CN102780449A - 塔机回转调速控制设备、系统、方法和塔机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种塔机回转调速控制设备、系统、方法和塔机。其中该塔机回转调速控制设备包括：接收装置，用于接收电机实际的速度信号；处理装置，用于将电机实际的速度与目标速度比较，在电机实际的速度与目标速度的偏差绝对值处于速度偏差范围内的情况下，计算偏差对应的待调信号值，并根据待调信号值控制变频器的频率或涡流装置的电流，以调整电机的速度。使用上述的塔机回转调速控制设备，可以使电机的速度稳定且精确地调整至目标值，提高了调速性能。

Description

塔机回转调速控制设备、系统、方法和塔机

技术领域

本发明涉及工程机械领域，具体地，涉及一种塔机回转调速控制设备、系统、方法和塔机。

背景技术

目前，塔机主要的控制技术有变频控制技术、RCV（回转控制调压）控制技术、串级调压控制技术等。图1示出了现有技术的使用变频器控制电机涡流的调速控制系统的示意图。如图1所示，在通过控制信号调整变频器1的频率的基础上，采用变频器1控制涡流控制模块2来调整涡流装置3的电流，以实现电机M1涡流的调整。变频器1输出0-10V的DC模拟量控制信号，通过控制电压由0-10V变化使涡流电压相应地由高向低变化，配合变频器1的输出，从而实现电机速度的调整。

然而，上述的控制方式至少存在以下缺陷：采用变频器控制涡流很难实现塔机复杂工况下的稳速控制，并且也无法确保调整后的速度达到目标速度。

发明内容

本发明的目的是提供一种塔机回转调速控制设备、系统、方法和塔机，以解决上述现有技术中的问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种塔机回转调速控制设备，该塔机包括电机、变频器和涡流装置，变频器用于驱动所述电机，涡流装置用于向电机施加涡流，其中该设备包括：接收装置，用于接收电机实际的速度信号；处理装置，用于将电机实际的速度与目标速度比较，在电机实际的速度与目标速度的偏差绝对值处于速度偏差范围内的情况下，计算偏差对应的待调信号值，并根据待调信号值控制变频器的频率或涡流装置的电流，以调整电机的速度。

本发明还提供了一种塔机回转调速控制系统，该系统包括：上述的控制设备；以及速度检测装置，与所述接收装置连接，用于检测电机实际的速度。

本发明还提供了一种塔机，该塔机包括上述的塔机回转调速控制系统。

本发明还提供了一种塔机回转调速控制方法，该塔机包括电机、变频器和涡流装置，所述变频器用于驱动所述电机，所述涡流装置用于向所述电机施加涡流，其中该方法包括：接收所述电机实际的速度信号；将所述电机实际的速度与目标速度比较，在所述电机实际速度与目标速度的偏差绝对值处于速度偏差范围内的情况下，计算所述偏差对应的待调信号值，并根据所述待调信号值控制所述变频器的频率或所述涡流装置的电流，以调整电机的速度。

通过对电机实际的速度的实时检测，并在电机实际的速度与目标速度的偏差绝对值处于速度偏差范围内的情况下，根据计算的偏差对应的待调信号值控制变频器的频率或涡流装置的电流来调整电机的速度，从而可以使电机的速度稳定且精确地调整至目标值，提高了调速性能。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1示出了现有技术的使用变频器控制电机涡流的调速控制系统的示意图；

图2是根据本发明实施例的塔机回转调速控制设备的方框图；

图3是根据本发明实施例的塔机回转调速控制系统的方框图；以及

图4根据本发明实施例的塔机调回转速控制方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

图2是根据本发明实施例的塔机回转调速控制设备的方框图。其中，塔机包括电机、变频器和涡流装置，变频器用于驱动电机，涡流装置用于向电机施加涡流。塔机所包括的电机可以是力矩电机，也可以是除力矩电机以外的其他电机。其中，力矩电机的机械特性较软，有利于提高响应速度。

如图2所示，该设备包括：接收装置10，用于接收电机实际的速度信号；处理装置12，用于将电机实际的速度与目标速度（可通过档位信号获得）比较，在电机实际的速度与目标速度的偏差绝对值处于速度偏差范围内的情况下，计算偏差对应的待调信号值，并根据待调信号值控制变频器的频率或涡流装置的电流，以调整电机的速度。

