CN116995953A - 减小多电机传动系统转速波动的方法及装置 - Google Patents

减小多电机传动系统转速波动的方法及装置 Download PDF

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王洪泽
马晔
段延德
孙作生
刘涛
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    • H02P5/00—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors
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Abstract

本发明公开了一种减小多电机传动系统转速波动的方法及装置，其中该方法包括：根据预设的采样周期，采集多电机传动系统所有电机的总运行转矩，所有电机包括一台主机以及多台从机；根据总运行转矩，计算转矩补偿值，根据转矩补偿值，生成转矩补偿信号发送给主机；根据预设的检测周期，检测从机是否发生故障，在检测到至少一台从机发生故障时，闭合切换开关，使得主机接收转矩补偿信号；其中，主机在接收到转矩补偿信号后，调整主机和从机的运行转矩，使多电机传动系统的总运行转矩回到发生故障前的总运行转矩。本发明可以减小多电机传动系统故障时的电机转速波动，保障电机传动系统驱动的设备平稳运行。

Description

减小多电机传动系统转速波动的方法及装置
技术领域
本发明涉及电机调速技术领域，尤其涉及一种减小多电机传动系统转速波动的方法及装置。
背景技术
本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
在工业领域，多台电机通过机械耦合驱动同一设备运转，如在钢铁生产企业使用的转炉，由变频器驱动的电机经过机械耦合驱动转炉本体旋转，所有电机需要同步运行，转矩要平衡，采用的方式为主从控制方式，一台电机为主机，其它电机为从机，主机采用速度闭环控制，从机跟随主机的转矩。主机的转速来自上位控制。当一个回路(一台变频器及其驱动的电机)发生故障时，如电机损坏、变频器故障，此时可将该回路切断，由剩下的回路驱动设备运转，由于故障电机不能再提供转矩，相应的剩余电机的负荷会由于这个回路的退出而突然变化，对于调速系统，突然变化的负载会带来转速的扰动。对于操作会造成不利的影响。
现有控制方案中，当一台电机驱动系统故障时，直接将此故障传动切除，未采取减少扰动的措施，只借助变频器的速度闭环调速，此时主机的转速会发生较大变化，进而影响主机对从机的给定转矩，使整个系统的电机转速短时间内产生较大波动，转炉本体会由于转矩的变化出现点头，晃动，最后稳定的过程，对于机械结构刚性不高的转炉本体机械设备，可能产生危险，甚至发生生产事故。为使驱动系统运行稳定，无震动，只能通过机械抱闸将设备抱住，同时变频器分闸关闭电机系统，然后重新启动转炉设备。
因此，如何减小故障时的电机转速波动，保障电机传动系统驱动的设备平稳运行，是现有技术尚未解决的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种减小多电机传动系统转速波动的方法，用以减小多电机传动系统故障时的电机转速波动，保障电机传动系统驱动的设备平稳运行，该方法包括：
根据预设的采样周期，采集多电机传动系统所有电机的总运行转矩，所有电机包括一台主机以及多台从机；
根据总运行转矩，计算转矩补偿值，根据转矩补偿值，生成转矩补偿信号发送给主机；
根据预设的检测周期，检测从机是否发生故障，在检测到至少一台从机发生故障时，闭合切换开关，使得主机接收转矩补偿信号；
其中，主机在接收到转矩补偿信号后，调整主机和从机的运行转矩，使多电机传动系统的总运行转矩回到发生故障前的总运行转矩。
本发明实施例还提供一种减小多电机传动系统转速波动的装置，用以减小多电机传动系统故障时的电机转速波动，保障电机传动系统驱动的设备平稳运行，该装置包括：
采集模块，用于根据预设的采样周期，采集多电机传动系统所有电机的总运行转矩，所述所有电机包括一台主机以及多台从机；
转矩补偿模块，用于根据总运行转矩，计算转矩补偿值，根据转矩补偿值，生成转矩补偿信号发送给主机；
