CN113307164A - 平稳调速控制方法、装置、回转系统、起重机及电子设备 - Google Patents

平稳调速控制方法、装置、回转系统、起重机及电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种平稳调速控制方法、装置、回转系统、起重机及电子设备,属于机电控制技术领域,解决调速中存在较大冲击或抖动问题;方法包括三阶段调速过程:阶段一、调整电机目标加速度至最大;阶段二、维持电机最大加速度调速;阶段三、调整电机目标加速度至0;其中,阶段一和阶段二采用开环控制,调速过程按照设计曲线调整目标加速度;阶段三采用闭环控制,调速过程根据目标速度和实际速度实时调节目标加速度,修正实际速度和目标速度偏差。本发明便于实现加速或减速过程中跟随目标速度实时调速的目的;控制电机的加速度连续变化,避免加速度突变所引起的受力突变而产生冲击。

Description

平稳调速控制方法、装置、回转系统、起重机及电子设备
技术领域
本发明涉及机电控制技术领域,具体而言,涉及一种平稳调速控制方法、装置、回转系统、起重机及电子设备。
背景技术
回转机构是实现起重机吊载平移的重要机构,现有的汽车起重机回转控制通常通过液压马达作为驱动装置,减速机传递动力至回转机构,起重机上车环绕回转支撑轴旋转。因汽车起重机上车回转惯量较大,同时动力传动链中齿轮间隙、安装间隙等问题导致汽车回转启动、停止或调速过程存在较大冲击或抖动。例如在回转加速过程直接放开手柄促使回转机构进入减速阶段,加速度由正值直接转换为负值引起回转冲击。
现有的回转稳定控制方法主要围绕回转机构平稳停车控制,多需要提前规划好机构的调速斜坡,这导致调速过程中若存在目标速度的变化时,调速控制难以实现跟随驾驶员操作需求实时调速,且缺少对整个回转调速过程的平稳控制给出解决方案,统一回转启动、停止以及变速过程的调速控制。
因此,需要一种新的平稳调速控制方法、装置、回转系统、起重机及电子设备。
在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解,因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
有鉴于此,本发明提供一种平稳调速控制方法、装置、回转系统、起重机及电子设备,用于解决调速中存在较大冲击或抖动问题。
本发明的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然,或部分地通过本发明的实践而习得。
根据本发明的一方面公开了一种平稳调速控制方法,包括三阶段调速过程:
阶段一、调整电机目标加速度至最大;
阶段二、维持电机最大加速度调速;
阶段三、调整电机目标加速度至0;
其中,阶段一和/或阶段二采用开环控制,调速过程按照设计曲线调整目标加速度;阶段三采用闭环控制,调速过程根据目标速度和实际速度实时调节目标加速度,修正实际速度和目标速度偏差。
进一步地,当所述平稳调速控制处于上一次所述三阶段调速的任一阶段的调速过程中,通过调速触发,直接进入到下一次所述三阶段调速的阶段一的调速过程。
进一步地,所述三阶段调速过程中,
开始调速时,判断满足调速触发条件,进入调速的阶段一,按照第一调速曲线调整电机目标加速度值;
在调速的阶段一中,判断满足第二调速条件,进入调速的阶段二,按照第二调速曲线调整电机目标加速度值;
在调速的阶段一或阶段二中,判断满足第三调速条件,进入调速的阶段三,实时调节电机目标加速度,以修正实际速度和目标速度的偏差。
进一步地,在调速的阶段一、阶段二或阶段三中,判断满足所述调速触发条件时,进入下一次调速的阶段一,按照第一调速曲线调整目标加速度值。
进一步地,在调速的阶段三中,当目标速度和实际速度的差值满足退出条件时,退出调速的阶段三,停止调速过程。
进一步地,所述调速触发条件为触发条件一或触发条件二;
所述触发条件一,为电机目标速度变化满足当前时刻t的电机目标速度与上一次调速触发时的目标速度的偏差绝对值大于预设的调速触发阈值;当满足所述触发条件一时,将当前时刻t置0,重新计时;
触发条件二,为上一次调速触发时刻的目标速度不为0且当前时刻t的目标速度变化至0;当满足所述触发条件二时,将当前时刻t置0,重新计时。
进一步地,所述第一调速曲线满足公式αtag(t)=αtag(0)+βt;式中,atag(t)为t时刻的目标加速度值;αtag(0)为t0时刻的目标加速度值;β为加加速度。
进一步地,所述第二调速条件为目标加速度达到最大加速度限值αmax;所述第二调速曲线满足公式αtag(t)=αmax,式中,t为时间,在每次进入调速的阶段二时,将时间t置0;atag(t)为t时刻的目标加速度值。
进一步地,所述第三调速条件为满足公式
Figure BDA0003095827680000031