其中，处理装置12与变频器之间可以通过串口通信方式进行通信。

通过对电机实际的速度的实时检测，并在电机实际的速度与目标速度（例如，档位给定速度）的偏差处于速度偏差范围内的情况下，根据计算的偏差对应的待调信号值控制变频器的频率或涡流装置的电流来调整电机的速度，从而可以使电机的速度稳定且精确地调整至目标值，提高了调速性能。

在本实施例中，所述接收装置10还用于接收档位信号；处理装置12还用于在档位切换的情况下根据档位信号控制变频器的频率，并在预定时间之后控制涡流装置的电流，以调整电机的速度，其中预定时间的起算点为对变频器的频率的控制完成的时刻。

在进行低速向高速切换或从高速到低速切换的档位切换情况下，先根据档位信号将频率调节到档位对应的速度频率，在预定时间之后再将涡流装置的电流从上一档位的电流值逐渐减小或增大到当前档位对应的电流值。例如，一档对应的速度频率为10HZ，涡流装置电流值为20A；二档对应的速度频率为16HZ，涡流装置电流值为15A。在从一档到二档的切换过程中，频率先由10HZ调到16HZ，然后在预定时间（例如，0.5S）之后将涡流装置电流值从20A逐渐降到15A，这样电机可以以二档对应的速度（频率16HZ，电流15A）运行。

本领域技术人员应该理解，上述一档到二档的切换以及预定时间的设定均是示例性的，并非用于限定本发明。

由于在进行档位切换时，速度值会有较大的变化，如果突然将速度调整至目标速度，会因速度突变而产生抖动问题。因而本发明根据档位先控制变频器的频率，在预定时间之后控制涡流装置的电流（即在调整完变频器的频率之后调整涡流装置的电流），以调整电机的速度，从而可以避免档位切换（例如由高档位至低档位的切换或者由低档位至高档位的切换）时电机的抖动问题，实现档位切换时电机速度平稳调整。

本发明上述的速度偏差范围可以包括第一速度偏差范围和第二速度偏差范围。其中，第一速度偏差范围可以指的是较小的偏差等级范围，例如大于0Hz且小于等于1Hz；第二速度偏差范围可以指的是较大的偏差等级范围，例如大于1Hz且小于等于1.6Hz。也就是，第二速度偏差范围的下限值大于第一速度偏差范围的上限值。其中，通过交流电频率来反映电机的速度（转速），电机的速度（转速）与交流电频率是一一对应的关系，由下面的公式确定：n=60f(1-s)/p，n为电机转速，f为交流电频率，s为转差率，p为电机的磁极对数。

在上述的速度偏差范围为第一速度偏差范围的情况下，待调信号值为待调电流值，处理装置12控制涡流装置的电流调整至待调电流值，以调整电机的速度。涡流装置的电流的控制可以适用于较小偏差的调整，因而在较小的第一速度偏差范围的情况下，仅将涡流装置的电流调整至偏差对应的待调电流值就可以实现该偏差的稳定调整。

在上述的速度偏差范围为第二速度偏差范围的情况下，所述待调信号值为待调频率值，处理装置12控制变频器的频率调整至所述待调频率值，以调整电机的速度。对变频器频率的控制可以适用于较大偏差的调整，但是该偏差虽然较大，但不会产生速度突变，因而在较大的第二速度偏差范围的情况下，仅将变频器的频率调整至偏差对应的待调频率值就可以实现该偏差的调整。

其中，处理装置12根据均值插分公式计算所述待调信号值，该均值插分公式为：x_N＝(3m-y_N)/2，其中，x为待调信号值，y为电机实际的速度值（速度实时检测值），m为目标速度值，N为大于或等于1的整数，表示对所述电机速度的调整次数。均值插分公式可以由公式e＝y-m和公式x＝m-(e2)推导得出，其中e表示电机实际速度与目标速度的偏差。

由于如上所述通过交流电频率来反映电机的速度（转速），所以通过上述均值插分公式计算得到的待调信号值是由频率值表示的。而对于在速度偏差范围为第一速度偏差范围的情况下的待调电流值，可以通过将频率转换为电流来实现。例如可以通过如下所述的PWM（脉冲宽度调制）方式控制涡流装置的电流调整至待调电流值。