故障检测模块，用于根据预设的检测周期，检测从机是否发生故障，在检测到一台或多台从机发生故障时，生成从机故障信号并发送至转矩调整模块；
转矩调整模块，用于接收从机故障信号，根据从机故障信号，闭合切换开关，使得主机接收转矩补偿信号；其中，主机在接收到转矩补偿信号后，调整主机和从机的运行转矩，使多电机传动系统的总运行转矩回到发生故障前的总运行转矩。
本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述减小多电机传动系统转速波动的方法。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述减小多电机传动系统转速波动的方法。
本发明实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述减小多电机传动系统转速波动的方法。
本发明实施例中，减小多电机传动系统转速波动的方法，与现有技术中只借助变频器的速度闭环调速，主机转速发生较大变化，进而影响主机对从机的给定转矩，使整个系统的电机转速短时间内产生较大波动的技术方案相比，通过根据预设的采样周期，采集多电机传动系统所有电机的总运行转矩，所有电机包括一台主机以及多台从机；根据总运行转矩，计算转矩补偿值，根据转矩补偿值，生成转矩补偿信号发送给主机；根据预设的检测周期，检测从机是否发生故障，在检测到至少一台从机发生故障时，闭合切换开关，使得主机接收转矩补偿信号；其中，主机在接收到转矩补偿信号后，调整主机和从机的运行转矩，使多电机传动系统的总运行转矩回到发生故障前的总运行转矩，可以实现减小多电机传动系统故障时的电机转速波动，保障电机传动系统驱动的设备平稳运行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。在附图中：
图1为现有技术中变频器驱动电机经过机械耦合驱动转炉本体旋转结构示意图；
图2为本发明实施例中负载转矩突变以后电机转速变化示意图；
图3为本发明实施例中减小多电机传动系统转速波动的方法的流程示意图；
图4为本发明实施例中主从电机系统转速控制示意图；
图5为本发明另一实施例中减小多电机传动系统转速波动的方法的流程示意图；
图6为本发明实施例中减小多电机传动系统转速波动的装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
在工业领域，多台电机通过机械耦合驱动同一设备运转，如在钢铁生产企业使用的转炉，由变频器驱动的电机经过齿轮箱，通过机械耦合驱动转炉本体旋转，图1为现有技术中变频器驱动电机经过机械耦合驱动转炉本体旋转结构示意图，如图1所示，上位机与变频器4之间采用高速通讯网络，上位机将转速信号等发送给变频器4，变频器之间也采用高速通讯网络，变频器4将转矩信号等发送给其余变频器，以此使电机组按照预设转速运行。
现有控制方案中，当一台电机驱动系统故障时，直接将此故障传动切除，未采取减少扰动的措施，只借助变频器的速度闭环调速，此时主机的转速会发生较大变化，进而影响主机对从机的给定转矩，使整个系统的电机转速短时间内产生较大波动，转炉本体会由于转矩的变化出现点头，晃动，最后稳定的过程，对于机械结构刚性不高的转炉本体机械设备，可能产生危险，甚至发生生产事故。为使驱动系统运行稳定，无震动，只能通过机械抱闸将设备抱住，同时变频器分闸关闭电机系统，然后重新启动转炉设备，如此会影响生产节奏。图2为本发明实施例中负载转矩突变以后电机转速变化示意图，在电机系统平衡时，如图2中①所示，电机保持预设转速不变，在转矩发生突变后，如图2中②所示，电机转速在原预设转速上下产生较大波动，并且在时间t1处达到峰值，继续震荡，最后逐渐平稳。
因此，如何减小故障时的电机转速波动，保障电机传动系统驱动的设备平稳运行，是现有技术尚未解决的问题。
为了解决上述问题，本发明实施例提供一种减小多电机传动系统转速波动的方法，该方法可以实现减小多电机传动系统故障时的电机转速波动，保障电机传动系统驱动的设备平稳运行。
图3为本发明实施例中减小多电机传动系统转速波动的方法的流程示意图，如图3所示，该方法包括：