式中,t为时间,在每次进入调速的阶段三时,将时间t置0;ωact(t)为t时刻的电机实际速度;ωtag(t)为t时刻的电机目标速度;atag(t)为t时刻的目标加速度值;β为加加速度;C为大于零的常数。
进一步地,所述进入调速的阶段三,实时调节电机目标加速度是根据所述实际速度和目标速度的差值实时迭代更新目标加速度;所述迭代公式为:
Figure BDA0003095827680000032
式中,Δt为电机实际速度信号的接收周期。
进一步地,所述退出条件为当前时刻的电机目标速度与电机实际速度偏差绝对值小于允许的电机实际与目标速度的偏差范围。
进一步地,所述允许的电机实际与目标速度的偏差范围Δωs与预设的调速触发阈值Δωp之间的关系需满足
Figure BDA0003095827680000033
进一步地,还包括对制动器控制,用于实现包括启动、停止及运行在内的全过程调速;具体为:
当电机实际速度为零,电机目标速度满足ωtag(t)≥Δωp时,制动器打开,启动并执行所述三阶段调速过程;式中,ωtag(t)为t时刻的电机目标速度;Δωp为预设的调速触发阈值;
在电机目标速度为0,通过调速使电机实际速度调整至0的过程中,满足电机实际速度ωact(t)<Δωs时,制动器投入,实现减速停车;式中,ωact(t)为t时刻的电机实际速度,Δωs为允许的电机实际与目标速度的偏差范围。
根据本发明的另一方面公开了一种平稳调速控制装置,包括:
阶段一控制模块,用于调整电机目标加速度至最大;
阶段二控制模块,用于维持电机最大加速度调速;
阶段三控制模块,用于调整电机目标加速度至0;
其中,阶段一控制模块和/或阶段二控制模块采用开环控制,调速过程按照设计曲线调整目标加速度;阶段三控制模块采用闭环控制,调速过程根据目标速度和实际速度实时调节目标加速度,修正实际速度和目标速度偏差。
根据本发明的另一方面公开了一种回转系统;所述回转系统的控制单元包括回转操作手柄、上车控制器和电机控制器;
所述回转操作手柄,用于产生回转操作手柄位移;
所述上车控制器,用于根据回转操作手柄位移、电机实际速度以及制动器状态,计算电机目标速度和目标加速度;并基于如上所述的平稳调速控制方法,调整电机目标速度和目标加速度,并输出到电机控制器;
所述电机控制器,用于根据输入的目标加速度设置电机加速斜坡,将电机调速至输入的目标速度,用于使回转系统的执行机构回转。
根据本发明的另一方面公开了一种起重机,包括如上所述的回转系统。
根据本发明的另一方面公开了一种电子设备,包括:
一个或多个处理器;
存储装置,用于存储一个或多个程序;
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行,使得所述一个或多个处理器实现如上所述的平稳调速控制方法。
根据本发明的另一方面公开了一种计算机可读介质,其上存储有计算机程序,所述程序被处理器执行时实现如上所述的平稳调速控制方法。
本发明至少实现以下有益效果之一:
本发明的平稳调速控制方法、装置、回转系统、起重机及电子设备,将调速过程分为三个阶段进行调速,便于实现加速或减速过程中目标速度变化时,重新进入新的调速过程,达到跟随目标速度实时调速的目的。控制电机的加速度连续变化,避免加速度突变所引起的受力突变而产生冲击。
应当理解的是,以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的,并不能限制本发明。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施例,本发明的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域的普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一个实施例中的回转驱动系统组成连接示意图;
图2是本发明一个实施例中的平稳调速控制方法流程图;
图3是本发明一个实施例中的平稳调速状态切换逻辑流程图;
图4是本发明一个实施例中的模拟一次完整的三阶段调速过程示意图;
图5是本发明一个实施例中的不同C值对第三阶段调速影响对比图;
图6a是本发明一个实施例中的不包含阶段二的调速过程示意图;
图6b是本发明一个实施例中的变速过程重新触发调速过程示意图;
图7是本发明一个实施例中的平稳调速控制装置示意图;
图8是本发明一个实施例中的回转系统组成连接示意图;
图9是本发明一个实施例中的一种电子设备示意图;
图10是本发明一个实施例中的计算机可读介质的框图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而,示例实施例能够以多种形式实施,且不应被理解为限于在此阐述的实施例;相反,提供这些实施例使得本发明将全面和完整,并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分,因而将省略对它们的重复描述。
