬助力控制系统中增加方向检测的传感器，可以减少系统成本，且在本发明实施例中，以转矩控制方式控制电机，是通过获取外部输入的力矩调节信号，控制电机提供力矩调节信号对应的提升力矩，那么在获取到该力矩调节信号时，直至获取到下一个输入的力矩调节信号的期间内，所提供的提升力矩是固定的，提高用户体验感；在现有技术中，传感器的存在除了成本高以外，还使系统方案复杂，增加故障点，使其可靠性低；本发明提供的攀爬助力控制方法无需用于方向检测的传感器，使系统方案更加简单、故障点减少，且系统可靠性更高。
[0078]在一种【具体实施方式】中，上述步骤207具体包括:
[0079]变频器获取力矩调节按钮所指示的设定值，然后控制电机提供该设定值所指示的力矩。
[0080]所述力矩调节按钮可以设置于变频器上或系统的其他控制设备上。用户可以通过调节该力矩调节按钮设定提升力矩，然后在变频器检测到攀爬人员的运动方向后，根据获取到力矩调节按钮的设定值，控制电机提供相应的力矩。
[0081]所述变频器还可以识别攀爬人员是否处于静止状态，在变频器控制电机提供提升力矩的过程中，变频器若检测到电机在某时间段内的运行频率小于或等于第一参考频率时，则可以确定电机进入堵转状态，此时，变频器停止转矩控制并进入待机状态。
[0082]所述变频器还可以识别系统故障，若检测到电机在某时段内运行频率大于或等于第二参考频率，则判定所述系统工作异常，如电机与线缆间打滑，变频器停止转矩控制并进入待机状态。
[0083]其中，所述第二参考频率大于第一参考频率，在本发明实施例中提供一种具体的判断方式来判断攀爬人员是否处于静止状态，即通过判断电机的当前运行频率是否小于或等于第一参考频率。其中，第一参考频率是通过多次实验获取得到，通过多次获取攀爬人员处于静止状态时电机的运行频率和正常攀爬时电机的运行频率，然后从静止状态时电机的运行频率中获取最大值，设为F1，从正常攀爬时电机的运行频率中获取最小值，设为F2，然后可以取Fl和F2之间的中间值作为第一参考频率，当然，还可以是Fl和F2之间的其它值，在此不作限定。
[0084]相似的，第二参考频率也可以通过多次实验获取得到，即通过多次获取系统异常时的运行频率和系统正常时攀爬人员快速攀爬时电机的运行频率，然后从系统异常时的运行频率获取最小值，设为Π，从系统正常时攀爬人员快速攀爬时电机的运行频率中获取最大值，设为f2，然后取一个运行频率值f作为第二参考频率值，该f小于或等于Π，且大于f20
[0085]如图3所示，本发明实施例还提供了一种攀爬助力控制方法对应的变频器300，可包括:
[0086]控制单元310，用于控制所述电机的三相定子绕组产生交流电压，在所述电机气隙内产生交替作用的正向旋转磁场和反向旋转磁场，且所述电机保持静止状态；
[0087]获取单元320，用于获取所述电机在所述正向旋转磁场或反向旋转磁场的初始功率因数角，并获取所述电机的当前功率因数角；
[0088]确定单元330，用于根据所述当前功率因数角和所述初始功率因数角，确定攀爬人员的运动方向；
[0089]调节单元340，用于根据所述确定单元330确定出的运动方向，控制所述电机提供提升力矩。
[0090]本发明实施例中变频器的控制单元310控制电机的三相定子绕组产生了低频交流电源，能够使得电机在气隙内产生交替作用的正向旋转磁场和反向旋转磁场，且此时电机处于静止状态，获取单元320获取电机在该正向旋转磁场和反向旋转磁场时的初始功率因数角，然后在交替的正向旋转磁场和反向旋转磁场中，实时获取电机的当前功率因数角，然后确定单元330根据当前功率因数角和初始功率因数角，确定攀爬人员的运动方向，之后，调节单元340控制电机提供提升力矩，从而可以控制电机根据运动方向提供相应的提升力矩，而不需要在攀爬助力控制系统中增加方向检测的传感器，可以减少系统成本，且提高用户体验感；在现有技术中，传感器的存在除了成本高以外，还使系统方案复杂，增加故障点，使其可靠性低；本发明提供的攀爬助力控制方法无需用于方向检测的传感器，使系统方案更加简单、故障点减少，且系统可靠性更高。
[0091 ] 在一个可实施的方式中，上述获取单元320具体用于根据所述电机的当前电流向量和当前电压向量，计算所述电机的当前功率因数角。
[0092]如图4所示，本发明实施例提供的变频器还包括第一计算单元410 ；
