CN102066231B - 用于控制速度可控的起重机驱动装置的马达的转速的方法和起重机驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于控制速度可控的起重机驱动装置的马达的转速的方法，所述方法包括：接收提升速度指令

使用包括提升速度指令

的初始信息形成最终速度指令和使用最终速度指令

作为速度可控的起重机驱动装置的马达的转速的速度指令。所述方法还包括监测绳索力的实际值的位置导数(dF/dz)。用于形成最终速度指令

的初始信息包括绳索力的实际值的位置导数(dF/dz)。

Description

用于控制速度可控的起重机驱动装置的马达的转速的方法和起重机驱动装置

技术领域

本发明涉及速度可控的起重机/提升机驱动装置的马达的转速的控制。

背景技术

当从地面提升负载时，负载和承载该负载的结构均受到竖直震动。这种竖直震动主要是由当从地面以高提升速度迅速地提升负载时所产生的冲击载荷引起的。

当从地面移开负载时，可通过保持低提升速度来减小冲击载荷。有经验的起重机操作者可通过在负载离开地面的时刻减小提升速度而手动地应用这种方法。

已知在起重机驱动装置上安装起重机控制器，该控制器设置成通过监测绳索力相对于时间的变化——即，绳索力的时间导数——来检测绳索的张紧和负载的悬空。当绳索力的时间导数过高时，提升速度被减小。当绳索力的时间导数变得足够低时，提升速度被增大至其初始值。这种控制器与双速起重机驱动装置结合可获得十分好的结果。

基于监测时间导数来防止冲击载荷的问题是，该方法不能很好地适用于提升速度可能为介于最大速度和最小速度之间的任何值的速度可控的起重机驱动装置。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于控制速度可控的起重机驱动装置的马达的转速的方法和一种起重机驱动装置，以便能够减轻上述问题。本发明的目的由以独立权利要求中所述内容为特征的方法和起重机驱动装置实现。从属权利要求记载了本发明的优选实施方式。

本发明的基本思想是使用绳索力的实际值的位置导数形成速度可控的起重机驱动装置的最终速度指令。绳索力的位置导数是指绳索力相对于起重元件位置的变化。

本发明的优点是，与使用基于监测绳索力的时间导数的方法相比，通过监测绳索力的实际值的位置导数能获得更可靠的关于提升过程的信息。本发明适合例如用于指示负载的悬空和用于指示绳索的张紧。

附图说明

下面参照附图并结合优选实施方式对本发明进行更加详细的说明，其中：

图1为根据本发明的一实施方式的起重机驱动装置的示意图；

图2示出了图1中的起重机驱动装置的模拟的提升过程。

具体实施方式

图1示出了一起重机驱动装置，包括绳索2、与该绳索连接的起重元件4、速度可控的马达6和起重机控制器10，所述速度可控的马达6与绳索2可操作地连接以用于通过起重元件4提升负载8。起重机控制器10设置成接收提升速度指令

以便形成最终速度指令

并通过该最终速度指令

来控制速度可控的马达6的转速。

所述起重机驱动装置还包括用于确定指向绳索2的绳索力的实际值F的装置和用于确定起重元件4的位置信息的装置。用于确定绳索力的实际值F的装置可包括与绳索2的紧固点连接的应变仪。用于确定起重元件4的位置信息的装置可包括马达6的脉冲传感器。该脉冲传感器提供与马达6的旋转相关的信息n_m，该信息被输送至起重机控制器10。起重机控制器10通过使用与马达6的旋转相关的信息n_m以及马达6的旋转和起重元件4的位置之间的已知的传动比作为初始信息来确定起重元件4的位置。

起重机控制器10设置成通过使用绳索力的实际值F和起重元件4的位置信息作为初始信息来确定绳索力的实际值的位置导数dF/dz。因此，绳索力的实际值的位置导数dF/dz描述了绳索力的实际值F相对于起重元件4的位置z的变化而发生的变化。起重机控制器10还设置成监测其所确定的绳索力的实际值的位置导数dF/dz，并基于此控制马达6的转速。起重机驱动装置使用绳索力的实际值的位置导数dF/dz的值来观测负载提升过程的不同阶段。