步骤301：根据预设的采样周期，采集多电机传动系统所有电机的总运行转矩，所有电机包括一台主机以及多台从机；
步骤302：根据总运行转矩，计算转矩补偿值，根据转矩补偿值，生成转矩补偿信号发送给主机；
步骤303：根据预设的检测周期，检测从机是否发生故障，在检测到至少一台从机发生故障时，闭合切换开关，使得主机接收转矩补偿信号；
步骤304：其中，主机在接收到转矩补偿信号后，调整主机和从机的运行转矩，使多电机传动系统的总运行转矩回到发生故障前的总运行转矩。
由图3所示的流程可以得知，本发明实施例可以减小多电机传动系统故障时的电机转速波动，保障电机传动系统驱动的设备平稳运行。
在一个实施例中，在上述步骤301中，总运行转矩包括主机的运行转矩和从机的运行转矩，其中，主机的运行转矩是主机采用转速闭环控制确定的；从机的运行转矩是根据主机的运行转矩确定的。
在一个实施例中，在上述步骤302中，根据总运行转矩，计算转矩补偿值，包括：
根据总运行转矩，计算运行转矩平均值；
从总运行转矩中，删除偏离运行转矩平均值预设比例的运行转矩，这里的预设比例可以设置为偏离运行转矩平均值10％，得到剩余总运行转矩；
对剩余总运行转矩计算平均值，乘以总电机数量，作为总转矩；
根据总转矩计算至少一台从机发生故障的转矩补偿值。
具体实施时，根据总转矩计算至少一台从机发生故障的转矩补偿值，包括：
根据如下公式计算转矩补偿值：
其中，x表示转矩补偿值，Ma表示根据剩余总运行转矩计算得到的平均转矩，n表示总电机数量，m表示发生故障的从机数量。
在一个实施例中，减小多电机传动系统转速波动的方法还包括：
在主机发生故障时，所有电机停止运行，将转矩补偿值设置为0；
在从机中选定一个作为主机，由选定的主机对应的变频器，控制转速闭环和转矩闭环，重新启动多电机传动系统。
在一个实施例中，对于运行转矩偏离运行转矩平均值预设比例的从机，生成报警信号，将报警信号传输到显示屏，提醒技术人员对电机系统进行检查。
在一个实施例中，图4为本发明实施例中主从电机系统转速控制示意图，如图4所示，主机是速度给定控制，由速度闭环得到转矩给定，将转矩给定传输给从机，从机是转矩给定控制，图中转速环用于使主机按照预设速度运行，主机根据预设速度得到预设转矩，转矩环用于使从机按照预设转矩运行。其中，在给转矩环施加预设转矩时，通过闭合切换开关，调整给定的转矩，减小电机转速波动，保障电机驱动的设备平稳运行。
图5为本发明另一实施例中减小多电机传动系统转速波动的方法的流程示意图，下面结合图5详细介绍本发明实施例中多电机传动系统转速波动的方法流程：
上位机实时采集所有电机的转矩，采样周期可以设置为2ms；
根据采集到的电机的转矩，进行补偿转矩值计算，生成补偿转矩信号；
将补偿转矩信号发送给主机，在闭合切换开关后，主机才能得到转矩补偿信号；
检测是否有从机发生故障，如果没有从机发生故障，等待下一时刻采样周期重新采样，如果从机发生故障，闭合切换开关，主机得到补偿转矩信号；
根据补偿转矩信号调整主机和从机的运行转矩，使电机系统的总转矩回到发生故障前的总转矩，等待下一时刻采样周期重新采样。
图2为本发明实施例中负载转矩突变以后电机转速变化示意图，如图2中的③所示，相对于曲线②的电机转速在原预设转速上下产生较大波动，并且在时间t1处达到峰值，继续震荡，最后逐渐平稳，通过本发明上述实施例提供的方法，可以实现在负载转矩突变后，在时间t2处加入补偿转矩，减小了电机转速波动，使电机转速快速回到预设的平稳状态。
在一个实施例中，如图2中的③所示，在时间t2处加入补偿转矩，电机的转矩响应时间小于5ms，加上采样延时2ms，在7ms的时间内，电机转矩就会达到故障时刻的数值，在发生故障的7ms的时间内，电机系统驱动的设备转动的角度很微小，可以认为未发生变化，转矩补偿值完全补偿了由于从机故障退出导致的瞬时转矩不足引起的转速波动问题。
本发明实施例中还提供了一种减小多电机传动系统转速波动的装置，如下面的实施例所述。由于该装置解决问题的原理与减小多电机传动系统转速波动的方法相似，因此该装置的实施可以参见减小多电机传动系统转速波动的方法的实施，重复之处不再赘述。
图6为本发明实施例中减小多电机传动系统转速波动的装置的结构示意图，如图6所示，该装置包括：
采集模块01，用于根据预设的采样周期，采集多电机传动系统所有电机的总运行转矩，所述所有电机包括一台主机以及多台从机；
