专利名称：全数字速度电流双闭环交流电动机调压调速控制系统的制作方法
技术领域：
本发明属于起重机交流电动机调压调速控制技术领域，特别是涉及一种全数字速度电 流双闭环交流电动机调压调速控制系统。
背景技术：
现有起重机调压调速控制系统的移相环节采用模拟电路实现移相；由于受到 温度漂移等外界因素的影响，移相精度受到一定的影响。现有起重机调压调速控制系统的 速度反馈采用对转子频率F/V转换获取速度信号。现有起重机调压调速控制系统多采用速 度单闭环控制技术；单从扩大调速范围的角度看，使用速度单闭环的调压调速控制系统已 能基本上满足起重机对调速的要求。但却无法满足快速起动、突加负载、快速制动等更高要 求的动态性能。现有起重机调压调速控制系统主令控制线进入装置还要通过PLC或中间继 电器，整个系统的连接线比较繁杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种全数字速度电流双闭环交流电动机调压调速控制系 统，控制性能先进、运行安全、可靠的控制方式，降低制造、安装、维修成本，同时大大地提高 起重机的安全性和可靠性。本发明的目的是通过下述技术方案实现的。本发明的全数字速度电流双闭环交流电动机调压调速控制系统，其特征在于包括 速度给定模块，与此速度给定模块相连接的速度PI调节器，与此速度PI调节器相连接的 电流PI调节器，与此电流PI调节器相连接的主控模块，与主控模块相连接的显示模块、 驱动模块，与此电流PI调节器的比较器相连接的电动机的电流取样模块，与此速度PI 调节器的比较器相连接的电动机的速度采样反馈模块，分别与速度给定模块、速度PI调 节器、电流PI调节器、主控模块、显示模块、驱动模块相连接的开关电源，所述的电流PI调 节器-主控模块-驱动模块-电动机的电流取样模块构成电流闭环控制系统，所述的速度 PI调节器-主控模块-驱动模块-电动机的速度采样反馈模块构成速度闭环控制系统，所 述的电流闭环控制系统与速度闭环控制系统构成速度电流双闭环交流电动机调压调速控 制系统。所述的驱动模块由六组反向并联晶闸管组成。所述的主控模块包括主令信号输入模块、分析处理模块、I/O输出模块，所述的 主令输入电压为AC220V或DCMV。所述的显示模块为全中文/英文显示的显示模块。所述的主令输入模块分别与起重机的主起升、副起升、大车和小车传动系统的主 令控制器上的引出线相连接。所述的速度采样反馈模块采用数字滤波控制算法，即速度采样均采用控制算法， 对采样值进行滤波，获取速度信号，同时还设有旋转编码器接口与电动机的旋转编码器相连接。所述的速度电流双闭环的起动过程包括下述步骤 第I阶段o-tl，加电启动
1)突加给定电压d*后，/d上升，当/d小于负载电流JdL时，电机还不能转动，
2)当/d后，电机开始起动，由于机电惯性作用，转速不会很快增长，因而转速调 节器ASR的输入偏差电压的数值仍较大，其输出电压保持限幅值诉im，强迫电流/d迅速上 升，
3)当电机电流Id= Idm，输入电压Ui=最大输出电压Uinf电流调节器很快就压制Id 了的增长，使电机电流不超过规定的容许最大过载电流Idm，
第II阶段、-、，恒流加速
在这个阶段中，系统为在恒值电压流诉im给定下的电流调节系统，基本上保持电流/d 恒定，因而系统的加速度恒定，转速呈线性增长， 第III阶段t2以后，转速调节
当转速上升到给定值时，转速调节器ASR的输入偏差减少到零，但其输出却由于积分 作用还维持在限幅值Uim*，所以电机仍在加速，使转速超调。转速超调后，ASR输入偏差电压变负，使它开始退出饱和状态，仍*和/d很快下降。 但是，只要/d仍大于负载电流/dL，转速就继续上升，
