CN103253598B - 塔机回转臂架控制装置、系统、方法和塔机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种塔机回转臂架控制装置、系统、方法和塔机。该调速控制装置包括接收器，用于接收所述电机的目标转速及当前转速；以及控制器，用于：根据所述目标转速，确定该目标转速所处的目标档位；根据所述目标转速与当前转速的速度差和目标档位，从预先存储的对应不同档位切换的加减速控制曲线中，选择与所述目标转速与当前转速的速度差和目标档位相对应的加减速控制曲线；以及根据所选择的加减速控制曲线，控制所述电机的转速变化。通过选择不同的加减速控制曲线来控制电机转速变化，以实现回转臂架加减速运动过程中的平稳控制，防止加减速过程中回转臂架出现抖动。

Description

塔机回转臂架控制装置、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，涉及一种塔机回转臂架控制装置、系统、方法和塔机。

背景技术

在建筑施工中对于物料的垂直和水平输送及建筑构件的安装等都需要通过塔机来进行。在塔机回转系统中，由于回转臂架很长，在速度传递过程中，臂架各部位对速度变化的响应时间不一样，臂架的根部响应最快，臂尖响应最慢，并且其惯性量较大，因此回转臂架在加减调速过程中会出现臂架抖动摇摆的现象。目前，塔机回转控制方式有转子串电阻调速、调压调速，变频调速等，但这些控制方式都没能很好的解决塔机回转臂架在加减速过程中出现抖动的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种塔机回转臂架控制装置、系统、方法和塔机，以实现回转臂架加减速运动过程中的平稳控制，防止加减速过程中回转臂架出现抖动。

为了实现上述目的，本发明提供一种塔机回转臂架控制装置，所述塔机包括电机，该电机用于驱动所述回转臂架动作，所述控制装置包括：接收器，用于接收所述电机的目标转速及当前转速；以及控制器，用于：根据所述目标转速，确定该目标转速所处的目标档位；根据所述目标转速与当前转速的速度差和目标档位，从预先存储的对应不同档位切换的加减速控制曲线中，选择与所述目标转速与当前转速的速度差和目标档位相对应的加减速控制曲线，其中所述对应不同档位切换的加减速控制曲线能够抑制所述回转臂架在档位切换期间出现抖动；以及根据所选择的加减速控制曲线，控制所述电机的转速变化。

相应地，本发明还提供一种塔机回转臂架控制系统，所述控制系统包括：上述控制装置；速度检测装置，与所述接收器连接，用于检测所述电机的当前转速；以及速度给定装置，与所述接收器连接，用于给定所述电机的目标转速和当前转速。

相应地，本发明还提供一种塔机，该塔机包括上述塔机回转臂架控制系统。

相应地，本发明还提供一种塔机回转臂架控制方法，所述塔机包括电机，所述控制方法包括：接收所述电机的目标转速及当前转速；根据所述目标转速，确定该目标转速所处的目标档位；根据所述目标转速与当前转速的速度差和目标档位，从预先存储的对应不同档位切换的加减速控制曲线中，选择与所述目标转速与当前转速的速度差和目标档位相对应的加减速控制曲线；以及根据所选择的加减速控制曲线，控制所述电机的转速变化。

本发明通过根据目标转速与当前转速的速度差和目标转速所处的目标档位，从预先存储的对应不同档位切换的加减速控制曲线中，选择与目标转速与当前转速速度差和目标档位相对应的加减速控制曲线，然后根据所选择的加减速控制曲线，控制电机的转速变化，通过该技术方案可以有效适应不同速度的变化带来的扰动，避免了回转臂架在加减速过程中出现抖动，很好地实现了在回转调速过程中控制回转臂架的平稳运行。

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进一步理解，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是根据本发明实施方式的塔机回转臂架控制装置的方框图；