当满足预定条件时，起重机控制器10指示绳索2的张紧。指示绳索的张紧所基于的条件包括超过绳索力的位置导数的预定冲击载荷极限值dF_z，IL和绳索力的冲击载荷极限值F_IL。起重机控制器10设置成响应所指示的绳索的张紧而将最终速度指令

的值降低到等于速度指令的预定冲击载荷极限值ω_IL。

在没有指示绳索2的张紧的情况下，起重机控制器10设置成用于形成在预定参数范围内与提升速度指令一致的最终速度指令

最终速度指令

的变化速度保持在预定范围内，即，即使提升速度指令逐步地改变，最终速度指令

也不会逐步地改变。

在起重机控制器10中，将超过绳索力的冲击载荷极限值F_IL作为用于指示绳索2的张紧的一个条件，例如是因为该程序能够防止在所确定的绳索力的实际值的位置导数dF/dz存在错误的情况下错误地指示绳索2的张紧。因此，使用超过绳索力的冲击载荷极限值F_IL作为用于指示绳索的张紧的条件是备份条件。在本发明的一实施方式中，指示绳索的张紧所基于的预定条件包括超过绳索力的位置导数的冲击载荷极限值dF_z，IL，但不包括超过绳索力的冲击载荷极限值F_IL。

在指示绳索的张紧之后，起重机控制器10指示负载的悬空，并且此时绳索力的实际值的位置导数dF/dz减小到低于预定的负载离地起升极限值dF_z，LO。绳索力的位置导数的极限值适用于不等式dF_z，IL＞dF_z，LO＞0。起重机控制器10响应于所指示的载荷的悬空而将最终速度指令

的值增加至与提升速度指令

相等。

位置导数的负载离地起升极限值dF_z，LO是已经提前被输入起重机控制器10的起重机驱动装置的特定的初始信息。绳索力的位置导数的冲击载荷极限值dF_z，IL、绳索力的冲击载荷极限值F_IL和速度指令的冲击载荷极限值ω_IL也是起重机驱动装置的特定的初始信息。

在本发明的一个实施方式中，绳索力的实际值的位置导数dF/dz仅仅用于指示载荷的悬空，即，当绳索力的实际值的位置导数dF/dz减小到低于预定的负载离地起升极限值dF_z，LO时指示负载的悬空。在该实施方式中，绳索的张紧通过数量而不是通过绳索力的实际值的位置导数进行指示。可以例如响应于超过绳索力的预定冲击载荷极限值F_IL而指示绳索的张紧。

图2示出了以模拟图1的起重机驱动装置的起重过程为基础绘制的四条曲线。第一条曲线示出了最终速度指令和速度可控的马达6的转速ω_m。第二条曲线示出了绳索力的实际值的位置导数dF/dz。第三条曲线示出了绳索力F的实际值。第四条曲线示出了起重机驱动装置的操作状态OS。图2中的四条曲线均示出为时间的函数，水平轴线的单位为秒。

在t＝0时刻，最终速度指令

和转速ω_m为零，将稍高于400转/秒的提升速度指令

输入起重机控制器10。根据图2的第一条曲线，起重机控制器10开始增加最终速度指令

从而最终速度指令

以角加速度α_acc＝260rad/s²增加。当最终速度指令

达到提升速度指令时，最终速度指令停止增加。

在t_{os2_3}时刻，用于指示绳索2的张紧的条件被满足，即，绳索力的实际值F大于绳索力的冲击载荷极限值F_IL＝5000N，并且绳索力的实际值的位置导数dF/dz高于绳索力的位置导数的冲击载荷极限值dF_z，IL＝100N/mm。从第三条曲线可以看到，绳索力的实际值F实际上早已经超过了绳索力的冲击载荷极限值F_IL，即，对于指示绳索的张紧，关键的事项是绳索力的实际值的位置导数dF/dz增加到超过绳索力的位置导数的冲击载荷极限值dF_z，IL。