[0093]其中，上述第一计算单元410用于计算所述电机在所述正向旋转磁场和反向旋转磁场作用下的初始功率因数角。
[0094]具体地，上述第一计算单元410，用于在所述电机产生正向旋转磁场时，根据所述电机的电流向量和电压向量，计算所述静止状态电机的初始功率因数角，得到初始正向功率因数角；
[0095]和，上述第一计算单元410，用于在所述电机产生反向旋转磁场时，根据所述电机的电流向量和电压向量，计算所述静止状态电机的初始反向功率因数角。
[0096]在一个可实施的方式中，如图5所示，上述确定单元330具体包括:
[0097]第二计算单元510，用于计算所述当前功率因数角与所述初始功率因数角的变化量;
[0098]第二判断单元520，用于判断所述第二计算单元计算得到的变化量是否大于或等于预设阀值；
[0099]第二确定单元530，用于在所述第二判断单元判断所述第二计算单元计算得到的变化量大于或等于预设阀值时，确定攀爬人员的运动方向为所述电机的当前旋转磁场对应的运动方向。
[0100]进一步地,上述第二计算单元510具体用于,在所述电机的正向旋转磁场期间，计算所述当前功率因数角与所述电机的初始正向功率因数角的变化量的变化量；或，在所述电机的反向旋转磁场期间，计算所述当前功率因数角与所述电机的初始反向功率因数角的变化量。
[0101]在一个可实施的方式中，上述调节单元340具体用于，所述调节单元具体用于获取力矩调节信号，以转矩控制方式控制所述电机提供所述力矩调节信号对应的提升力矩。
[0102]在本发明实施例中，以转矩控制方式控制电机提供提升力矩，是通过获取外部输入的力矩调节信号，控制电机提供力矩调节信号对应的提升力矩，那么在获取到该力矩调节信号时，直至获取到下一个输入的力矩调节信号的期间内，所提供的提升力矩是固定的，提闻用户体验。
[0103]在一个实施例中，变频器获取力矩调节按钮所指示的设定值，然后控制电机提供该设定值所指示的力矩。
[0104]可以理解的是，力矩调节按钮可以设置于变频器上或系统的其他控制设备上。用户可以通过调节该力矩调节按钮设定提升力矩，然后在变频器检测到攀爬人员的运动方向后，根据获取到的力矩调节按钮的设定值，控制电机提供相应的力矩。
[0105]如图6所示，上述变频器300还包括检测单元600，用于在控制所述电机提供提升力矩的过程中，若检测到所述电机的运行频率小于或等于第一参考频率，控制所述电机进入待机状态；和/或，若检测到所述电机的运行频率大于或等于第二参考频率，控制所述电机进入待机状态，所述第二参考频率大于第一参考频率。
[0106]如图7所示，本实施例还提供了一种攀爬助力控制系统700，包括上述变频器300，以及所述变频器300驱动的电机710。
[0107]在一个可实施的方式中，上述攀爬助力控制系统700还包括用于攀爬人员攀爬升降的攀爬装置、第一导向轮、第二导向轮、线缆；
[0108]所述电机设置于所述攀爬装置底部，所述第一导向轮固定在所述电机的转轴上，所述第二导向轮设置于所述攀爬装置顶部，所述第一导向轮与所述第二导向轮带动线缆做上升或下降转动；
[0109]在进行攀爬过程中，攀爬人员可以利用安全装备可拆卸地固定于所述线缆上，从而依靠电机的提升力矩来进行省力攀爬。
[0110]其中，第一导向轮在电机的转轴的带动下转动，并驱使线缆上升或下降，从而带动第二导向轮相应地转动。
[0111]本发明实施例中提供的攀爬装置可以是爬梯或者是其它可以提供给攀爬人员进行攀爬的装置，在此不作限定。
[0112]优选地，上述线缆可以是钢丝绳。
[0113]优选地，攀爬人员可以通过卡扣将其安全装备固定在线缆上。在变频器处于待机状态时，所述攀爬人员的运动会带动线缆作相应地运动。
[0114]在一个具体应用场景中，上述攀爬助力控制系统可以是风塔助力梯系统，或者是其它攀爬助力系统。如图8所示，300为变频器，710为电机，810a为第一导向轮，810b为第二导向轮，820为助力梯，830为线缆，840为攀爬人员。在该风塔助力梯系统中，将变频器300和电机710置于助力梯的底部，第一导向轮810a在助力梯820底部，第二导向轮810b在助力梯820顶部，电机710通过第一导向轮810a带动线缆830上升或下降。