图2是根据本发明一种实施方式的不同加速情况与加速控制曲线的对应关系示意图；

图3是根据本发明的塔机回转臂架控制系统的方框图；及

图4是根据本发明的塔机回转臂架控制方法的流程图。

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1是根据本发明实施方式的塔机回转臂架控制装置的方框图。如图1所示，本发明提供的塔机回转臂架控制装置10包括接收器11和控制器12，其中，接收器11用于接收电机的目标转速及当前转速，控制器用于：根据目标转速确定该目标转速所处的目标档位；根据目标转速与当前转速的速度差和目标档位，从预先存储的对应不同档位切换的加减速控制曲线中，选择同所述目标转速与当前转速的速度差和目标档位相对应的加减速控制曲线，其中对应不同档位切换的加减速控制曲线能够抑制回转臂架在档位切换期间出现抖动；以及根据所选择的加减速控制曲线，控制所述电机的转速变化。通过该技术方案可以有效适应不同速度的变化带来的扰动，避免了回转臂架在加减速过程中出现抖动，很好地实现了在回转调速过程中控制回转臂架的平稳运行，防止加减速过程中回转臂架出现抖动。

优选地，如果在当前加减速过程中接收到下一个目标转速，控制器12不针对该下一个目标转速选择加减速控制曲线而是按照当前的加减速控制曲线来控制电机的转速变化，直至当前加减速时间达到当前的加减速控制曲线所对应的控制时间。换言之，只有电机转速达到目标转速之后，才能进行下一个加减速调速控制过程。例如，在电机运行于1档速度时，接收器11接收到2档速度的目标速度，而在电机还未加速至2档速度时，接收器11又接收到3档速度的目标速度，则此时，控制器12不针对该3档速度的目标转速选择加减速控制曲线，直至当前加减速时间达到1档速度至2档速度的加减速控制曲线所对应的控制时间。

优选地，加减速控制曲线是由直线和抛物线拟合而成，从而可使得电机的转速变化较为平滑，抑制塔机回转臂架在加减速过程中出现抖动。加减速控制曲线可存储在加减速控制决策库中，其中加速控制曲线可以包含在加速控制决策库中，而减速控制曲线可以包括在减速控制决策库中。可以通过目标档位和目标转速与当前速度之间的速度差(此处的当前速度和目标速度为不同的档位速度，当前速度与目标速度的速度差为不同档位间的速度差)来选择加减速控制曲线。以下将通过参考图2来详细描述通过目标档位和速度差选择加减速控制曲线的过程。

图2是根据本发明一种实施方式的不同加速情况与加速控制曲线的对应关系示意图。在接收器11接收到电机的目标转速和当前转速之后，控制器12根据目标转速和当前转速确定目标转速所对应的目标档位及目标转速与当前转速之间的速度差，如果该速度差为正，则表示该调速过程为加速过程，从而应该从加速控制决策库中选择加速控制曲线。在一种实施方式中，可以通过包括1档速度f₁、2档速度f₂、3档速度f₃和4档速度f₄的4个档位速度来调节塔机回转臂架速度，但应理解档位速度的数量可以是小于或大于4。