此后，转速增加阻力矩也增加，使电机转速下降。当下降至设定速度以下时，ASR输入 偏差电压变正，使输出电压仍*上升，进入转速调节阶段t3、t4。本发明的特点
1)现有起重机调压调速控制系统的移相环节采用模拟电路实现移相；由于受到温度漂 移等外界因素的影响，移相精度受到一定的影响。本发明的全数字速度电流双闭环交流电 动机调压调速控制系统采用DSP全数字控制技术，即移相、触发均采用数字控制方式，使移 相精度大大提高，可控硅移相角的控制精度达到0.01°。且不受外界环境(温度、湿度)的 和影响，控制性能大大提高。2)现有起重机调压调速控制系统的速度反馈采用对转子频率F/V转换获取速度 信号。为了保证速度信号采样的准确性，本发明的全数字速度电流双闭环交流电动机调压 调速控制系统采用数字滤波控制算法，速度采样均采用控制算法，对采样值进行滤波，获 取速度信号，同时还增加旋转编码器接口，获取速度信号，使速度反馈信号更准确。3)现有起重机调压调速控制系统多采用速度单闭环控制技术；单从扩大调速范 围的角度看，使用速度单闭环的调压调速控制系统已能基本上满足起重机对调速的要求。 但却无法满足快速起动、突加负载、快速制动等更高要求的动态性能。本发明的全数字速度 电流双闭环交流电动机调压调速控制系统采用速度电流双闭环控制技术，使系统动态性能 大大提高；可以在满足最大电流不超限的情况下，令电动机以最大的电磁力矩和最大的加 速度平稳启动，如图1所示。同时可充分发挥功率器件的潜力，且不会损坏功率器件。4)现有起重机调压调速控制系统主令控制线进入装置还要通过PLC或中间继电 器，整个系统的连接线比较繁杂。本发明的全数字速度电流双闭环交流电动机调压调速控 制系统主令输入电压为AC220V或DCMV，均可直接进入装置，无需PLC或者中间继电器中 转；使整个系统的连接线十分简洁，降低安装、维护难度与成本。
5)本发明的全数字速度电流双闭环交流电动机调压调速控制系统的硬件与软件 均采用模块化设计；为系统升级提供极大的便利，同时降低系统的维护、更换难度。6)本发明的全数字速度电流双闭环交流电动机调压调速控制系统的功率单元由 六组反向并联晶闸管组成，通过驱动单元的控制信号来改变晶闸管移相触发角，改变电动 机端电压实现调速。7)本发明的全数字速度电流双闭环交流电动机调压调速控制系统的主控模块对 主令输入信号进行采集，经分析整理后，通过I/O输出，实现对电动机的控制。8)为保证供电的稳定性、提高电源的抗干扰性，采用专门设计的开关电源作为控 制电源。9)为了可以时时监控系统运行状态，并根据现场实际要求对系统运行状态做出调 整，本发明的全数字速度电流双闭环交流电动机调压调速控制系统设计有全中文/英文显 示、功能强大的显示模块；通过显示模块可以监控系统运行参数，操作显示模块可修改系统 功能参数，达到调整系统运行状态的目的。本发明的有益效果是本发明是根据起重机运行特点开发的专业调压调速控制系 统，它极大的提高了起重机控制技术，控制性能更为优越；同时简化了起重机电控柜的外围 配线，便于安装、维护，降低了安装、维护难度及系统造价。
图1为本发明的结构框图。图2为本发明的起动过程图。图3为本发明的显示模块示意图。
具体实施例方式下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式
