CN105515487B - 一种旋转机构的转速跟踪系统 - Google Patents

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李小松
曾国庆
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    • H02K7/1004—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with pulleys
    • H02K7/1008—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with pulleys structurally associated with the machine rotor

Abstract

本发明公开了一种旋转机构的转速跟踪系统，包括电机、变频器和刹车制动系统，电机由变频器或刹车制动系统控制，变频器内包括斜率转换单元、第一切换开关、PI调节器、第二切换开关。能够使变频器在切换到机械制动时变频器不影响机械制动的效果，且变频器不报故障，在机械制动切换到变频器时几乎不需要转速辨识的时间。

Description

一种旋转机构的转速跟踪系统
技术领域
本发明涉及一种转速跟踪系统，具体涉及一种大惯量旋转机构机械刹车与变频器切换控制时旋转机构的转速跟踪控制系统。
背景技术
目前，在大惯量负载类型的旋转机构上，例如门座式起重机的旋转机构，一般采用变频器驱动电机来带动旋转机构工作，还另外配有机械制动器，采用液压控制的方式来调节机械制动的力度。由于变频器一般采用转速控制，无法实现精确的位置控制，通常在旋转机构停车且需要定位时，门座式起重机的操作人员往往采用变频器和机械制动器切换控制的方式来达到准确定位的目的。为了不让机械制动器工作时成为变频器的扰动负载，常用的做法是机械制动器工作时会发出信号给变频器，变频器在接受到制动器工作信号时封锁IGBT的驱动脉冲，不再输出电流驱动电机；当制动器工作结束需要再次切换到变频器控制时，往往此时电机的转速并没有下降到零，此时变频器如果按照从零速开始加速的方法就会导致电机转速突然减到零后再次加速，甚至在这个过程中会产生过流等故障，因此，大多数变频器配有转速追踪功能，该功能开启后，每次变频器运行前需要辨识出当前电机的实际转速，辨识成功后再以实际转速为起点开始控制电机，避免起动变频器时的转速冲击。
转速追踪功能的转速辨识方法有硬件辨识方法和软件辨识方法两种，这些方法从变频器开始起动到辨识成功都需要2～3秒的时间，如果门座式起重机的操作人员在低速就位时频繁切换机械制动和变频器，则转速辨识所需的时间会大大影响到工作的效率。
发明内容：
为了克服上述背景技术的缺陷，本发明提供一种旋转机构的转速跟踪系统，能够使变频器在切换到机械制动时变频器不影响机械制动的效果，且变频器不报故障，在机械制动切换到变频器时几乎不需要转速辨识的时间。
为了解决上述技术问题本发明的所采用的技术方案为：
一种旋转机构的转速跟踪系统，包括电机、变频器和刹车制动系统，电机由变频器或刹车制动系统控制，变频器内包括斜率转换单元、第一切换开关、PI调节器、第二切换开关；
斜率转换单元：转速指令参考值经斜率转换单元生成第一转速指令值；
第一切换开关：接收第一转速指令值和电机转速反馈值，输出第二转速指令值，由第二切换开关状态信号控制第二转速指令值等于第一转速指令值或电机转速反馈值；
PI调节器：第二转速指令值与电机转速反馈值之差经由PI调节器生成第一电磁转矩给定值；
第二切换开关：接收第一电磁转矩给定值，输出第二电磁转矩给定值，由刹车信号控制第二电磁转矩给定值等于第一电磁转矩给定值或零转矩；
第二电磁转矩给定值输出至电机的转速输入端。