具体过程如图2所示，在以1档速度启动时，控制器12根据目标速度确定此时的目标档位为1档速度f₁，速度差为Δf＝f₁-0，此时根据f₁和Δf＝f₁-0能够从加速控制决策库中选择所对应的加速控制曲线S_0-1，然后控制器12输出加减速控制曲线命令，驱动器接收到控制命令后输出相应的加减速控制信号以控制电机的转速变化，此时所对应的加速时间为t₁。同样地，由1档速度加速至2档速度时，通过目标档位f₂和速度差Δf＝f₂-f₁来选择加速控制曲线S_1-2以控制电机的转速变化，此时所对应的加速时间为t₂－t₁；以2档速度启动时，通过目标档位f₂和速度差Δf＝f₂-0来选择加速控制曲线S_0-2以控制电机的转速变化，此时所对应的加速时间为t₂；由2档速度加速至3档速度时，通过目标档位f₃和速度差Δf＝f₃-f₂来选择加速控制曲线S_2-3以控制电机的转速变化，此时所对应的加速时间为t₃－t₂；由1档速度加速至3档速度时，通过目标档位f₃和速度差Δf＝f₃-f₁来选择加速控制曲线S_1-3以控制电机的转速变化，此时所对应的加速时间为t₃－t₁；以3档速度启动时，通过目标档位f₃和速度差Δf＝f₃-0来选择加速控制曲线S_0-3以控制电机的转速变化，此时所对应的加速时间为t₃；由3档速度加速至4档速度时，通过目标档位f₄和速度差Δf＝f₄-f₃来选择加速控制曲线S_3-4以控制电机的转速变化，此时所对应的加速时间为t₄－t₃；由2档速度加速至4档速度时，通过目标档位f₄和速度差Δf＝f₄-f₂来选择加速控制曲线S_2-4以控制电机的转速变化，此时所对应的加速时间为t₄－t₂；由1档速度加速至4档速度时，通过目标档位f₄和速度差Δf＝f₄-f₁来选择加速控制曲线S_1-4以控制电机的转速变化，此时所对应的加速时间为t₄－t₁；以4档速度启动时，通过目标档位f₄和速度差Δf＝f₄-0来选择加速控制曲线S_0-4以控制电机的转速变化，此时所对应的加速时间为t₄。

对于减速过程，选择减速控制曲线的方式与上述选择加速控制曲线的方式相似，本领域技术人员能够根据上文所述实现加速调速控制，所以在此不再赘述。

其中，加减速曲线是根据对塔机回转臂架运行特性及力学特性的深入研究和实践总结所得出的，其是基于目标速度与当前速度之差以及目标档位与加减速时间和加/减速度之间对应关系的原则，通过关于时间和加减速的抛物线函数和直线函数自由拟合而成的，且加减速时间可以设置为任意合适的时间长度，以便能够控制电机较为平稳的进行转速变化。

例如，抛物线函数可以为：

$f=\frac{1}{2}{a}_1{(t-T_1)}^2+C_1;$

直线函数可以为：

f＝a₂(t-T₂)+C₂；

其中，f是电机的速度；a₁为抛物线段加减速度；t为整个加减速过程的结束时间；T₁为抛物线段加减速过程的起始时间；C₁抛物线段速度初始常数；a₂为直线段速度变化率；T₂为直线段加减速过程的起始时间；C₂为直线段速度初始常数。应该注意，上述抛物线函数和直线函数仅为示例性函数，本领域技术人员应该能够利用任何合适的函数来实现本发明的技术方案。

应该理解，图中所示曲线仅为示例性的，其并不意欲将本发明限制于特定的形式中。

如图3所示，本发明还提供一种塔机回转臂架控制系统，所述控制系统包括：控制装置10；速度检测装置30，与控制装置10中的接收器11连接，用于检测电机的当前转速；以及速度给定装置20，该速度给定装置20与控制装置10中的接收器11连接，用于给定所述电机的目标转速。应该理解还可以将当前给定的目标转速作为下一次加减速控制过程中的当前转速。

相应地，本发明还提供一种塔机，该塔机包括上述塔机回转臂架控制系统。

图4示出了本发明的一种塔机回转臂架控制方法。在401处，接收电机的目标转速和当前转速；在402处，确定对应于目标转速的目标档位；在403处，根据目标转速与当前转速的速度差和目标档位选择加减速控制曲线，其中对应不同档位切换的加减速控制曲线能够抑制回转臂架在档位切换期间出现抖动；在404处，根据所选择的控制曲线来控制电机的转速变化。

优选地，加减速控制曲线可以是由直线函数和抛物线函数拟合而成。

本发明根据目标转速与当前转速的速度差和目标档位来选择不同的加减速控制曲线控制电机加减速运行，可以有效适应不同的速度变化带来的扰动，很好地实现在回转调速过程中控制回转臂架的平稳运行。这是对塔机实际工作运行特性深入研究与先进控制技术相融合的一种控制策略，更适合塔机回转臂架的调速控制，具有塔机自身特点的控制手段。本发明提出一个加减速控制决策矩阵库，建立速度差和控制目标速度等级对应的加减速控制曲线，更好地实现了多级速度控制的加减速过程平稳控制。不同的目标转速与当前转速的速度差和目标档位下的加减速曲线可以自由拟合或加减速时间可以自由设定以适于不同的速度变化。