当已经指示绳索2的张紧，起重机控制器10开始减小最终速度指令

从而最终速度指令以角加速度α_{dec_f}朝向速度指令的冲击载荷极限值ω_IL减小。角加速度α_{dec_f}的绝对值基本高于角加速度α_acc的绝对值，即，在起重机控制器10已经指示绳索张紧后，马达6的转速快速降低。较大的角减速度是为了确保在负载离开地面之前，最终速度指令

具有足够的时间达到速度指令的冲击载荷极限值ω_IL。当最终速度指令达到速度指令的冲击载荷极限值ω_IL＝65rad/s时，最终速度指令

停止减小。

理论上，当起重机控制器10指示绳索张紧时，最终速度指令可以直接减小至速度指令的冲击载荷极限值ω_IL，但是在实际的起重机驱动装置中，这可能导致例如变频器的过电流保护从而使得马达停止工作。因此，在多个实施方式中，通过使用有限的减速度将最终速度指令减小至速度指令的冲击载荷极限值ω_IL是合理的。

从图2的第二和第三曲线中可以看到，绳索力的实际值F和绳索力的实际值的位置导数dF/dz在t_{os2_3}时刻之后仍然增加，并且即使在最终速度指令

已经达到速度指令的冲击载荷极限值ω_IL后继续增加。

在t_{os3_4}时刻，用于指示载荷悬空的条件被满足，即，在比对应于指示绳索的张紧的时刻t_{os2_3}更晚的时刻，绳索力的实际值的位置导数dF/dz减小到低于预定的负载离地起升极限值dF_z，LO＝50N/mm。在这种情况下，起重机控制器10开始增加最终速度指令

从而最终速度指令以角加速度α_acc朝向提升速度指令

增加。当最终速度指令达到提升速度指令

时，最终速度指令

停止增加。

从图2的第一条曲线中可以看到，速度可控的马达6的转速ω_m较紧地跟随最终速度指令

即，所述曲线在大多数时间基本上彼此重叠。最终速度指令

的曲线由清晰的直线组成，速度可控的马达6的转速ω_m示出为这些直线的扭曲变形。速度可控的马达6的转速ω_m实际上只是在最终速度指令

随着其减小而到达速度指令的冲击载荷极限值ω_IL的情况下才与最终速度指令

明显不同。在这种情况下，马达6的转速ω_m暂时地明显降低到低于速度指令的冲击载荷极限值ω_IL。

图2的第四条曲线示出了起重机驱动装置在不同时刻的操作状态OS。起初，起重机驱动装置在操作状态OS2，起重机控制器10指示起重元件4为空。在t_{os2_3}时刻，起重机驱动装置从操作状态OS2到达操作状态OS3，此时起重机控制器10指示绳索2被张紧。在t_{os3_4}时刻，起重机驱动装置从操作状态OS3到达操作状态OS4，此时起重机控制器10指示载荷悬空。

在图2的模拟的提升过程中，提升速度指令

总是保持不变。但是，应当清楚，本发明的方法也可用于在提升过程中提升速度指令变化的情况。例如，如果在指示绳索张紧后、但在最终速度指令

达到速度指令的冲击载荷极限值ω_IL之前，提升速度指令

减小到低于速度指令的冲击载荷极限值ω_IL，那么，起重机控制器10将不会在速度指令的冲击载荷极限值ω_IL停止减小最终速度指令，而是会将最终速度指令减小到新的提升速度指令的水平。换句话说，起重机控制器10在已经指示绳索张紧后，会将最终速度指令至少降低至速度指令的冲击载荷极限值ω_IL的水平。相应地，起重机控制器10在已经指示载荷悬空后，仅仅在提升速度指令高于速度指令的冲击载荷极限值ω_IL的情况下才开始增加最终速度指令

的值。

由于根据本发明的方法能够自动地避免不利的大的冲击载荷，因此，当从地面提升负载时，要被输入到起重机控制器的提升速度指令甚至可以等于起重机驱动装置的马达的最大允许转速。由此，无论起重机驱动装置的操作者的经验和职业技能如何，都可以从地面平稳地提升负载。因此，根据本发明的方法也能很好地适用于自动式起重机。

