一种高速离心机加减速控制方法

1.本发明涉及离心机控制技术领域，尤其涉及一种高速离心机加减速控制方法。


背景技术：

2.医生和生化实验室的研究人员，在对血液，培养液等液体进行分析实验时，经常需要不断的替换配方进行实验，这样就需要在离心这道工序实验的时间越短越好；针对这样的需求，就需要启动到最大转速或从最大转速到停车，速度均是越快越好。
3.目前国内的高速离心机在加、减速控制方面不如欧美；例如，德国的艾本德针对转子型号为24*1.5ml的实现在13s内快速达到13000rpm稳定的转速，同时也能在14s内从最高速稳定停车；他们的离心机加、减速控制处于领先地位，目前国内暂未有企业能达到他们的指标要求。
4.从零速到最高速或最高速到零的快速启停，除了电机控制外，更重要是加减速控制的策略；当电机静止状态，电压不能太大，否则会出现冲击电压，使电机抱死；何时低速启动，何时高速加速，何时稳定转速，需要根据电机和负载特性进行合理设计；从高速到零，由于转子惯性大，正常滑行都需要以分钟为单位的时间，需要刹车装置启动，由于电机是感性负载，根据公式u
l
＝ldi/dt由于电流突变会造成大电压，不合理的刹车策略会损坏控制元器件；所以需要一个合理的控制算法，才能保证离心机的稳定的加速或减速，使电机及电路工作稳定。