在本实施例中，对涡流装置的电流的控制均是采用PWM（脉冲宽度调制）方式进行的。采用PWM技术，可以提供平滑变化的涡流线圈电流，提高了控制信号的抗干扰能力。

其中，档位可以包括五档（例如，从一档到五档速度依次升高）。当从低速切换至高速时采用减小涡流装置的电流的控制方式，反之采用增大涡流装置的电流的控制方式，涡流的改变是按照斜坡曲线加减的。对于电机的启动，可以预先给定一个涡流初始值，以减缓电机在启动过程中的转矩突变产生的速度冲击。

优选地，在紧急情况下，处理装置12还可以用于控制塔机的制动装置抱闸制动。在制动过程中，涡流值是快速渐变增大的。这样不仅可以获得良好的快速制动效果，还可以克服快速制动时产生的冲击。

图3是根据本发明实施例的塔机回转调速控制系统的方框图。

如图3所示，该系统包括：上述实施例中的控制设备20；以及速度检测装置22，与接收装置12连接，用于检测电机实际的速度。

通过对电机实际的速度的实时检测，并在电机实际的速度与目标速度的偏差绝对值处于速度偏差范围内的情况下，根据计算的偏差对应的待调信号值控制变频器的频率或涡流装置的电流来调整电机的速度，从而可以使电机的速度稳定且较精确地调整至目标值，提高了调速性能。

其中，速度检测装置22例如可以为编码器或传感器。

在本实施例中，该系统还包括：档位检测装置，与接收装置12连接，用于检测档位。

其中，该系统还包括：涡流功率输出装置，与处理装置12连接，用于将处理装置12输出的控制信号转换为需要调整的电流值。即，控制设备20通过PWM来控制涡流功率模块来调节涡流装置的电流，以从而实现电机的速度调节。

在电机运行时，涡流装置的涡流线圈通入电流，根据电磁涡流原理，涡流磁场对电机轴产生反向力矩。由此，采用涡流装置实现电机涡流的控制，从而可以减缓电机调速时（在启动、停止时同样适用）的刚性冲击和刚性摩擦，实现对机构的平稳运行性能控制。

该系统还可以包括人机交互界面，与控制设备20相连，可以用于显示档位、目标速度、电机实际的速度、电机实际的速度与目标速度之间的偏差和计算得到的偏差对应的待调信号值和报警信息等。

本发明实施例还提供了一种塔机，该塔机包括上述的塔机回转调速控制系统。

图4根据本发明实施例的塔机回转调速控制方法的流程图。该塔机包括电机、变频器和涡流装置，变频器用于驱动所述电机，涡流装置用于向电机施加涡流。

如图4所示，该方法包括：

S300，接收电机实际的速度信号；

S302，将电机实际的速度与目标速度比较，在电机实际速度与目标速度的偏差绝对值处于速度偏差范围内的情况下，计算偏差对应的待调信号值，并根据待调信号值控制变频器的频率或涡流装置的电流，以调整电机的速度。

通过对电机实际的速度的实时检测，并在电机实际的速度与即目标速度的偏差绝对值处于速度偏差范围内的情况下，根据计算的偏差对应的待调信号值控制变频器的频率或涡流装置的电流来调整电机的速度，从而可以使电机的速度稳定且精确地调整至目标值，提高了调速性能。

在该方法中，还包括：接收档位信号；在档位切换的情况下根据档位信号控制变频器的频率，并在预定时间之后控制涡流装置的电流，以调整电机的速度，其中预定时间的起算点为对变频器的频率的控制完成的时刻。

在进行低速向高速切换或从高速到低速切换的档位切换情况下，先根据档位信号将频率调节到档位对应的速度频率，在预定时间之后再将涡流装置的电流从上一档位的电流值逐渐减小或增大到当前档位对应的电流值。例如，一档对应的速度频率为10HZ，涡流装置电流值为20A；二档对应的速度频率为16HZ，涡流装置电流值为15A。在从一档到二档的切换过程中，频率先由10HZ调到16HZ，然后在预定时间（例如，0.5S）之后将涡流装置电流值从20A逐渐降到15A，这样电机可以以二档对应的速度（频率16HZ，电流15A）运行。

