专利名称：重型起重机零速转矩控制方法
技术领域：
本发明属于起重机制造技术领域，具体涉及一种重型起重机零速转矩控制方法。
背景技术：
重型起重机是起重机行业中安全性能要求最高的设备.其中起升机构是作为整个系统结构中最为关键、技术要求高且安全性也要求高的系统。 对重型起重机的提升机构而言，防止溜钩是非常重要也是最为关键的要求，实现这个是要求就要做到(1)驱动系统应具有大的启动转矩，通常超过150%的额定转矩，若考虑超载实验等因素，至少应在起动加速过程中提供200%的额定转矩，(2)由于机械制动器的存在。就必须使驱动系统的输出转矩与机械制动器的制动转矩平滑切换，不能产生溜钩现象，因此驱动系统的启动信号与机械制动器动作信号的控制时序也是非常重要的。
目前重型起重机的驱动系统在低速以及零速的控制系统不是很好，无法在低速
甚至是零速情况下输出较大的转矩，这样就很有可能造成(1)无法启动(2)停车时容易溜
钩(3)中途再次启车时容易溜钩(4)由正转快速转换到反转的时候遇到过零位时会容易溜
钩。目前重型起重机处理零速以及低速存在的问题的时候，采用以下方法 针对启动驱动系统力矩不足而无法启动负载，通过提高驱动系统的容量，即通
过扩档来提高驱动系统的驱动能力，驱动系统一般会被放大2档，这样就会极大的增加成本。 针对过零位容易溜钩的现象，则选择加装轴编码与驱动系统形成闭环系统来防止溜钩。但若正反的速度切换过快，依然会有溜钩的可能性 针对停车时候容易溜钩， 一般采用在驱动系统能输出转矩的高速度状态下对电机进行抱闸处理。但这样就会在电机以及制动系统造成极大的冲击， 一方面会极大的影响机械的使用寿命，另外一方面也会使驱动系统经常会过载。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提出了重型起重机零速转矩控制方法，其发明宗旨是基于重型起重机在低转速或者零转速情况下设计出的零速转矩控制方法，避兔零位溜钩现象发生，并有效解决启动驱动系统力矩不足问题。
为了解决现有技术存在的问题，本发明采用以下技术方案 本发明实时检测负载电机的转矩及转速，低速或零速时向电机输出高转矩，其包括过零转矩控制方法、大转矩输出控制方法和抱闸时序控制方法； 所述过零转矩控制方法采用过零计算数学模型，实时调整和计算电机的运行参数； 所述大转矩输出控制方法采用以定子磁通估算为核心的矢量控制模型对电机进行转矩补偿。 所述抱闸时序控制方法通过调节励磁的时间使电动机的起动与机械制动器的释放时间相配合，并将采集的信号经过程序计算后发出精确控制时序，进行内置抱闸控制。 所述过零计算数学模型包括磁通调节单元、电流控制单元、驱动运算单元和辅助电流估算单元。 所述过零转矩控制方法采用TMS320C32控制芯片进行控制。 所述矢量控制模型包括速度控制单元、磁通控制单元、空间矢量调节单元、电
流控制单元、电压计算单元、定子磁通估算单元和速度估算单元。 所述转矩补偿在给出松闸信号前向电机输出负载所需的转矩电流。 所述转矩电流经过定子磁通估算单元计算后获得。 所述内置抱闸控制通过检测电机的转矩以及转速发送制动信号。 本发明与传统控制系统相比，具有以下三方面的优点 (l)能够实现在起、止动过程中实现匀加速； (2)内置抱闸功能提高了电气机械系统的可靠性； (3)能够避免溜钩现象，最大限度地确保设备安全，并延长设备使用寿命。
以下结合附图和具体实施方式
进一步说明本发明。
图1为本发明的过零计算数学模型结构示意图。