此外,所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中,提供许多具体细节从而给出对本发明的实施例的充分理解。然而,本领域技术人员将意识到,可以实践本发明的技术方案而没有特定细节中的一个或更多,或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下,不详细示出或描述公知方法、装置、起重机、实现或者操作以避免模糊本发明的各方面。
附图中所示的方框图仅仅是功能实体,不一定必须与物理上独立的实体相对应。即,可以采用软件形式来实现这些功能实体,或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体,或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
附图中所示的流程图仅是示例性说明,不是必须包括所有的内容和操作/步骤,也不是必须按所描述的顺序执行。例如,有的操作/步骤还可以分解,而有的操作/步骤可以合并或部分合并,因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
应理解,虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种组件,但这些组件不应受这些术语限制。这些术语乃用以区分一组件与另一组件。因此,下文论述的第一组件可称为第二组件而不偏离本发明概念的教示。如本文中所使用,术语“及/或”包括相关联的列出项目中的任一个及一或多者的所有组合。
本领域技术人员可以理解,附图只是示例实施例的示意图,附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的,因此不能用于限制本发明的保护范围。
本发明将电机电控驱动的回转驱动系统作为一个具体的实施例来进行平稳调速控制。当然本发明的方案并不只限于回转驱动系统,其他的在电机调速过程中能够按照本发明的方案进行平稳调速控制的应用场景,均应在本发明的保护范围内,例如电机控制的传送机构、旋转机构、机器人关节等等。
如图1所示的回转驱动系统包括回转操作手柄、上车控制器、电机控制器、驱动电机、减速机、回转机构,其中回转操作手柄、上车控制器、电机控制器组成控制单元,驱动电机、减速机、回转机构组成执行单元。
电机控制器将动力电池输出的高压直流电转换为频率和电流可变的三相交流电,驱动电机运行,电机控制器通过控制三相电流的频率及电流实现电机转速和扭矩控制。驱动电机中安装有转速信号传感器,可实时采集电机的实际转速。驱动电机驱动减速机,带动回转机构动作;制动器安装于减速机输出轴,可以用于回转机构的减速、停车制动。
回转控制装置的通讯包括:上车控制器从CAN网络中接收回转操作手柄位移信号,并通过CAN网络向电机控制器发送电机的目标速度、电机目标加速度(以下称为目标速度、目标加速度)等信号,通过硬线直接控制制动器的开闭状态;电机控制器可通过硬线采集电机实际转速,并将此转速信号转发给上车控制器。
有鉴于现有技术中存在的技术缺陷,本发明的一个实施例公开了一种平稳调速控制方法,如图2所示,包括三阶段调速过程:
阶段一、调整电机目标加速度至最大;
阶段二、维持电机最大加速度调速;
阶段三、调整电机目标加速度至0;
其中,阶段一和/或阶段二采用开环控制,调速过程按照设计曲线调整目标加速度;阶段三采用闭环控制,调速过程根据目标速度和实际速度实时调节目标加速度,修正实际速度和目标速度偏差;
所述三阶段调速过程控制电机的加速度连续变化,用于避免加速度突变所引起的受力突变而产生冲击。
为了防止在上一次平稳调速过程未完成时,再一次获得了新的平稳调速的目标速度,如继续完成未完成的调速过程会使调速控制不能实时响应新目标速度的问题。在本实施例中,
当所述平稳调速控制处于上一次所述三阶段调速的任一阶段的调速过程中,不论是阶段一、阶段二还是阶段三的调速过程中,通过调速触发,则直接进入下一次所述三阶段调速的阶段一的调速过程,进行新目标速度的调速。所述调速触发为根据回转操作手柄的移动信号所产生的目标速度的变化量。
在一个更具体的方案中,如图3所示,三阶段调速过程中,
开始调速时,判断满足调速触发条件,进入调速的阶段一,按照第一调速曲线调整电机目标加速度值;
在调速的阶段一中,判断满足第二调速条件,进入调速的阶段二,按照第二调速曲线调整电机目标加速度值;
在调速的阶段一或阶段二中,判断满足第三调速条件,进入调速的阶段三,实时调节电机目标加速度,以修正实际速度和目标速度的偏差。
通过上述三阶段调速过程,可实现对在调速的整个过程对目标速度变化的实时响应,并修正实际速度和目标速度偏差,实现回转的平稳调速控制。
更进一步,为实现在上一次平稳调速过程中对再一次发起的新调速过程的目标速度变化的及时响应;本实施例的三阶段调速过程还包括:
在调速的阶段一、阶段二或阶段三中,判断满足调速触发条件时,进入下一次调速的阶段一,按照第一调速曲线调整目标加速度值;
