一种高压电气远距离锁紧装置及方法与流程

本发明涉及一种紧固件远距离锁紧装置，尤其涉及一种高压电气远距离锁紧装置及方法。

背景技术：

在高处的高压电气设备存在螺钉松动的问题，需要检修人员爬到高处后再进行锁紧，不仅效率低，还有安全风险。

现有锁螺丝机需要操作人员直接用手按压开关按钮来锁螺丝，适合操作员靠近作业对象的场合；对有安全距离要求的非固定场合，目前的解决方案是牺牲操作员的安全来满足作业功能需求。

技术实现要素：

目的：为了解决高压电气人员爬高锁紧螺钉效率低、安全性差的问题，本发明提供了一种高压电气远距离锁紧装置及方法，使得需要在高处紧固高压电气螺钉的检修人员在地面上远距离锁紧螺钉，并且可以让检修人员与高压电隔离，从而提高检修效率和安全系数。

本发明的技术方案如下：

一种高压电气远距离锁紧装置，包括锁紧机构和控制盒；

锁紧机构包括电批、电批安装座和绝缘杆；

电批设置在电批安装座上，绝缘杆设置电批安装座的下方；

控制盒与电批电连接；电批与控制盒之间设置继电器。

电批安装座和绝缘杆通过螺纹连接，并通过第一螺钉固定。

电批通过第二螺钉与电批安装座固定。

还包括固定板，固定板设置在电批安装座上，控制盒设置在固定板上。

电批包括按压开关、走线孔、电批主体、电批夹头和电源；

电批夹头用来夹持不同的末端工具；走线孔

控制盒中控制回路与动力回路分开。

控制盒包括4.8v电池、控制电路和无线信号发射器；4.8v电池和无线信号发射器都与控制电路相连接，控制电路用于控制电批3的启动和停止。

较优地，包括遥控器，遥控器与控制盒相连接。

基于所述高压电气远距离锁紧装置，进行远距离锁紧具体包括以下步骤：

s1，电批k时刻的转速u(k)通过pid控制：

u(k)＝u(k-1)+kp[e(k)-e(k-1)]+kie(k)+kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)](1)

式中u(k)为电批k时刻的转速，e(k)为扭矩误差；kp、ki和kd分别为比例、积分和微分系数；

e(k)＝tref(k)-t(k)(2)

式中：t(k)为k时刻经过扭矩传感器反馈的实时扭矩；tref(k)为k时刻设定的扭矩目标值；

s2,由于目标控制量是电机的转速，在理想状态下，达到设定扭矩时转速为零；则需要建立目标转速与扭矩误差的对应关系函数。通过实验表明，扭矩误差和目标转速成三次方关系时，能够取得较好的控制效果，k时刻扭矩误差e(k)和目标转速vref(k)关系表达式为式(3)：

vref(k)＝kve³(k)(3)

kv为扭矩转速转换系数；

s3，定义速度误差e′(k)为：

e′(k)＝vref(k)-v(k)(4)

v(k)表示k时刻电批实际转速；

s4，定义速度误差变化率δe′(k)为：

δe′(k)＝e′(k)-e′(k-1)(5)

s5，取kd＝0，采用pi控制系统，式(1)的控制策略表示为式(6)：

u(k)＝u(k-1)+kp[e′(k)-e′(k-1)]+kie′(k)(6)

s6，实际调节速率r的大小通过δe′(k)的绝对值衡量；

δe′(k)*e′(k)＜0时，减小kp或者增大ki都能增强控制作用，反之增大kp或者减小ki都能减弱控制作用；另一个方面，当δe′(k)*e′(k)＞0时，增大kp或者减少ki都能增强控制作用，反之减小kp或者增大ki都能减弱控制作用。

由上述分析，kp、ki参数的调整策略为：

(001)，当δe′(k)*e′(k)≤0时，k时刻的电批转速控制量为式(7)：

u(k)＝u(k-1)+kp[1+a(1-|δe′(k)|/r)]·[e′(k)-e′(k-1)]+ki[1-a(1-|δe′(k)|/r)]e′(k)(7)

a为调节系数，用于在线调节控制参数kp和ki；当实际变化速率超过理想速率，即δe′(k)＞r时，使得kp减少，ki增加，从而减弱控制；当实际变化速率小于理想速率，即δe′(k)＜r时，使得kp增加，ki减少，增加控制；

(002)，当δe′(k)*e′(k)＞0时，k时刻的电批转速控制量为式(8)：

u(k)＝u(k-1)+{kp[e′(k)-e′(k-1)]+kie′(k)}(1+|δe′(k)|/r)(8)