。如图1所示，本发明的全数字速度电流双闭环交流电动机调压调速控制系统，其 特征在于包括速度给定模块，与此速度给定模块相连接的速度PI调节器，与此速度PI调 节器相连接的电流PI调节器，与此电流PI调节器相连接的主控模块，与主控模块相 连接的显示模块、驱动模块，与此电流PI调节器的比较器相连接的电动机的电流取样模 块，与此速度PI调节器的比较器相连接的电动机的速度采样反馈模块，分别与速度给定 模块、速度PI调节器、电流PI调节器、主控模块、显示模块、驱动模块相连接的开关电源，所 述的电流PI调节器-主控模块-驱动模块-电动机的电流取样模块构成电流闭环控制系 统，所述的速度PI调节器-主控模块-驱动模块-电动机的速度采样反馈模块构成速度 闭环控制系统，所述的电流闭环控制系统与速度闭环控制系统构成速度电流双闭环交流电 动机调压调速控制系统。所述的驱动模块由六组反向并联晶闸管组成。所述的主控模块包括主令信号输入模块、分析处理模块、I/O输出模块，所述的 主令输入电压为AC220V或DCMV。所述的显示模块为全中文/英文显示的显示模块。所述的主令输入模块分别与起重机的主起升、副起升、大车和小车传动系统的主令控制器上的引出线相连接。所述的速度采样反馈模块采用数字滤波控制算法，即速度采样均采用控制算法， 对采样值进行滤波，获取速度信号，同时还设有旋转编码器接口与电动机的旋转编码器相 连接。如图2所示，所述的速度电流双闭环的起动过程包括下述步骤 第I阶段o-tl，加电启动
1)突加给定电压d*后，/d上升，当/d小于负载电流JdL时，电机还不能转动，
2)当/d后，电机开始起动，由于机电惯性作用，转速不会很快增长，因而转速调 节器ASR的输入偏差电压的数值仍较大，其输出电压保持限幅值诉im，强迫电流/d迅速上 升，
3)当电机电流Id= Idm，输入电压Ui=最大输出电压Uinf电流调节器很快就压制Id 了的增长，使电机电流不超过规定的容许最大过载电流Idm，
第II阶段、-、，恒流加速
在这个阶段中，系统为在恒值电压流诉im给定下的电流调节系统，基本上保持电流/d 恒定，因而系统的加速度恒定，转速呈线性增长， 第III阶段t2以后，转速调节
当转速上升到给定值时，转速调节器ASR的输入偏差减少到零，但其输出却由于积分 作用还维持在限幅值Uim*，所以电机仍在加速，使转速超调。转速超调后，ASR输入偏差电压变负，使它开始退出饱和状态，仍*和/d很快下降。 但是，只要/d仍大于负载电流/dL，转速就继续上升，
此后，转速增加阻力矩也增加，使电机转速下降。当下降至设定速度以下时，ASR输入 偏差电压变正，使输出电压仍*上升，进入转速调节阶段t3、t4。起重机一般有4一5套传动系统；分别为主起升、副起升、大车和小车；因此在驾 驶室内有4一5套主令控制器，在大车车架上一般安装主起升电气控制柜、副起升电气控制 柜、大车控制柜和小车控制柜。每个主令控制器上有7-8根引出线，分别与对应电气控制 柜内的本发明的全数字速度电流双闭环交流电动机调压调速控制系统的主令输入模块相 连接，经主控模块对输入信号的采集与分析整理，发出输出信号，实现对起重机各个系统的 控制。如图3所示，所述的显示模块为全中文/英文显示的显示模块，包括菜单键、左移 键、备用键、上移键、电机正转指示灯、电机反转指示灯、报警批示灯、制动器运行批示灯、液 晶显示屏、复位键、显示板电池、右移键、确认键和下移键。
权利要求
1.一种全数字速度电流双闭环交流电动机调压调速控制系统，其特征在于包括速度给 定模块，与此速度给定模块相连接的速度PI调节器，与此速度PI调节器相连接的电流PI 调节器，与此电流PI调节器相连接的主控模块，与主控模块相连接的显示模块、驱动模 块，与此电流PI调节器的比较器相连接的电动机的电流取样模块，与此速度PI调节器 的比较器相连接的电动机的速度采样反馈模块，分别与速度给定模块、速度PI调节器、电 流PI调节器、主控模块、显示模块、驱动模块相连接的开关电源，所述的电流PI调节器-主 控模块-驱动模块-电动机的电流取样模块构成电流闭环控制系统，所述的速度PI调节 器-主控模块-驱动模块-电动机的速度采样反馈模块构成速度闭环控制系统，所述的电 流闭环控制系统与速度闭环控制系统构成速度电流双闭环交流电动机调压调速控制系统。