并且,为了实现在满足调速目标后及时退出调速过程,本实施例的三阶段调速过程还包括:
在调速的阶段三中,当目标速度与实际速度的差值满足退出条件时,退出调速的阶段三,停止调速过程。
三阶段调速的进入条件、调速过程及退出条件如下:
具体的,对于阶段一,所述调速触发条件为触发条件一或触发条件二;
其中,所述触发条件一为电机目标速度变化满足当前时刻的电机目标速度与上一次调速触发时的目标速度的偏差绝对值大于预设的调速触发阈值;当满足所述触发条件一时,将当前时刻t置0,重新计时;
更具体的,触发条件一为电机目标速度变化满足公式(1);
tag(t)-ωp|>Δωp (1)
式中:
t——为时间,每次进入阶段一时,将时间t置0;
ωtag(t)——为t时刻的电机目标速度;其中,ωtag(t)可为当前根据手柄位移计算获得的电机目标速度,也可为根据其他的外部调速指令计算获得的电机目标速度;
ωp——为上一次调速触发时刻的目标速度,初始化为零,每一次调速触发的同时,更新ωp为调速触发时刻的手柄目标速度。
Δωp——为调速触发阈值,此处Δωp根据机构需求的最小响应速度变化进行设置。
满足公式(1)所示的调速触发条件后,进入调速阶段一(该条件也是三阶段调速的触发条件);
在实际的调速过程中,会出现上一次调速触发时刻的目标速度为不为0的一个较小的目标速度,而本次调速的目标速度为0的情况,并且这个较小的目标速度小于调速触发阈值;则,如果依据所述的触发条件一,因为两次调速触发的目标速度的偏差绝对值小于调速触发阈值,就不会进入调速过程,会造成无法将电机速度调整为0的故障现象发生。
为了避免出现此故障,增加电机调速的可靠性,本实施例的所述调速触发条件还包括触发条件二;
所述触发条件二,为上一次调速触发时刻的目标速度不为0且当前时刻t的目标速度变化至0;当满足所述触发条件二时,将当前时刻t置0,重新计时。
具体的,阶段一的调速过程按照第一调速曲线,以固定加加速度逐渐调整目标加速度至最大允许加速度;该过程目标加速度变化的第一调速曲线为:
αtag(t)=αtag(0)+βt (2)
式中:
atag(t)——为t时刻的目标加速度值;
αtag(0)—-为t=0时的目标加速度值。
β-—加加速度,在加速过程取正,减速过程取负。
通过采用第一调速曲线进行开环控制,根据目标加速度设置电机加速斜坡,调速至目标速度。
具体的,对于阶段二,当目标加速度达到最大加速度限值时,满足第二调速条件进入阶段二。
所述第二调速曲线维持最大目标加速度,即目标加速度变化曲线为:
αtag(t)=αmax (3)
式中:
t——为时间,进入阶段二时t=0;
αmax——最大加速度限值,加速αmax为正数,减速过程αmax为负数,
优选的,αmax且应保证在电机减速能力范围内调速,即|αmax|<Tmax/J,其中Tmax为电机峰值扭矩,J为机构回转惯量。
通过采用第二调速曲线进行开环控制,在电机减速能力范围内调速,防止目标速度的调整超过电机减速能力范围而出现故障。
具体的,对于阶段三,在调速过程的阶段一或阶段二均可根据所述第三调速条件进入阶段三,实现电机的实际速度对目标速度变化的实时响应。
其中,所述第三调速条件为电机的实际速度和目标速度公式(4)所示的条件,
Figure BDA0003095827680000091
式中:
t——为时间,在每次进入阶段三时,将时间t置0;
ωact(t)——为电机实际速度;
C——为大于零的常数;
第三阶段调速过程为避免实际速度跟随目标速度时产生的偏差,进入第三阶段后持续判断实际速度与目标加速度是否满足公式(4)要求,并根据实际速度和目标速度的差值实时迭代更新目标加速度值,迭代公式如下:
Figure BDA0003095827680000101
式中:
Δt——为上车控制器接收电机实际速度信号的周期。
具体的,在阶段三中,根据目标速度与实际速度的差值判断退出条件,退出阶段三,实现在满足调速目标后,结束平稳调速过程。
所述退出条件为当前时刻的电机目标速度与电机实际速度偏差绝对值小于允许的电机实际与目标速度的偏差范围。
具体的,所述退出条件为满足公式(6),退出阶段三:
tag(t)-ωact(t)|<Δωs (6)
式中:
Δωs——为维持速度回转时,控制器允许的电机实际与目标速度的偏差范围。
优选的,为了避免频繁触发调速进入和退出,Δωp和Δωs之间的关系需满足
Figure BDA0003095827680000102
通过本实施例的平稳调速方法,模拟一次完整的三阶段调速如图4所示,阶段一根据固定加加速度调整目标加速度;阶段二加加速度设置为零,设置固定的加速度值;阶段三根据实际速度和目标速度的差值调整加加速度符号,并根据加加速度调整目标加速度。
从图4中可见,阶段三调速过程加加速度呈现较高频率的波动,但是目标加速度波动幅度较小,“加速度呈连续变化”,从而实现平稳无冲击的调速过程,避免加速度突变所引起的受力突变而产生冲击。