本领域技术人员应该理解，上述一档到二档的切换以及预定时间的设定均是示例性的，并非用于限定本发明。

由于在进行档位切换时，速度值会有较大的变化，如果一下将速度调整至目标速度，会因速度突变而产生抖动问题。因而本发明根据档位先控制变频器的频率，在预定时间之后控制涡流装置的电流（即在调整完变频器的频率之后调整涡流装置的电流），以调整电机的速度，从而可以避免档位切换（例如由高档位至低档位的切换或者由低档位至高档位的切换）时电机的抖动问题，实现档位切换时电机速度平稳调整。

本发明上述的速度偏差范围可以包括第一速度偏差范围和第二速度偏差范围。其中，第一速度偏差范围可以指的是较小的偏差等级范围，例如大于0Hz且小于等于1Hz；第二速度偏差范围可以指的是较大的偏差等级范围，例如大于1Hz且小于等于1.6Hz。也就是，第二速度偏差范围的下限值大于第一速度偏差范围的上限值。其中，通过交流电频率来反映电机的速度（转速），电机的速度（转速）与交流电频率是一一对应的关系，由下面的公式确定：n=60f(1-s)/p，n为电机转速，f为交流电频率，s为转差率，p为电机的磁极对数。

在上述的速度偏差范围为第一速度偏差范围的情况下，待调信号值为待调电流值，控制涡流装置的电流调整至待调电流值，以调整电机的速度。涡流装置的电流的控制可以适用于较小偏差的调整，因而在较小的第一速度偏差范围的情况下，仅将涡流装置的电流调整至偏差对应的待调电流值就可以实现该偏差的稳定调整。

在上述的速度偏差范围为第二速度偏差范围的情况下，所述待调信号值为待调频率值，控制变频器的频率调整至所述待调频率值，以调整电机的速度。对变频器频率的控制可以适用于较大偏差的调整，但是该偏差虽然较大，但不会产生速度突变，因而在较大的第二速度偏差范围的情况下，仅将变频器的频率调整至偏差对应的待调频率值就可以实现该偏差的调整。

其中，根据均值插分公式计算所述待调信号值，该均值插分公式为：x_N＝(3m-y_N)/2，其中，x为待调信号值，y为电机实际的速度值（速度实时检测值），m为目标速度值，N为大于或等于1的整数，表示对所述电机速度的调整次数。均值插分公式可以由公式e＝y-m和公式x＝m-(e/2)推导得出，其中e表示电机实际速度与目标速度的偏差。

由于如上所述通过交流电频率来反映电机的速度（转速），所以通过上述均值插分公式计算得到的待调信号值是由频率值表示的。而对于在速度偏差范围为第一速度偏差范围的情况下的待调电流值，可以通过将频率转换为电流来实现。例如可以通过如下所述的PWM（脉冲宽度调制）方式控制涡流装置的电流调整至待调电流值。

在本实施例中，对涡流装置的电流的控制均是采用PWM（脉冲宽度调制）方式进行的。采用PWM技术，可以提供平滑变化的涡流线圈电流，提高了控制信号的抗干扰能力。

其中，档位可以包括五档（例如，从一档到五档速度依次升高）。当从低速切换至高速时采用减小涡流装置的电流的控制方式，反之采用增大涡流装置的电流的控制方式，涡流的改变是按照斜坡曲线加减的。对于电机的启动，可以预先给定一个涡流初始值，以减缓电机在启动过程中的转矩突变产生的速度冲击。

优选地，在紧急情况下，还可以控制塔机的制动装置抱闸制动。在制动过程中，涡流装置的电流值是快速渐变增大的。这样可以获得良好的快速制动效果，有克服快速制动时产生的冲击。

从上述实施例可以看出，本发明至少具有以下优点：

1、通过对电机实际的速度的实时检测，并在电机实际的速度与目标速度的偏差绝对值处于速度偏差范围内的情况下，根据计算的偏差对应的待调信号值控制变频器的频率或涡流装置的电流来调整电机的速度，可以使电机的速度稳定且精确地调整至目标值，提高了调速性能。2、在档位切换时先控制变频器的频率，再控制涡流装置的电流，来调整电机的速度，能够实现档位切换时电机速度平稳调整。3、涡流参与整个系统调速控制中，减缓调速过程中的刚性冲击和刚性摩擦，解决了执行机构（电机）启动、停止及档位切换时的抖动问题，并且在丢档位时也不出现塔身晃动现象。4、采用PWM涡流调节技术，提供平滑变化的涡流线圈电流，提高了涡流控制特性。5、在停止过程中，通过加大涡流实现快速制动，从而可以确保制动过程中不会出现因快速制动而产生的速度冲击。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (12)