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 (10)

1.一种塔机回转臂架控制装置，所述塔机包括电机，该电机用于驱动所述回转臂架动作，其特征在于，所述控制装置包括：

接收器，用于接收所述电机的目标转速及当前转速；以及

控制器，用于：

根据所述目标转速，确定该目标转速所处的目标档位；

根据所述目标转速与当前转速的速度差和目标档位，从预先存储的对应不同档位切换的加减速控制曲线中，选择与所述目标转速与当前转速的速度差和目标档位相对应的加减速控制曲线，其中所述对应不同档位切换的加减速控制曲线能够抑制所述回转臂架在档位切换期间出现抖动；以及

根据所选择的加减速控制曲线，控制所述电机的转速变化。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，在所述根据所选择的加减速控制曲线，控制所述电机的转速变化的过程中，如果在当前加减速过程中接收到下一个目标转速，所述控制器不针对该下一个目标转速选择加减速控制曲线而是按照当前的加减速控制曲线来控制所述电机的转速变化，直至达到当前的加减速控制曲线所对应的控制时间。

3.根据权利要求1或2所述的控制装置，其特征在于，所述加减速控制曲线由直线函数和抛物线函数拟合而成。

4.根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于，所述抛物线函数为：

$f=\frac{1}{2}{a}_1{\left(t-T_1\right)}^2+C_1;$

所述直线函数为：

f＝a₂(t-T₂)+C₂；

其中，f是电机的转速；a₁为抛物线段加减速度；t为整个加减速过程的结束时间；T₁为抛物线段加减速过程的起始时间；C₁抛物线段速度初始常数；a₂为直线段速度变化率；T₂为直线段加减速过程的起始时间；C₂为直线段速度初始常数。

5.一种塔机回转臂架控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：

权利要求1-4中任一项权利要求所述的控制装置；

速度检测装置，与所述接收器连接，用于检测所述电机的当前转速；以及

速度给定装置，与所述接收器连接，用于给定所述电机的目标转速。

6.一种塔机，其特征在于，该塔机包括权利要求5所述的塔机回转臂架控制系统。

7.一种塔机回转臂架控制方法，所述塔机包括电机，该电机用于驱动所述回转臂架动作，其特征在于，所述控制方法包括：

接收所述电机的目标转速及当前转速；

根据所述目标转速，确定该目标转速所处的目标档位；

根据所述目标转速与当前转速的速度差和目标档位，从预先存储的对应不同档位切换的加减速控制曲线中，选择与所述目标转速与当前转速的速度差和目标档位相对应的加减速控制曲线，其中所述对应不同档位切换的加减速控制曲线能够抑制所述回转臂架在档位切换期间出现抖动；以及

根据所选择的加减速控制曲线，控制所述电机的转速变化。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，在所述根据所选择的加减速控制曲线，控制所述电机的转速变化的过程中，如果在当前加减速过程中接收到下一个目标转速，所述控制器不针对该下一个目标转速选择加减速控制曲线而是按照当前的加减速控制曲线来控制所述电机的转速变化，直至达到当前的加减速控制曲线所对应的控制时间。

9.根据权利要求7或8所述的控制方法，其特征在于，所述加减速控制曲线由直线函数和抛物线函数拟合而成。

10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述抛物线函数为：

$f=\frac{1}{2}{a}_1{(t-T_1)}^2+C_1;$

所述直线函数为：

f＝a₂(t-T₂)+C₂；

其中，f是电机的转速；a₁为抛物线段加减速度；t为整个加减速过程的结束时间；T₁为抛物线段加减速过程的起始时间；C₁抛物线段速度初始常数；a₂为直线段速度变化率；T₂为直线段加减速过程的起始时间；C₂为直线段速度初始常数。