对于公式(4)、(5)中,不同C对第三阶段调速影响如图5所示,C值越大第三阶段持续时间越短,存在调速冲击可能性越大;C值越小第三阶段持续时间越长,存在调速冲击可能性越小,可根据实际情况,选取C值大小,以满足调速的时间和调速冲击的综合要求。
由于本实施例的方法中,在电机进入调速时或在调速过程的某个阶段中,平稳调速控制可实时响应目标速度的变化进行调速;即当满足调速触发条件后,当前调速的剩余阶段将不再执行,并重新进入下一个调速过程。因此,具备实时响应目标速度变化的特点,当电机目标速度与实际速度相差较小时,调速过程可能不包含阶段二。如图6(a)所示,在调速处于阶段一时,由于满足第三调速条件,触发了阶段三进入条件,进入调速的阶段三。在调速处于阶段三时,调速过程也可能目标速度变化触发重新调速条件,进入调速的阶段一。如图6(b)所示,在调速处于阶段一时,由于满足第三调速条件,触发了阶段三进入条件,进入调速的阶段三;在调速的阶段三,由于满足调速触发条件,触发了阶段一进入条件,进入调速的阶段一;在调速处于阶段一时,由于满足第三调速条件,触发了阶段三进入条件,再进入调速的阶段三。
从图6(a)、6(b)中可见,调速过程不包含阶段二,以及从阶段三再进入阶段一的调速过程,阶段三调速过程加加速度呈现较高频率的波动,但是目标加速度波动幅度较小,“加速度呈连续变化”,从而实现平稳无冲击的调速过程,避免加速度突变所引起的受力突变而产生冲击。
本发明的一个实施例的平稳调速控制方法还包括对制动器的控制,通过将三阶段调速与对制动器的控制结合,可以统一起重机回转系统的启动、停止及运行全过程的调速。
具体的调速过程包括:
1)在起重机回转系统启动前,电机的实际速度为零,制动器处于制动状态;
2)起重机回转系统启动,操作控制手柄至目标速度满足ωtag(t)≥Δωp时,判断进入三阶段调速过程;则上车控制器控制制动器打开,并执行上述实施例中所述的三阶段调速过程;平稳控制回转系统按照目标速度进行回转;
3)当起重机回转系统需停止时,操作控制手柄至目标速度为0;上车控制器按照目标速度为0执行所述的三阶段调速过程;平稳控制回转系统回转;
4)当满足电机实际速度ωact(t)<Δωs时,上车控制器控制制动器投入,进行制动,实现减速停车。
并且,在本发明实施例中,采用上车控制器实现三阶段调速控制和制动器控制,向电机控制器、制动器下发指令的控制系统,解耦了制动器和驱动器。相比采用变频器控制的起重机,本发明实施例通过上车控制器做算法的计算及逻辑判断,电机控制器和电机执行速度、加速度控制,可以提高控制算法实现灵活性;并且相比液压驱动的汽车起重机,电机直接带动减速机减速控制的方法,机构响应更快、控制精准。
综上所述,本发明实施例中的平稳调速控制方法的有益效果如下:
1、将调速过程分为三个阶段,这种三阶段调速便于实现加速或减速过程中目标速度变化时,重新进入新的调速过程,达到跟随目标速度实时调速的目的。并且,调速过程中使加速度曲线连续,实现平稳控制。
2、调速阶段三提出一种根据实际速度和目标速度的差值大小实时调节目标加速度方法,该方法可以解决S曲线调速中,实际速度无法跟随目标速度时,调速曲线无法控制机构速度的问题。
3、调速过程可以统一起重机回转系统的启动、停止及运行过程的调速,无需单独针对启动、停止单独设置调速功能。
4、解耦了制动器和驱动器,相比采用变频器控制的起重机,电机控制器和电机执行速度、加速度控制,可以提高控制算法实现灵活性;并且相比液压驱动的汽车起重机,电机直接带动减速机减速控制的方法,机构响应更快、控制精准。
5、本发明在起重机回转的整个运行过程均适用,包括启动、停止、加速、变速过程调整目标速度等情况。
此外,需要注意的是,上述附图仅是根据本发明示例性实施例的方法所包括的处理的示意性说明,而不是限制目的。易于理解,上述附图所示的处理并不表明或限制这些处理的时间顺序。另外,也易于理解,这些处理可以是例如在多个模块中同步或异步执行的。
下述为本发明装置实施例,可以用于执行本发明方法实施例。对于本发明装置实施例中未披露的细节,请参照本发明方法实施例。
如图7所示,本发明一实施例示出的一种平稳调速控制装置,包括:
阶段一控制模块701,用于调整电机目标加速度至最大;
阶段二控制模块702,用于维持电机最大加速度调速;
阶段三控制模块703,用于调整电机目标加速度至0;
其中,阶段一控制模块701和/或阶段二控制模块702控制采用开环控制,调速过程按照设计曲线调整目标加速度;阶段三控制模块703采用闭环控制;调速过程根据目标速度和实际速度实时调节目标加速度,修正实际速度和目标速度偏差。
所述调速过程控制电机的加速度连续变化,用于避免加速度突变所引起的受力突变而产生冲击。
本发明实施例还提供一种回转系统,如图8所示,所述回转系统包括控制单元和执行单元;
所述控制单元包括回转操作手柄801、上车控制器802和电机控制器803;
所述执行单元包括驱动电机804、减速机805、制动器806和回转机构807。