较佳地，当刹车信号无效时，第二切换开关从零转矩输入端切换至第一电磁转矩给定值输入端，第二电磁转矩给定值等于第一电磁转矩给定值；当刹车信号有效时，第二切换开关从第一电磁转矩给定值输入端切换至零转矩输入端，第二电磁转矩给定值等于零转矩。
较佳地，第二切换开关位于变频器控制状态时，第一切换开关从电机转速反馈值输入端切换至第一转速指令值输入端，输出的第二转速指令值等于第一转速指令值；当第二切换开关位于刹车制动系统控制状态时，第一切换开关从第一转速指令值输入端切换至电机转速反馈值输入端，第二转速指令值等于电机转速反馈值。
本发明的有益效果在于：当机械制动进行刹车动作时，通过变频器内本系统的设置输出零转矩，不与机械制动转矩产生冲突，不影响机械制动的效果；由于变频器处于转矩控制模式，虽然电机转速暂时不受变频器控制，但是系统不会报故障；在机械制动停止刹车动作时，切换到变频器控制，通过上述系统设置，在这个过程中几乎不需要转速辨识时间，无论是开环矢量控制还是闭环矢量控制，由于变频器一直在运行，会不停辨识或者采集转速反馈值，因此在停止刹车动作重新切换到转速控制时，只要在切换瞬间当前转速指令值等于转速反馈值就可实现平滑切换。能够使变频器在切换到机械制动时变频器不影响机械制动的效果，且变频器不报故障，在机械制动切换到变频器时几乎不需要转速辨识的时间。
附图说明
图1为本发明实施例1系统控制原理图；
图2为本发明实施例2系统控制过程波形示意图。
图中：1-斜率转换单元，2-第一切换开关，3-第二切换开关状态，4-PI调节器，5-第二切换开关，6-刹车信号，7-电机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
一种旋转机构的转速跟踪系统(图1)，包括斜率转换单元1、第一切换开关2、PI调节器4、第二切换开关5和电机7；
转速指令参考值ωref经斜率转换单元1生成变化率可以设定的第一转速指令值ωcmd；
第一切换开关2接收第一转速指令值ωcmd和电机7转速反馈值ωfk，输出第二转速指令值ωcmd1，由第二切换开关状态3信号控制第二转速指令值ωcmd1等于第一转速指令值ωcmd或电机7转速反馈值ωfk；第二切换开关5位于变频器控制状态时，第二切换开关5从电机7转速反馈值ωfk输入端切换至第一转速指令值ωcmd输入端，输出的第二转速指令值ωcmd1等于第一转速指令值ωcmd；当第二切换开关5位于刹车制动系统控制状态时，第二切换开关5从第一转速指令值ωcmd输入端切换至电机7转速反馈值ωfk输入端，第二转速指令值ωcmd1等于电机7转速反馈值ωfk。第一切换开关2的初始位置为变频器控制状态，也即第一转速指令值ωcmd输入端。
第二转速指令值ωcmd1与电机7转速反馈值ωfk之差经由PI调节器4生成第一电磁转矩给定值Tgvn；
第二切换开关5接收第一电磁转矩给定值Tgvn，输出第二电磁转矩给定值Tgvn1，由刹车信号6控制第二电磁转矩给定值Tgvn1等于第一电磁转矩给定值Tgvn或零转矩；当刹车信号6无效时，第一切换开关2从零转矩输入端切换至第一电磁转矩给定值Tgvn输入端，第二电磁转矩给定值Tgvn1等于第一电磁转矩给定值Tgvn；当刹车信号6有效时，第一切换开关2从第一电磁转矩给定值Tgvn输入端切换至零转矩输入端，第二电磁转矩给定值Tgvn1等于零转矩。
第二电磁转矩给定值Tgvn1输出至电机7的转速输入端，电机7旋转并输出电机7转速反馈值ωfk。
图2示意了电机7从t0时刻加速到t1时刻，达到额定转速后，在t2时刻从变频器控制切换到刹车控制，在t3时刻再恢复变频器控制，在t4时刻减速，到t5时刻减速为0的过程中转速指令参考值ωref、第二转速指令值ωcmd1、实际转速反馈值ωfk以及第二电磁转矩Tgvn1的波形图。
从t0时刻到t2时刻，第一切换开关2和第二切换开关5的开关位置都在其1位置，即第二转速指令值ωcmd1等于第一转速指令值ωcmd，第二电磁转矩给定值Tgvn1等于第一电磁转矩给定值Tgvn。