技术实现要素：

5.本发明解决的技术问题是在离心机加速或减速的不同阶段，设定不同的加减速控制方法，使离心机加、减速更加平稳，有效延长离心机使用寿命。
6.本发明所采用的技术方案是：一种高速离心机加速控制方法包括以下步骤：
7.s1、设定离心机目标转速；
8.s2、将离心电机实际转速与设定的目标转速进行比较，根据比较结果将离心机设定为低速、加速和稳速三种状态；
9.s3、根据离心机处于不同状态采用不同加速控制方法；
10.进一步的，离心机低速状态是离心机实际转速小于设定值v1；离心机电机采用svpwm正弦波信号和固定v2转速对离心机进行缓慢加速；加速t0秒后，当检测到离心机实际转速大于v1时，离心机切换到加速状态；
11.离心机的加速状态是离心机实际转速小于目标转速r1％；离心机电机采用pwm方波信号，设电机满量程电压为v
max
，在固定检测周期t1秒内按r2％*v
max
的电压增幅逐步增加电机电压，检测时间达到t2秒时离心机实际转速仍小于目标转速r1％时(此时实际电压为v
t
)，按照v
t
*(r3％)n电压逐步增加电机电压，其中n为电压增加次数；当离心机实际转速超过目标转速r1％时，离心机切换到稳速状态；
12.稳速状态是离心机实际转速超过目标转速r1％；离心机电机采用svpwm正弦波信
号，在t3时间内电机采用pi控制，使离心电机转速平稳增加到目标转速；
13.一种高速离心机减速控制方法包括以下步骤：
14.a1、设定离心机目标转速；
15.a2、将离心电机实际转速与设定的目标转速进行比较，根据比较结果将离心机设定对慢减速、快减速和紧急制动三种状态；
16.a3、根据离心机处于不同状态采用不同减速控制方法；
17.进一步的，离心机的慢减速状态是离心机实际转速与设定目标转速之差超过离心机额定转速的r
’1％时，离心电机控制输入电压按照r
’2％*v
max
维持离心电机运转电压，离心机转速降低，当检测到离心机实际转速与设定转速介于阈值范围内时，离心机切换到快减速状态；
18.离心机的快减速状态是离心机实际转速与设定目标转速之差低于r
’1％且超过离心机额定转速的r
’3％时，离心机启动刹车功能，采用定子绕组短接制动，短接制动时间＝[1-(离心机实际转速与设定目标转速之差)/离心机额定转速]*短接制动总时间，检测到离心机实际转速与设定转速小于r
’3％时，离心机切换到紧急制动状态；
[0019]
离心机的紧急制动状态是离心机实际转速与设定目标转速之差小于r
’3％时，离心机定子绕组持续制动，直至离心机转速为零。
[0020]
本发明的有益效果是：
[0021]
1、针对离心机的不同应用场景，制定不同的策略，将离心机的实际转速与设定转速进行比较，使得离心机加、减速更加平稳，可有效延长离心机使用寿命。
附图说明
[0022]
图1是本发明的高速离心机加减速控制方法流程图。
具体实施方式
[0023]
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
[0024]
实施例1：
[0025]
如图1所示，一种高速离心机加速控制方法，包括以下步骤：
[0026]
本实施例中s1、设定离心机目标转速10000rpm/s；
[0027]
s2、将离心电机实际转速与设定的目标转速进行比较，根据比较结果将离心机设定对低速、加速和稳速三种状态；
[0028]
s3、根据离心机处于不同状态采用不同加速控制方法；
[0029]
进一步的，离心机低速状态是离心机转速小于100rpm/s；假设离心机当前时速为0，离心机电机采用svpwm正弦波信号和固定200rpm/s转速进行缓慢加速，加速0.5s后；当检测到离心机实际转速大于100rpm/s时，离心机切换到加速状态；
[0030]
离心机加速状态是离心机实际转速小于目标转速90％(即离心机转速为9000rpm/s)且大于100rpm/s；离心机电机采用pwm方波信号，设电机满量程电压为220v，在固定检测周期0.1秒内按1％*220v的电压增幅逐步增加电机电压，检测时间达到0.5秒时离心机实际转速为3000rpm/s仍小于目标转速9000rpm/s时(此时实际电压为50v)，按照50*(50％)n电
压逐步增加电机电压，例如第一次电机电压为50*(50％)1＝25v，第二次电机电压＝50*(50％)2＝12.5v，以此类推，当离心机实际转速超过目标转速90％时即9000rpm/s，离心机切换到稳速状态；
[0031]
稳速状态是离心机实际转速超过目标转速90％；离心机电机采用svpwm正弦波信号，在刚开始切入svpwm方式的时候，输出电压的能力保持不变，持续时间为0.5s，通过持续时间后，采用pi闭环控制，pi的参数根据电机不同而不同，本实施例电机电压功率参数为110v、200w、转速为12000转，负载为0.135n.m，采用的p＝0.002，i＝0.0005，k为电压和转速换算的比例系数；使用的公式如下面所示：
[0032]
转速差(n)＝目标转速-当前实际转速(n)，n表示某一时刻；
ꢀꢀꢀ
(1)
[0033]
输出积分项(n)＝输出电压能力积分项(n-1)+转速差(n)*i,n-1表示上一时刻，i为积分系数；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0034]
输出电压能量(n)＝(转速差(n)*p+输出电压能力积分项(n))*k；
ꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0035]
根据公式，如果转速差为正值，就增加输出电压能量，如果为负值，就减少输出电压能量，最终使离心电机转速平稳增加到目标转速10000rpm/s。
[0036]
实施例2：
[0037]
一种高速离心机减速控制方法，包括如下步骤：
[0038]
本实施例中a1、设定离心机目标转速为500rpm/s；
[0039]
a2、将离心电机实际转速与设定的目标转速进行比较，根据比较结果将离心机设定对慢减速、快减速和紧急制动三种状态；
[0040]
a3、根据离心机处于不同状态采用不同减速控制方法；
[0041]
设离心机额定转速12000rpm/s，例如离心机当前实际转速为9000rpm/s，慢减速状态是离心机转速(9000-500)＝8500rpm/s超过离心机额定转速的50％时(即6000rpm/s)，离心机为慢减速状态，离心机控制输入电压按照5％*220v＝11v维持离心电机运转，由于离心机输入电压由220v降低到11v后离心机转速降低；当离心机转速减低到6000rpm/s以下，即小于离心机额定转速的50％(6000rpm/s)，离心机进入快减速状态；
[0042]
离心机进入快减速状态时离心机启动刹车制动功能，采用定子绕组短接制动，例如设短接制动总时间为4s，离心机实际转速为5900rpm/s，离心机按照100ms周期进行制动，首次短接制动时间＝[1-(5900-500)/12000]*4＝2.2s，首次制动结束后假定离心机转速为5000rpm/s，5000rpm/s超过离心机额定转速的20％(即2400rpm/s)，离心机电机进行第二次制动，第二次制动时间＝[1-(5000-500)/12000]*4＝1.5s，以此类推，当离心机实际转速低于离心机额定转速的20％时，离心机进入紧急制动状态；
[0043]
离心机紧急制动状态是离心机实际转速与设定目标转速之差小于20％，即当离心机实际转速低于2400rpm/s时，离心机定子绕组持续制动，直至离心机转速为零。
[0044]
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。