所述回转操作手柄801,用于产生回转操作手柄位移;
所述上车控制器802内部设置平稳调速控制装置,用于根据回转操作手柄801位移、驱动电机804实际速度以及制动器806状态,计算电机目标速度和目标加速度;并执行上述实施例中的平稳调速控制方法,调整电机目标速度和目标加速度,并输出到电机控制器803;
电机控制器803将动力电池输出的高压直流电转换为频率和电流可变的三相交流电,驱动电机运行,电机控制器803通过控制三相电流的频率及电流实现电机转速和扭矩控制。
驱动电机804中安装有转速信号传感器,可实时采集电机的实际转速。驱动电机804驱动减速机805,带动回转机构807动作;制动器806安装于减速机805输出轴,可以用于回转机构807的减速、停车制动。
回转系统的通讯包括:上车控制器从CAN网络中接收回转操作手柄位移信号,并通过CAN网络向电机控制器发送电机的目标速度、电机目标加速度等信号,通过硬线直接控制制动器的开闭状态;电机控制器可通过硬线采集电机实际转速,并将此转速信号转发给上车控制器。
本发明实施例还提供一种起重机,所述起重机包括如上述回转系统,实现如上述的平稳调速控制方法,达到平稳调速的目的。
图9是本发明一实施例示出的一种电子设备的框图。
下面参照图9来描述根据本发明的这种实施方式的电子设备900。图9显示的电子设备900仅仅是一个示例,不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图9所示,电子设备900以通用计算设备的形式表现。电子设备900的组件可以包括但不限于:至少一个处理单元910、至少一个存储单元920、连接不同系统组件(包括存储单元920和处理单元910)的总线930、显示单元940等。
其中,存储单元存储有程序代码,程序代码可以被处理单元910执行,使得处理单元910执行本说明书中描述的根据本发明各种示例性实施方式的步骤。例如,处理单元910可以执行处理程序,实现三阶段调速过程:
阶段一、调整电机目标加速度至最大;
阶段二、维持电机最大加速度调速;
阶段三、调整电机目标加速度至0;
其中,阶段一和/或阶段二采用开环控制,调速过程按照设计曲线调整目标加速度;阶段三采用闭环控制,调速过程根据目标速度和实际速度实时调节目标加速度,修正实际速度和目标速度偏差;
所述三阶段调速过程控制电机的加速度连续变化,用于避免加速度突变所引起的受力突变而产生冲击。
存储单元920可以包括易失性存储单元形式的可读介质,例如随机存取存储单元(RAM)9201和/或高速缓存存储单元9202,还可以进一步包括只读存储单元(ROM)9203。
存储单元920还可以包括具有一组(至少一个)程序模块9205的程序/实用工具9204,这样的程序模块9205包括但不限于:操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据,这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。
总线930可以为表示几类总线结构中的一种或多种,包括存储单元总线或者存储单元控制器、外围总线、图形加速端口、处理单元或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。
电子设备900也可以与一个或多个外部设备900’(例如键盘、指向设备、蓝牙设备等)通信,使得用户能与该电子设备900交互的设备通信,和/或该电子设备900能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口980进行。并且,电子设备900还可以通过网络适配器990与一个或者多个网络(例如局域网(LAN),广域网(WAN)和/或公共网络,例如因特网)通信。网络适配器990可以通过总线930与电子设备900的其它模块通信。应当明白,尽管图中未示出,可以结合电子设备900使用其它硬件和/或软件模块,包括但不限于:微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
通过以上的实施方式的描述,本领域的技术人员易于理解,这里描述的示例实施方式可以通过软件实现,也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此,如图10所示,根据本发明实施方式的技术方案可以以软件产品的形式体现出来,该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM,U盘,移动硬盘等)中或网络上,包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行根据本发明实施方式的上述方法。