1.一种塔机回转调速控制设备，该塔机包括电机、变频器和涡流装置，所述变频器用于驱动所述电机，所述涡流装置用于向所述电机施加涡流，其中该设备包括：

接收装置，用于接收所述电机实际的速度信号；

处理装置，用于将所述电机实际的速度与目标速度比较，在所述电机实际的速度与所述目标速度的偏差绝对值处于速度偏差范围内的情况下，计算所述偏差对应的待调信号值，并根据所述待调信号值控制所述变频器的频率或所述涡流装置的电流，以调整所述电机的速度。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，

所述接收装置还用于接收档位信号；

所述处理装置还用于在档位切换的情况下根据所述档位信号控制所述变频器的频率，并在预定时间之后控制所述涡流装置的电流，以调整电机的速度，其中所述预定时间的起算点为对所述变频器的频率的控制完成的时刻。

3.根据权利要求1所述的设备，其中，

在所述速度偏差范围为第一速度偏差范围的情况下，所述待调信号值为待调电流值，所述处理装置控制涡流装置的电流调整至所述待调电流值，以调整电机的速度；或者

在所述速度偏差范围为第二速度偏差范围的情况下，所述待调信号值为待调频率值，所述处理装置控制变频器的频率调整至所述待调频率值，以调整电机的速度，

其中，所述第二速度偏差范围内的下限值大于所述第一速度偏差范围的上限值。

4.根据权利要求1-3中任一项权利要求所述的设备，其中，所述处理装置根据均值插分公式计算所述待调信号值，所述均值插分公式为：x_N＝(3m-y_N)/2，其中，x为所述待调信号值，y为电机实际的速度值，m为目标速度值，N为大于或等于1的整数，表示对所述电机速度的调整次数。

5.根据权利要求1-3中任一项权利要求所述的设备，其中，所述处理装置通过脉冲宽度调制方式控制所述涡流装置的电流。

6.一种塔机回转调速控制系统，该系统包括：

权利要求1-5中任一项权利要求所述的控制设备；以及

速度检测装置，与所述接收装置连接，用于检测电机实际的速度。

7.一种塔机，该塔机包括权利要求6所述的塔机回转调速控制系统。

8.一种塔机回转调速控制方法，该塔机包括电机、变频器和涡流装置，所述变频器用于驱动所述电机，所述涡流装置用于向所述电机施加涡流，其中该方法包括：

接收所述电机实际的速度信号；

将所述电机实际的速度与目标速度比较，在所述电机实际速度与所述目标速度的偏差绝对值处于速度偏差范围内的情况下，计算所述偏差对应的待调信号值，并根据所述待调信号值控制所述变频器的频率或所述涡流装置的电流，以调整电机的速度。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，该方法还包括：

接收档位信号；

在档位切换的情况下根据所述档位信号控制所述变频器的频率，并在预定时间之后控制所述涡流装置的电流，以调整电机的速度，其中所述预定时间的起算点为对所述变频器的频率的控制完成的时刻。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，

在所述速度偏差范围为第一速度偏差范围的情况下，所述待调信号值为待调电流值，控制涡流装置的电流调整至所述待调电流值，以调整电机的速度；或者

在所述速度偏差范围为第二速度偏差范围的情况下，所述待调信号值为待调频率值，控制变频器的频率调整至所述待调频率值，以调整电机的速度；

其中，所述第二速度偏差范围的下限值大于所述第一速度偏差范围的上限值。

11.根据权利要求8-10中任一项权利要求所述的方法，其中，根据均值插分公式计算所述待调信号值，所述均值插分公式为：x_N＝(3m-y_N)/2，其中，x为所述待调信号值，y为电机实际的速度值，m为目标速度值，N为大于或等于1的整数，表示对所述电机速度的调整次数。

12.根据权利要求8-10中任一项权利要求所述的方法，其中，通过脉冲宽度调制方式控制所述涡流装置的电流。

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