在t0时刻，转速指令参考值ωref为1pu，从t0时刻到t1时刻，第二转速指令值ωcmd1按照设定的加速斜率上升，第二个电磁转矩给定值Tgvn1输出1.5pu的加速转矩，(这里假设电机7的负载转矩为0.6pu额定转矩且恒定，按照设定的加减速斜率其加速转矩为1.5pu，减速转矩为-0.8pu)，电机7转速反馈值ωfk跟踪第二转速指令值ωcmd1。
在t1时刻，第二转速指令值ωcmd1达到转速指令参考值ωref并进入稳速阶段，第二电磁转矩给定值Tgvn1输出0.6pu的转矩，实际转速反馈值ωfk跟踪第二转速指令值ωcmd1。
在t2时刻，刹车信号6有效，有效时间范围从t2时刻到t3时刻，在这期间，第二切换开关5的开关位置在其2位置，第二电磁转矩给定值Tgvn1等于零转矩，即对于电机7没有任何驱动作用，但是对转速的辨识和采集仍在继续进行。由于此时变频器处于转矩控制模式，第二转速指令值ωemd1受转速指令参考值ωref取消的影响按照减速斜率下降，但此时电机7转速反馈值ωfk只受刹车制动系统的影响减速。
在t3时刻，刹车信号6无效，切换为变频器控制，转速指令参考值ωref为0.4pu，大于此时刻的实际电机7转速反馈值ωfk，此时第二切换开关5开关位置在其2位置，第二转速指令ωcmd1等于实际电机7转速反馈值ωfk，当切换完成后，第二切换开关5开关位置恢复到其1位置，第二转速指令值ωcmd1将从实际电机7转速反馈值ωfk向转速指令参考值ωref变化。从t3时刻到t5时刻，第二切换开关5的开关位置在其1位置，第二电磁转矩给定值Tgvn1等于第一电磁转矩给定值Tgvn。电机7的转速会从t3时刻的实际电机7转速反馈值ωfk向转速指令参考值ωref变化，在停止阶段减速停车。
可以看出，从刹车控制切换回变频器控制不需要专门的转速辨识时间，因为变频器是一直在运行的，所以转速信息是一直存在的，这样就使切换控制转速最快。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种旋转机构的转速跟踪系统，包括电机(7)、变频器和刹车制动系统，所述电机(7)由所述变频器或所述刹车制动系统控制，其特征在于：所述变频器包括斜率转换单元(1)、第一切换开关(2)、PI调节器(4)、第二切换开关(5)；
斜率转换单元：转速指令参考值经所述斜率转换单元(1)生成第一转速指令值；
所述第一切换开关：接收所述第一转速指令值和电机(7)转速反馈值，输出第二转速指令值，由所述第二切换开关(5)状态(3)信号控制所述第二转速指令值等于所述第一转速指令值或所述电机(7)转速反馈值；
PI调节器：所述第二转速指令值与所述电机(7)转速反馈值之差经由PI调节器(4)生成第一电磁转矩给定值；
第二切换开关：接收所述第一电磁转矩给定值，输出第二电磁转矩给定值，由刹车信号(6)控制所述第二电磁转矩给定值等于所述第一电磁转矩给定值或零转矩；
所述第二电磁转矩给定值输出至所述电机(7)的转速输入端。
2.根据权利要求1所述的一种旋转机构的转速跟踪系统，其特征在于：当刹车信号(6)无效时，所述第二切换开关(5)从零转矩输入端切换至第一电磁转矩给定值输入端，所述第二电磁转矩给定值等于所述第一电磁转矩给定值；当刹车信号(6)有效时，所述第二切换开关(5)从第一电磁转矩给定值输入端切换至零转矩输入端，第二电磁转矩给定值等于零转矩。
3.根据权利要求1所述的一种旋转机构的转速跟踪系统，其特征在于：所述第二切换开关(5)位于变频器控制状态时，所述第一切换开关(2)从所述电机(7)转速反馈值输入端切换至第一转速指令值输入端，输出的第二转速指令值等于所述第一转速指令值；当所述第二切换开关(5)位于刹车制动系统控制状态时，所述第一切换开关(2)从所述第一转速指令值输入端切换至电机(7)转速反馈值输入端，所述第二转速指令值等于所述电机(7)转速反馈值。
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