软件产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件,或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括:具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
计算机可读存储介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号,其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式,包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读存储介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质,该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。可读存储介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输,包括但不限于无线、有线、光缆、RF等等,或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明操作的程序代码,程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、C++等,还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中,远程计算设备可以通过任意种类的网络,包括局域网(LAN)或广域网(WAN),连接到用户计算设备,或者,可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序,当上述一个或者多个程序被一个该设备执行时,使得该计算机可读介质实现三阶段调速过程:
阶段一、调整电机目标加速度至最大;
阶段二、维持电机最大加速度调速;
阶段三、调整电机目标加速度至0;
其中,阶段一和/或阶段二采用开环控制,调速过程按照设计曲线调整目标加速度;阶段三采用闭环控制,调速过程根据目标速度和实际速度实时调节目标加速度,修正实际速度和目标速度偏差;
所述三阶段调速过程控制电机的加速度连续变化,用于避免加速度突变所引起的受力突变而产生冲击。
本领域技术人员可以理解上述各模块可以按照实施例的描述分布于装置中,也可以进行相应变化唯一不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块,也可以进一步拆分成多个子模块。
通过以上的实施例的描述,本领域的技术人员易于理解,这里描述的示例实施例可以通过软件实现,也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此,根据本发明实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来,该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM,U盘,移动硬盘等)中或网络上,包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、移动终端、或者网络设备等)执行根据本发明实施例的方法。
以上具体地示出和描述了本发明的示例性实施例。应可理解的是,本发明不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法;相反,本发明意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。

Claims (18)

1.一种平稳调速控制方法,其特征在于,包括三阶段调速过程:
阶段一、调整电机目标加速度至最大;
阶段二、维持电机最大加速度调速;
阶段三、调整电机目标加速度至0;
其中,阶段一和/或阶段二采用开环控制,调速过程按照设计曲线调整目标加速度;阶段三采用闭环控制,调速过程根据目标速度和实际速度实时调节目标加速度,修正实际速度和目标速度偏差。
2.根据权利要求1所述的平稳调速控制方法,其特征在于,当所述平稳调速控制处于上一次所述三阶段调速的任一阶段的调速过程中,通过调速触发,直接进入到下一次所述三阶段调速的阶段一的调速过程。
3.根据权利要求1或2所述的平稳调速控制方法,其特征在于,所述三阶段调速过程中,
开始调速时,判断满足调速触发条件,进入调速的阶段一,按照第一调速曲线调整电机目标加速度值;
在调速的阶段一中,判断满足第二调速条件,进入调速的阶段二,按照第二调速曲线调整电机目标加速度值;
在调速的阶段一或阶段二中,判断满足第三调速条件,进入调速的阶段三,实时调节电机目标加速度,以修正实际速度和目标速度的偏差。
4.根据权利要求3所述的平稳调速控制方法,其特征在于,
在调速的阶段一、阶段二或阶段三中,判断满足所述调速触发条件时,进入下一次调速的阶段一,按照第一调速曲线调整目标加速度值。