[0115]攀爬人员通过穿上安全装备，通过可以通过卡扣固定在线缆830上。进而由电机710提供攀爬助力。其中，电机710三相定子绕组提供低频交流电压，变频器300上设置有助力按钮，通过助力按钮调节助力功能处于有效和无效状态，且在变频器300上还设置有提升力矩的力矩调节按钮，通过设置力矩调节按钮设置力矩，进而在确定攀爬人员的运动方向后，变频器300控制获取调节按钮的设定值，然后控制电机610提供该设定值对应的提升力矩。
[0116]当然，本发明实施例提供的攀爬助力控制系统具体可以是上述风塔助力梯系统，还可以是其它适合使用本发明攀爬助力控制装置的场合，在此不作限定。
[0117]本发明实施例中变频器控制电机的三相定子绕组产生了低频交流电源，能够使得电机在气隙内产生交替作用的正向旋转磁场和反向旋转磁场，且此时电机处于静止状态，变频器获取电机在该正向旋转磁场和反向旋转磁场时的初始功率因数角，然后在交替的正向旋转磁场和反向旋转磁场中，实时获取电机的当前功率因数角，然后根据当前功率因数角和初始功率因数角，确定攀爬人员的运动方向，从而控制电机调节提升力矩，从而可以控制电机提供相应的提升力矩，减少系统成本，且提闻用户体验感。
[0118]在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
[0119]所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0120]在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0121]所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0122]另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0123]所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM, Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0124]以上对本发明所提供的一种攀爬助力控制方法、系统及变频器进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在【具体实施方式】及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
【权利要求】
1.一种攀爬助力控制方法，应用于攀爬助力控制系统，所述攀爬助力控制系统包括变频器以及由所述变频器驱动的电机，其特征在于，包括: 所述变频器控制所述电机的三相定子绕组产生交流电压，在所述电机气隙内产生交替作用的正向旋转磁场和反向旋转磁场，且所述电机保持静止状态； 所述变频器获取所述电机在所述正向旋转磁场和反向旋转磁场作用下的初始功率因数角； 所述变频器获取所述电机的当前功率因数角； 所述变频器根据所述当前功率因数角和所述初始功率因数角，确定攀爬人员的运动方向； 根据所述攀爬人员的运动方向，所述变频器控制所述电机提供提升力矩。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述变频器获取所述电机在所述正向旋转磁场和反向旋转磁场作用下的初始功率因数角之前，所述方法还包括:计算所述电机在所述正向旋转磁场和反向旋转磁场作用下的初始功率因数角； 所述计算所述电机在所述正向旋转磁场和反向旋转磁场作用下的初始功率因数角具体包括: 在所述电机产生正向旋转磁场时，所述变频器根据所述电机的电流向量和电压向量，计算所述静止状态电机的初始功率因数角，得到初始正向功率因数角； 和，在所述电机产生反向旋转磁场时，所述变频器根据所述电机的电流向量和电压向量，计算所述静止状态电机的初始反向功率因数角。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据所述当前功率因数角和所述初始功率因数角，所述变频器确定攀爬人员的运动方向包括: 所述变频器计算所述当前功率因数角与初始功率因数角的变化量； 所述变频器判断所述变化量是否大于或等于预设阀值； 若是，所述变频器确定攀爬人员的运动方向为所述电机的当前旋转磁场对应的运动方向。