式(8)，kp和ki同时增加以抑制误差的方向。

a＝0.5，r＝20。

一种高压电气远距离锁紧方法，包括以下步骤：

s1，电批k时刻的转速u(k)通过pid控制：

u(k)＝u(k-1)+kp[e(k)-e(k-1)]+kie(k)+kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)](1)

式中u(k)为电批k时刻的转速，e(k)为扭矩误差；kp、ki和kd分别为比例、积分和微分系数；

e(k)＝tref(k)-t(k)(2)

式中：t(k)为k时刻经过扭矩传感器反馈的实时扭矩；tref(k)为k时刻设定的扭矩目标值；

s2,由于目标控制量是电机的转速，在理想状态下，达到设定扭矩时转速为零；则需要建立目标转速与扭矩误差的对应关系函数。通过实验表明，扭矩误差和目标转速成三次方关系时，能够取得较好的控制效果，k时刻扭矩误差e(k)和目标转速vref(k)关系表达式为式(3)：

vref(k)＝kve³(k)(3)

kv为扭矩转速转换系数；

s3，定义速度误差e′(k)为：

e′(k)＝vref(k)-v(k)(4)

v(k)表示k时刻电批实际转速；

s4，定义速度误差变化率δe′(k)为：

δe′(k)＝e′(k)-e′(k-1)(5)

s5，取kd＝0，采用pi控制系统，式(1)的控制策略表示为式(6)：

u(k)＝u(k-1)+kp[e′(k)-e′(k-1)]+kie′(k)(6)

s6，实际调节速率r的大小通过δe′(k)的绝对值衡量；

δe′(k)*e′(k)＜0时，减小kp或者增大ki都能增强控制作用，反之增大kp或者减小ki都能减弱控制作用；另一个方面，当δe′(k)*e′(k)＞0时，增大kp或者减少ki都能增强控制作用，反之减小kp或者增大ki都能减弱控制作用。

由上述分析，kp、ki参数的调整策略为：

(001)，当δe′(k)*e′(k)≤0时，k时刻的电批转速控制量为式(7)：

u(k)＝u(k-1)+kp[1+a(1-|δe′(k)|/r)]·[e′(k)-e′(k-1)]+ki[1-a(1-|δe′(k)|/r)]e′(k)(7)

a为调节系数，用于在线调节控制参数kp和ki；当实际变化速率超过理想速率，即δe′(k)＞r时，使得kp减少，ki增加，从而减弱控制；当实际变化速率小于理想速率，即δe′(k)＜r时，使得kp增加，ki减少，增加控制；

(002)，当δe′(k)*e′(k)＞0时，k时刻的电批转速控制量为式(8)：

u(k)＝u(k-1)+{kp[e′(k)-e′(k-1)]+kie′(k)}(1+|δe′(k)|/r)(8)

式(8)，kp和ki同时增加以抑制误差的方向。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

本发明提供了一种高压电气远距离锁紧装置，使得需要在高处紧固高压电气螺钉的检修人员在地面上远距离锁紧螺钉，并且可以让检修人员与高压电隔离，从而提高检修效率和安全系数；本发明让操作人员远离危险源，从而保障操作人员的人身安全。

附图说明

图1为本发明的锁紧装置结构示意图；

图2为本发明一种高压电气远距离锁紧装置剖面图；

图3为电批结构示意图；

图4为转速阶跃相应曲线。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案、优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1和图2所示，一种高压电气远距离锁紧装置，包括锁紧机构和控制盒1；

锁紧机构包括电批3、电批安装座4和绝缘杆5；

电批3设置在电批安装座4上，绝缘杆5设置电批安装座4的下方；

控制盒1与电批3电连接；电批3与控制盒1之间设置继电器。

电批安装座4和绝缘杆5通过螺纹连接，并通过第一螺钉8固定。

电批3通过第二螺钉6与电批安装座4固定。

还包括固定板2，固定板2设置在电批安装座4上，控制盒1设置在固定板2上。

如图3所示，电批3包括按压开关301、走线孔302、电批主体303、电批夹头304和电源305；

电批夹头304用来夹持不同的末端工具(如套筒、螺丝刀头等)；走线孔302用于穿线；电源305的电源线连接控制盒1；

控制盒1中控制回路与动力回路分开，通过继电器关联。

控制盒1包括4.8v电池、控制电路和无线信号发射器；4.8v电池和无线信号发射器都与控制电路相连接，控制电路用于控制电批3的启动和停止。

直筒型电批3经过改装，将手动按压开关去掉腾出来的空间作为走线孔以便改装穿线；电批安装座将电批位置固定并和绝缘杆通过螺纹连接在一起。

还包括遥控器，遥控器与控制盒相连接，能够实现远程锁紧控制。

基于所述高压电气远距离锁紧装置，进行远距离锁紧具体包括以下步骤：

s1，电批k时刻的转速u(k)通过pid控制：

u(k)＝u(k-1)+kp[e(k)-e(k-1)]+kie(k)+kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)](1)