5.根据权利要求3或4所述的平稳调速控制方法,其特征在于,
在调速的阶段三中,当目标速度和实际速度的差值满足退出条件时,退出调速的阶段三,停止调速过程。
6.根据权利要求5所述的平稳调速控制方法,其特征在于,所述调速触发条件为触发条件一或触发条件二;
所述触发条件一,为电机目标速度变化满足当前时刻t的电机目标速度与上一次调速触发时的目标速度的偏差绝对值大于预设的调速触发阈值;当满足所述触发条件一时,将当前时刻t置0,重新计时;
触发条件二,为上一次调速触发时刻的目标速度不为0且当前时刻t的目标速度变化至0;当满足所述触发条件二时,将当前时刻t置0,重新计时。
7.根据权利要求3所述的平稳调速控制方法,其特征在于,所述第一调速曲线满足公式αtag(t)=αtag(0)+βt;式中,atag(t)为t时刻的目标加速度值;αtag(0)为t=0时刻的目标加速度值;β为加加速度。
8.根据权利要求3所述的平稳调速控制方法,其特征在于,所述第二调速条件为目标加速度达到最大加速度限值αmax;所述第二调速曲线满足公式αtag(t)=αmax,式中,t为时间,在每次进入调速的阶段二时,将时间t置0;atag(t)为t时刻的目标加速度值。
9.根据权利要求3所述的平稳调速控制方法,其特征在于,所述第三调速条件为满足公式
Figure FDA0003095827670000021
式中,t为时间,在每次进入调速的阶段三时,将时间t置0;ωact(t)为t时刻的电机实际速度;ωtag(t)为t时刻的电机目标速度;atag(t)为t时刻的目标加速度值;β为加加速度;C为大于零的常数。
10.根据权利要求9所述的平稳调速控制方法,其特征在于,所述进入调速的阶段三,实时调节电机目标加速度是根据所述实际速度和目标速度的差值实时迭代更新目标加速度;所述迭代公式为:
Figure FDA0003095827670000022
式中,Δt为电机实际速度信号的接收周期。
11.根据权利要求5所述的平稳调速控制方法,其特征在于,所述退出条件为当前时刻的电机目标速度与电机实际速度偏差绝对值小于允许的电机实际与目标速度的偏差范围。
12.根据权利要求11所述的平稳调速控制方法,其特征在于,所述允许的电机实际与目标速度的偏差范围Δωs与预设的调速触发阈值Δωp之间的关系需满足
Figure FDA0003095827670000023
13.根据权利要求1-2、4、6-12任一项所述的平稳调速控制方法,其特征在于,还包括对制动器控制,用于实现包括启动、停止及运行在内的全过程调速;具体为:
当电机实际速度为零,电机目标速度满足ωtag(t)≥Δωp时,制动器打开,启动并执行所述三阶段调速过程;式中,ωtag(t)为t时刻的电机目标速度;Δωp为预设的调速触发阈值;
在电机目标速度为0,通过调速使电机实际速度调整至0的过程中,满足电机实际速度ωact(t)<Δωs时,制动器投入,实现减速停车;式中,ωact(t)为t时刻的电机实际速度,Δωs为允许的电机实际与目标速度的偏差范围。
14.一种平稳调速控制装置,其特征在于,包括:
阶段一控制模块,用于调整电机目标加速度至最大;
阶段二控制模块,用于维持电机最大加速度调速;
阶段三控制模块,用于调整电机目标加速度至0;
其中,阶段一控制模块和/或阶段二控制模块采用开环控制,调速过程按照设计曲线调整目标加速度;阶段三控制模块采用闭环控制,调速过程根据目标速度和实际速度实时调节目标加速度,修正实际速度和目标速度偏差。
15.一种回转系统,其特征在于,所述回转系统的控制单元包括回转操作手柄、上车控制器和电机控制器;
所述回转操作手柄,用于产生回转操作手柄位移;
所述上车控制器,用于根据回转操作手柄位移、电机实际速度以及制动器状态,计算电机目标速度和目标加速度;并基于权利要求1-13任一项所述的平稳调速控制方法,调整电机目标速度和目标加速度,并输出到电机控制器;
所述电机控制器,用于根据输入的目标加速度设置电机加速斜坡,将电机调速至输入的目标速度,用于使回转系统的执行机构回转。
16.一种起重机,其特征在于,包括如权利要求15所述的回转系统。
17.一种电子设备,其特征在于,包括:
一个或多个处理器;
存储装置,用于存储一个或多个程序;
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行,使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-13中任一项所述的平稳调速控制方法。
18.一种计算机可读介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述程序被处理器执行时实现如权利要求1-13中任一项所述的平稳调速控制方法。
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