图2本发明的以定子磁通估算为核心的矢量控制模型结构示意图。 图3为本发明的电机启动时松闸状态示意图。 图4为为本发明的电机停止时抱闸状态示意图。 图中，1.磁通调节单元；2.电流控制单元；3.驱动运算单元；4.辅助电流估算单元；5.速度控制单元；6.磁通控制单元；7.电机；8.空间矢量调节单元；9.电流控制单元；10.电压计算单元；ll.定子磁通估算单元；12.速度估算单元；A为系统启动时间点；B为电机转矩响应抱闸控制时间点；C为电机松闸响应时间点；D为系统抱闸信号时间点；E为抱闸驱动信号时间点。
具体实施例方式
参阅图l所示，为本发明的过零转矩控制方法的过零计算数学模型示意图包括磁通调节单元l、电流控制单元2、驱动运算单元3和辅助电流估算单元4。
由于电机7的各种参数特性是随着温度和转速的变化而变化的，于是系统快速准确识别、估算和给定电机7参数是十分重要和关键的。如果能在电机7正、反转过零时快速识别电机的状态、并及时的估算和给定相关参数，就会很好解决驱动系统在电机7过零时驱动特性差的状况，这也是解决电机7重载过零不溜钩的策略关键点所在。快速过零转矩控制的过零计算数学模型的主要特点是通过自身采集的信号，可以实时调整和计算电机7处于不同状态下驱动系统所需要给定的相关参数。图中，为了给所驱动的电机7以合适的电流iJ以及幅角入d/特性，过零计算数学模型采用了磁通调节环节单元1以及辅助电流估算单元4结合电流控制单元2，给驱动运算单元3较为理想的输入参考信号(如图中的Vd/)，这样，驱动运算单元3就可以得到比较理想的d/q(2S)坐标系下的关键参数了，结合Vq/，经过运算，可以得到准确的iq/、和AJ数值，然后再经过2S变3S坐标变换，最终输出一个合适的驱动信号。由于该计算方法是个闭环系统，输出的入J信号将被送到磁通调节单元l、辅助电流估算单元4、电流控制单元2，经过不断地进行参数调节，最终可以输出较为理想的数值。由于整个处理过程是基于TMS320C32(DSP芯片)，所以采集和运算的速度是非常快的，因此对于电机处于任何状态(极限状态)的判断也是非常准确和及时的。该模型可以完全解决在电机7重载情况下过零时的转矩控制。
参阅图2所示，以定子磁通估算为核心的矢量控制模型包括速度控制单元5、磁通控制单元6、空间矢量调节单元8、电流控制单元9、电压计算单元IO、定子磁通估算单元ll和速度估算单元12。 矢量控制模型是以定子磁通估算为核心的的矢量控制，其特点是在低频以及低压的象限和区域内，可以给电机7以转矩补偿。从而可以克服低频的状态下驱动特性不好的现象。可以做到低频或零速下的高转矩，如图所示，矢量控制模型对电机的空间矢量控制是将电流分为三相电流来控制的，矢量控制模型根据自身的速度和定子磁通估算单元ll的结果发出相应的磁通和速度信号，然后通过电压计算单元10的检测，发出驱动电压V,，与电流i,一起输出到到定子磁通估算单元ll中，经过与原估算参数的对比，定子磁通估算单元11向速度估算单元12发出转速参考值4， re 。向磁通控制单元6发出参考值4，向电流控制单元9发出相位参考值《，与此同时，速度估算单元12经过计算
和对比将输出结果叠加后输送到速度控制单元5中，经过对信号处理后将信号输送到电流控制单元9，这样最终电流控制单元9将电流信号发送到空间矢量调节单元8中，最后形成的电流信号是经过不断对比和修正的闭环控制比较后的结果。在这种控制模型下，即使负载突然变化的情况下，系统仍能实现有效柔性的控制，系统可以根据负载的变化而发出相应的转矩和电流。当系统工作于低频或零速的时候，定子磁通估算单元ll将发出较为合适的补偿参数，使得系统在低频的时候也具有较为强大的转矩电流。