式中u(k)为电批k时刻的转速，e(k)为扭矩误差；kp、ki和kd分别为比例、积分和微分系数；

e(k)＝tref(k)-t(k)(2)

式中：t(k)为k时刻经过扭矩传感器反馈的实时扭矩；tref(k)为k时刻设定的扭矩目标值；

s2,由于目标控制量是电机的转速，在理想状态下，达到设定扭矩时转速为零；则需要建立目标转速与扭矩误差的对应关系函数。通过实验表明，扭矩误差和目标转速成三次方关系时，能够取得较好的控制效果，k时刻扭矩误差e(k)和目标转速vref(k)关系表达式为式(3)：

vref(k)＝kve³(k)(3)

kv为扭矩转速转换系数；

s3，定义速度误差e′(k)为：

e′(k)＝vref(k)-v(k)(4)

v(k)表示k时刻电批实际转速；

s4，定义速度误差变化率δe′(k)为：

δe′(k)＝e′(k)-e′(k-1)(5)

s5，取kd＝0，采用pi控制系统，式(1)的控制策略表示为式(6)：

u(k)＝u(k-1)+kp[e′(k)-e′(k-1)]+kie′(k)(6)

s6，为了让系统以较快的速度达到输出目标值，引入一个调节速率理想值的概念。即综合考虑系统稳定性等各方面因素，根据经验设计符合实际的理想调节速率，用r表示。在本系统中，实际调节速率r的大小通过δe′(k)的绝对值衡量；

在调节过程中，目标转速是基于扭矩的动态过程，为了设计kp、ki的调整策略，首先应分析比例积分参数之间的关系，图3给出了二阶系统的典型转速阶跃相应曲线；

将图4中转速阶跃相应曲线分为i～ⅴ5个区域，当转速标幺值在i、ⅲ、ⅴ区域时，即δe′(k)*e′(k)＜0，转速输出值正在趋近于目标值，如果正在以理想调节速率调整，应保持参数不变，如果调整速率过快，为了避免超调，应当减弱控制，反之应当增加；当转速标幺值在ⅱ、ⅳ区域时，即δe′(k)*e′(k)＞0，转速输出值正在远离目标值，应该增加控制扭转偏离的状况。

根据式(6)可知，δe′(k)*e′(k)≤0时，减小kp或者增大ki都能增强控制作用，反之增大kp或者减小ki都能减弱控制作用；另一个方面，当δe′(k)*e′(k)＞0时，增大kp或者减少ki都能增强控制作用，反之减小kp或者增大ki都能减弱控制作用。

由上述分析，提出如下两条参数的调整策略。δe′(k)*e′(k)＜0时，k时刻的电批转速控制量为式(7)：

u(k)＝u(k-1)+kp[1+a(1-|δe′(k)|/r)]·[e′(k)-e′(k-1)]+ki[1-a(1-|δe′(k)|/r)]e′(k)(7)

a为调节系数，用于在线调节控制参数kp和ki。当实际变化速率超过理想速率，即δe′(k)＞r时，使得kp减少，ki增加，从而减弱控制。当实际变化速率小于理想速率，即δe′(k)＜r时，使得kp增加，ki减少，增加控制。

当δe′(k)*e′(k)＞0时，k时刻的电批转速控制量为式(8)：

u(k)＝u(k-1)+{kp[e′(k)-e′(k-1)]+kie′(k)}(1+|δe′(k)|/r)(8)

式(8)，kp和ki同时增加以抑制误差的方向。

在远距离螺栓锁紧装置的实验调试过程中，设定调节参数a＝0.5，r＝20，进行了螺栓紧固实验。实验结果表明，动态pid控制算法不仅能够很好的适应这种动态目标的控制系统，而且对传统pid调节精度和速度的矛盾有较好的改善作用。

一种高压电气远距离锁紧方法，包括以下步骤：

s1，电批k时刻的转速u(k)通过pid控制：

u(k)＝u(k-1)+kp[e(k)-e(k-1)]+kie(k)+kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)](1)