在图1中，起重元件4为起重钩。在本发明的替换实施方式中，起重元件可以是任何能够抓住负载的元件，例如起重锚、起重叉或者磁力起重元件。

起重元件4的位置在本文中标记为‘z’，其在很多情况下是指竖直方向。但是应当清楚，本发明的应用决不仅限于负载沿竖直方向运动的实施方式。

本发明的基本原理可以以多种不同的方式实施，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，本发明及其实施方式并不限于上述示例，而是可以在权利要求的范围内变化。

Claims (11)

1.用于控制速度可控的起重机驱动装置的马达的转速的方法，所述起重机驱动装置包括绳索(2)、与绳索(2)连接的起重元件(4)、和与绳索(2)可操作地连接以用于通过起重元件(4)提升负载(8)的速度可控的马达(6)，所述方法包括：

接收提升速度指令

使用包括提升速度指令    的初始信息形成最终速度指令

使用最终速度指令

    作为速度可控的起重机驱动装置的马达(6)的转速的速度指令；

所述方法的特征在于，还包括监测绳索力的实际值的位置导数(dF/dz)；用于形成最终速度指令

的初始信息包括绳索力的实际值的位置导数(dF/dz)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

当满足预定条件时指示负载(8)的悬空，所述条件包括绳索力的实际值的位置导数(dF/dz)减小到低于预定的负载离地起升极限值(dF_z，L0)；

响应于所指示的负载的悬空增加最终速度指令

的值，使其等于提升速度指令

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：

在满足预定条件的时刻(t_{os2_3})指示绳索的张紧；和

用于指示负载的悬空的预定条件包括指示负载的悬空的时刻(t_{os3_4})晚于指示绳索的张紧的时刻(t_{os2_3})。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，用于指示绳索的张紧的预定条件包括超过绳索力的位置导数的预定冲击载荷极限值(dF_z，IL)。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，用于指示绳索的张紧的预定条件包括超过绳索力的预定冲击载荷极限值(F_IL)。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，用于指示绳索的张紧的预定条件包括超过绳索力的预定冲击载荷极限值(F_IL)。

7.根据权利要求3-6中任一项所述的方法，其特征在于，响应于所指示的绳索的张紧将最终速度指令

的值减小到等于速度指令的预定冲击载荷极限值(ω_IL)，该值低于提升速度指令

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

当满足预定条件时指示绳索的张紧，所述条件包括超过绳索力的位置导数的预定冲击载荷极限值(dF_z，IL)；

响应于所指示的绳索的张紧减小最终速度指令

的值，使其等于速度指令的预定冲击载荷极限值(ω_IL)，该值低于提升速度指令

9.一种起重机驱动装置，包括绳索(2)、与绳索(2)连接的起重元件(4)、与绳索(2)可操作地连接以用于通过起重元件(4)提升负载(8)的速度可控的马达(6)、和起重机控制器(10)，所述起重机控制器(10)设置成：

接收提升速度指令

使用包括提升速度指令

的初始信息形成最终速度指令

通过最终速度指令

控制速度可控的马达(6)的转速；

所述起重机驱动装置的特征在于，所述起重机控制器(10)还设置成监测绳索力的实际值的位置导数(dF/dz)；用于形成最终速度指令的初始信息包括绳索力的实际值的位置导数(dF/dz)。

10.根据权利要求9所述的起重机驱动装置，其特征在于，所述起重机控制器(10)还设置成：

当满足预定条件时指示负载(8)的悬空，所述条件包括绳索力的实际值的位置导数(dF/dz)减小到低于预定的负载离地起升极限值(dF_z，L0)；

响应于所指示的负载的悬空增加最终速度指令的值，使其等于提升速度指令

11.根据权利要求9所述的起重机驱动装置，其特征在于，所述起重机控制器(10)还设置成：

当满足预定条件时指示绳索的张紧，所述条件包括超过绳索力的位置导数的预定冲击载荷极限值(dF_z，IL)；

响应于所指示的绳索的张紧减小最终速度指令

的值，使其等于速度指令的预定冲击载荷极限值(ω_IL)。

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