在电机7启动前，接受到制动器开闸信号后，系统输出转矩电流，当驱动系统输出的电流达到负载所需的电流数值后，驱动系统才给制动器一个真正的松闸信号，制动器这时打开，在整个开闸的过程中，驱动系统的启动电流如果很大，可以提供负载150%的电流。这样就可以给电机7在重荷的情况下以强大的启动转矩。这样就解决了电机7在启动与制动时(较低速度或零速)有大的转矩输出。 参阅图3所示，这是电机启动时松闸状态时序图，当驱动系统可以在零速度或低转速度时候发出较大的转矩的时候，进行内置抱闸控制，通过调节励磁的时间使电动机的起动与机械制动器的释放时间相配合，并将采集的信号经过程序计算后发出较为精确的控制时序，从而避免只利用机械制动可能会出现的"溜钩"现象。如图所示，当系统的启动信号从0变为1时，在时间轴的A点处，启动电机，此时电机制动器的释放信号仍然为O，通过内部对转矩的实时检测，对电机进行零速力矩输出，达到变频器对电机抱闸控制所需力矩时，在时间轴的B点处电机转速达到了一定的速度，实时检测抱闸系统应力和电机的转矩及转速，当抱闸系统应力接近零时，此时处于时间轴的C点处，电机制动器的释放信号改变为l，从而达到了平稳启停、防止重载溜钩的目的。系统松闸的时 序如下图四所示，通过驱动系统的低速时候的高转矩，可以有效的避免在启动及过零点 时溜钩问题。 参阅图4所示，这是电机停止时抱闸状态时序图，在图中可以看出，系统抱闸 信号发出后，此时处在时间轴的D点处，因电机仍然处于高速状态，抱闸驱动信号不予 理会；在电机制动过程中，当电机转速降到了一定的速度后，此时处在时间轴的E点 处，启动抱闸驱动信号，此时实时检测抱闸系统应力和电机的转矩及转速，同时对电机 进行低速力矩输出，当抱闸系统应力达到一定数值时，停止输出电机力矩，停机。抱闸 驱动信号的发出是在电机已经处于低速或者零速的时候，这样的抱闸过程平稳，延长了 机械的使用寿命。
权利要求
一种重型起重机零速转矩控制方法，其特征是所述方法实时检测负载电机的转矩及转速，在低速或零速时向电机输出高转矩，其包括过零转矩控制方法、大转矩输出控制方法和抱闸时序控制方法；所述过零转矩控制方法采用过零计算数学模型，实时调整和计算电机的运行参数；所述大转矩输出控制方法采用矢量控制模型对电机进行转矩补偿；所述抱闸时序控制方法对电机发出控制时序，进行内置抱闸控制。
2. 根据权利要求1所述的重型起重机零速转矩控制方法，其特征是所述过零计算 数学模型包括磁通调节单元、电流控制单元、驱动运算单元和辅助电流估算单元。
3. 根据权利要求1所述的重型起重机零速转矩控制方法，其特征是所述矢量控制 模型以定子磁通估算为核心进行控制，包括速度控制单元、磁通调节单元、空间矢量调 节单元、电流控制单元、电压计算单元、定子磁通估算单元和速度估算单元。
4. 根据权利要求1所述的重型起重机零速转矩控制方法，其特征是所述转矩补偿 是在给出松闸信号前向电机输出转矩电流。
5. 根据权利要求3或4所述的重型起重机零速转矩控制方法，其特征是所述转矩电 流经过所述定子磁通估算单元的计算后获得。
全文摘要
本发明提供一种重型起重机零速转矩控制方法，属于起重机制造技术领域，本发明是基于重型起重机在低转速或者零转速情况下的零速转矩控制方法，该方法实时检测负载电机的转矩及转速，低速或零速时向电机输出高转矩，其包括快速过零转矩控制方法、大转矩输出控制方法和抱闸时序控制方法；本发明能够解决启动驱动系统力矩不足问题，并避免零位溜钩现象发生。
文档编号B66D1/54GK101691192SQ200910018568
公开日2010年4月7日 申请日期2009年9月24日 优先权日2009年9月24日
发明者张文通, 徐理邦, 赵海沙 申请人:青岛立邦达工控技术有限公司