式中u(k)为电批k时刻的转速，e(k)为扭矩误差；kp、ki和kd分别为比例、积分和微分系数；

e(k)＝tref(k)-t(k)(2)

式中：t(k)为k时刻经过扭矩传感器反馈的实时扭矩；tref(k)为k时刻设定的扭矩目标值；

s2,由于目标控制量是电机的转速，在理想状态下，达到设定扭矩时转速为零；则需要建立目标转速与扭矩误差的对应关系函数。通过实验表明，扭矩误差和目标转速成三次方关系时，能够取得较好的控制效果，k时刻扭矩误差e(k)和目标转速vref(k)关系表达式为式(3)：

vref(k)＝kve³(k)(3)

kv为扭矩转速转换系数；

s3，定义速度误差e′(k)为：

e′(k)＝vref(k)-v(k)(4)

v(k)表示k时刻电批实际转速；

s4，定义速度误差变化率δe′(k)为：

δe′(k)＝e′(k)-e′(k-1)(5)

s5，取kd＝0，采用pi控制系统，式(1)的控制策略表示为式(6)：

u(k)＝u(k-1)+kp[e′(k)-e′(k-1)]+kie′(k)(6)

s6，实际调节速率r的大小通过δe′(k)的绝对值衡量；

δe′(k)*e′(k)＜0时，减小kp或者增大ki都能增强控制作用，反之增大kp或者减小ki都能减弱控制作用；另一个方面，当δe′(k)*e′(k)＞0时，增大kp或者减少ki都能增强控制作用，反之减小kp或者增大ki都能减弱控制作用。

由上述分析，kp、ki参数的调整策略为：

(001)，当δe′(k)*e′(k)≤0时，k时刻的电批转速控制量为式(7)：

u(k)＝u(k-1)+kp[1+a(1-|δe′(k)|/r)]·[e′(k)-e′(k-1)]+ki[1-a(1-|δe′(k)|/r)]e′(k)(7)

a为调节系数，用于在线调节控制参数kp和ki；当实际变化速率超过理想速率，即δe′(k)＞r时，使得kp减少，ki增加，从而减弱控制；当实际变化速率小于理想速率，即δe′(k)＜r时，使得kp增加，ki减少，增加控制；

(002)，当δe′(k)*e′(k)＞0时，k时刻的电批转速控制量为式(8)：

u(k)＝u(k-1)+{kp[e′(k)-e′(k-1)]+kie′(k)}(1+|δe′(k)|/r)(8)

式(8)，kp和ki同时增加以抑制误差的方向。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员应当理解在本文所公开的示例中的设备的模块或单元或组间可以布置在如该实施例中所描述的设备中，或者可替换地可以定位在与该示例中的设备不同的一个或多个设备中。前述示例中的模块可以组合为一个模块或者此外可以分成多个子模块。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组间组合成一个模块或单元或组间，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组间。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

此外，所述实施例中的一些在此被描述成可以由计算机系统的处理器或者由执行所述功能的其它装置实施的方法或方法元素的组合。因此，具有用于实施所述方法或方法元素的必要指令的处理器形成用于实施该方法或方法元素的装置。此外，装置实施例的在此所述的元素是如下装置的例子：该装置用于实施由为了实施该发明的目的的元素所执行的功能。

这里描述的各种技术可结合硬件或软件，或者它们的组合一起实现。从而，本发明的方法和设备，或者本发明的方法和设备的某些方面或部分可采取嵌入有形媒介，例如软盘、cd-rom、硬盘驱动器或者其它任意机器可读的存储介质中的程序代码(即指令)的形式，其中当程序被载入诸如计算机之类的机器，并被所述机器执行时，所述机器变成实践本发明的设备。

在程序代码在可编程计算机上执行的情况下，计算设备一般包括处理器、处理器可读的存储介质(包括易失性和非易失性存储器和/或存储元件)，至少一个输入装置，和至少一个输出装置。其中，存储器被配置用于存储程序代码；处理器被配置用于根据该存储器中存储的所述程序代码中的指令，执行本发明的方法。

以示例而非限制的方式，计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据等信息。通信介质一般以诸如载波或其它传输机制等已调制数据信号来体现计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据，并且包括任何信息传递介质。以上的任一种的组合也包括在计算机可读介质的范围之内。

如在此所使用的那样，除非另行规定，使用序数词“第一”、“第二”、“第三”等等来描述普通对象仅仅表示涉及类似对象的不同实例，并且并不意图暗示这样被描述的对象必须具有时间上、空间上、排序方面或者以任意其它方式的给定顺序。

尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。