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述变频器计算所述当前功率因数角与初始功率因数角的变化量包括: 在所述电机的正向旋转磁场作用期间，所述变频器计算所述当前功率因数角与所述电机的初始正向功率因数角的变化量； 或，在所述电机的反向旋转磁场作用期间，所述变频器计算所述当前功率因数角与所述电机的初始反向功率因数角的变化量。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于， 所述根据所述攀爬人员的运动方向，所述变频器控制所述电机调节提升力矩的方法包括: 所述变频器获取力矩调节信号，所述变频器以转矩控制方式控制所述电机提供所述力矩调节信号对应的提升力矩。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述变频器控制所述电机提供提升力矩的过程中，所述方法还包括: 若检测到所述电机的运行频率小于或等于第一参考频率，所述变频器控制所述电机进入待机状态； 和/或， 若检测到所述电机的运行频率大于或等于第二参考频率，所述变频器控制所述电机进入待机状态，所述第二参考频率大于第一参考频率。
7.一种变频器，所述变频器用于驱动电机，其特征在于，包括: 控制单元，用于控制所述电机的三相定子绕组产生交流电压，在所述电机气隙内产生交替作用的正向旋转磁场和反向旋转磁场，且所述电机保持静止状态； 获取单元，用于获取所述电机在所述正向旋转磁场和反向旋转磁场作用下的初始功率因数角，并获取所述电机的当前功率因数角； 确定单元，用于根据所述当前功率因数角和所述初始功率因数角，确定攀爬人员的运动方向； 调节单元，用于根据所述确定单元确定出的运动方向，控制所述电机提供提升力矩。
8.根据权利要求7所述的变频器，其特征在于，所述变频器还包括: 第一计算单元，用于计算所述电机在所述正向旋转磁场和反向旋转磁场作用下的初始功率因数角； 所述第一计算单元具体用于，在所述电机产生正向旋转磁场时，根据所述电机的电流向量和电压向量，计算所述静止电机的初始功率因数角，得到初始正向功率因数角；和，用于在所述电机产生反向旋转磁场时，根据所述电机的电流向量和电压向量，计算所述电机的初始功率因数角，得到初始反向功率因数角。
9.根据权利要求7或8所述的变频器，其特征在于，所述确定单元包括: 第二计算单元，用于计算所述当前功率因数角与所述初始功率因数角的变化量； 第二判断单元，用于判断所述第二计算单元计算得到的变化量是否大于或等于预设阀值； 第二确定单元，用于在所述第二判断单元判断所述第二计算单元计算得到的变化量大于或等于预设阀值时，确定攀爬人员的运动方向为所述电机的当前旋转磁场对应的运动方向。
10.根据权利要求9所述的变频器，其特征在于， 所述第二计算单元具体用于，在所述电机的正向旋转磁场期间，计算所述当前功率因数角与所述电机的初始正向功率因数角的变化量；或，在所述电机的反向旋转磁场期间，计算所述当前功率因数角与所述电机的初始反向功率因数角的变化量。
11.根据权利要求7所述的变频器，其特征在于， 所述调节单元具体用于获取力矩调节信号，以转矩控制方式控制所述电机提供所述力矩调节信号对应的提升力矩。
12.根据权利要求7所述的变频器，其特征在于， 所述变频器还包括检测单元，用于在控制所述电机提供提升力矩的过程中，若检测到所述电机的运行频率小于或等于第一参考频率，控制所述电机进入待机状态；和/或，若检测到所述电机的运行频率大于或等于第二参考频率，控制所述电机进入待机状态，所述第二参考频率大于第一参考频率。
13.—种攀爬助力控制系统，其特征在于，包括如权利要求7?12任一项所述的变频器，以及所述变频器驱动的电机。
14.根据权利要求13所述的攀爬助力控制系统，其特征在于，所述攀爬助力控制系统还包括:用于攀爬人员攀爬升降的攀爬装置、第一导向轮、第二导向轮和线缆； 所述电机设置于所述攀爬装置底部，所述第一导向轮固定在所述电机的转轴上，所述第二导向轮设置于所述攀爬装置顶部，所述第一导向轮与所述第二导向轮带动线缆做上升或下降转动； 所述攀爬人员的安全装备可拆卸地固定于所述线缆上。
【文档编号】H02P27/04GK104393818SQ201410764535
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年12月11日 优先权日:2014年12月11日
【发明者】徐铁柱, 石超 申请人:深圳市英威腾电气股份有限公司