2.根据权利要求1所述的全数字速度电流双闭环交流电动机调压调速控制系统，其特 征在于所述的驱动模块由六组反向并联晶闸管组成。
3.根据权利要求1所述的全数字速度电流双闭环交流电动机调压调速控制系统，其特 征在于所述的主控模块包括主令信号输入模块、分析处理模块、I/O输出模块，所述的主 令输入电压为AC220V或DCMV。
4.根据权利要求1所述的全数字速度电流双闭环交流电动机调压调速控制系统，其特 征在于所述的显示模块为全中文/英文显示的显示模块，包括菜单键、左移键、备用键、上 移键、电机正转指示灯、电机反转指示灯、报警批示灯、制动器运行批示灯、液晶显示屏、复 位键、显示板电池、右移键、确认键和下移键。
5.根据权利要求3所述的全数字速度电流双闭环交流电动机调压调速控制系统，其特 征在于所述的主令信号输入模块分别与起重机的主起升、副起升、大车和小车传动系统的 主令控制器上的引出线相连接。
6.根据权利要求1所述的全数字速度电流双闭环交流电动机调压调速控制系统，其特 征在于所述的速度采样反馈模块采用数字滤波控制算法，即速度采样均采用控制算法，对 采样值进行滤波，获取速度信号，同时还设有旋转编码器接口与电动机的旋转编码器相连 接。
7.根据权利要求1所述的全数字速度电流双闭环交流电动机调压调速控制系统，其特 征在于所述的速度电流双闭环的起动过程包括下述步骤第I阶段o-tl，加电启动1)突加给定电压d*后，/d上升，当/d小于负载电流JdL时，电机还不能转动，2)当/d后，电机开始起动，由于机电惯性作用，转速不会很快增长，因而转速调 节器ASR的输入偏差电压的数值仍较大，其输出电压保持限幅值诉im，强迫电流/d迅速上 升，3)当电机电流Id= Idm，输入电压Ui=最大输出电压Uinf电流调节器很快就压制Id 了的增长，使电机电流不超过规定的容许最大过载电流Idm，第II阶段、-、，恒流加速在这个阶段中，系统为在恒值电压流诉im给定下的电流调节系统，基本上保持电流/d 恒定，因而系统的加速度恒定，转速呈线性增长，第III阶段t2以后，转速调节当转速上升到给定值时，转速调节器ASR的输入偏差减少到零，但其输出却由于积分作用还维持在限幅值Uim*，所以电机仍在加速，使转速超调，转速超调后，ASR输入偏差电压变负，使它开始退出饱和状态，Ui^和/d很快下降， 但是，只要/d仍大于负载电流/dL，转速就继续上升， 此后，转速增加阻力矩也增加，使电机转速下降，当下降至设定速度以下时，ASR输入偏差电压变正，使输出电压仍*上升，进入转速调 节阶段t3、t4。
全文摘要
本发明涉及一种全数字速度电流双闭环交流电动机调压调速控制系统，其特征在于包括速度给定模块，速度PI调节器,电流PI调节器,主控模块,与主控模块相连接的显示模块、驱动模块,与此电流PI调节器的比较器相连接的电动机的电流取样模块,与此速度PI调节器的比较器相连接的电动机的速度采样反馈模块，所述的电流PI调节器-主控模块-驱动模块-电动机的电流取样模块构成电流闭环控制系统,所述的速度PI调节器-主控模块-驱动模块-电动机的速度采样反馈模块构成速度闭环控制系统。其有益效果是它极大的提高了起重机控制技术，控制性能更为优越；同时简化了起重机电控柜的外围配线，降低了安装、维护难度及系统造价。
文档编号H02P23/14GK102130649SQ20111003232
公开日2011年7月20日 申请日期2011年1月30日 优先权日2011年1月30日
发明者杨经建, 田振 申请人:鞍山起重控制设备有限公司