转矩补偿模块02，用于根据总运行转矩，计算转矩补偿值，根据转矩补偿值，生成转矩补偿信号发送给主机；
故障检测模块03，用于根据预设的检测周期，检测从机是否发生故障，在检测到一台或多台从机发生故障时，生成从机故障信号并发送至转矩调整模块；
转矩调整模块04，用于接收从机故障信号，根据从机故障信号，闭合切换开关，使得主机接收转矩补偿信号；其中，主机在接收到转矩补偿信号后，调整主机和从机的运行转矩，使多电机传动系统的总运行转矩回到发生故障前的总运行转矩。
在一个实施例中，总运行转矩包括主机的运行转矩和从机的运行转矩，其中，主机的运行转矩是主机采用转速闭环控制确定的；从机的运行转矩是根据主机的运行转矩确定的。
在一个实施例中，转矩补偿模块02具体用于：
根据总运行转矩，计算运行转矩平均值；
从总运行转矩中，删除偏离运行转矩平均值预设比例的运行转矩，得到剩余总运行转矩；
对剩余总运行转矩计算平均值，乘以总电机数量，作为总转矩；
根据总转矩计算至少一台从机发生故障的转矩补偿值。
在一个实施例中，转矩补偿模块具体用于：
根据如下公式计算转矩补偿值：
其中，x表示转矩补偿值，Ma表示根据剩余总运行转矩计算得到的平均转矩，n表示总电机数量，m表示发生故障的从机数量。
在一个实施例中，减小多电机传动系统转速波动的装置还包括：
报警模块，用于：对于运行转矩偏离运行转矩平均值预设比例的从机，生成报警信号，将报警信号传输到显示屏。
在一个实施例中，减小多电机传动系统转速波动的装置还包括：
重启模块，用于在主机发生故障时，所有电机停止运行，将转矩补偿值设置为0；在从机中选定一个作为主机，由选定的主机对应的变频器，控制转速闭环和转矩闭环，重新启动多电机传动系统。
在一个实施例中，多电机传动系统中，所有电机都由变频器驱动，每台电机对应一个变频器，主机由变频器控制转速闭环和转矩闭环；从机接收主机给定的运行转矩，由变频器控制转矩闭环。
本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述减小多电机传动系统转速波动的方法。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述减小多电机传动系统转速波动的方法。
本发明实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述减小多电机传动系统转速波动的方法。
本发明实施例中，减小多电机传动系统转速波动的方法，与现有技术中只借助变频器的速度闭环调速，主机转速发生较大变化，进而影响主机对从机的给定转矩，使整个系统的电机转速短时间内产生较大波动的技术方案相比，通过根据预设的采样周期，采集多电机传动系统所有电机的总运行转矩，所有电机包括一台主机以及多台从机；根据总运行转矩，计算转矩补偿值，根据转矩补偿值，生成转矩补偿信号发送给主机；根据预设的检测周期，检测从机是否发生故障，在检测到至少一台从机发生故障时，闭合切换开关，使得主机接收转矩补偿信号；其中，主机在接收到转矩补偿信号后，调整主机和从机的运行转矩，使多电机传动系统的总运行转矩回到发生故障前的总运行转矩，从而减小多电机传动系统故障时的电机转速波动，保障电机传动系统驱动的设备平稳运行。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种减小多电机传动系统转速波动的方法，其特征在于，包括：
根据预设的采样周期，采集多电机传动系统所有电机的总运行转矩，所有电机包括一台主机以及多台从机；
根据总运行转矩，计算转矩补偿值，根据转矩补偿值，生成转矩补偿信号发送给主机；
根据预设的检测周期，检测从机是否发生故障，在检测到至少一台从机发生故障时，闭合切换开关，使得主机接收转矩补偿信号；
其中，主机在接收到转矩补偿信号后，调整主机和从机的运行转矩，使多电机传动系统的总运行转矩回到发生故障前的总运行转矩。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，总运行转矩包括主机的运行转矩和从机的运行转矩，其中，
所述主机的运行转矩是主机采用转速闭环控制确定的；
从机的运行转矩是根据主机的运行转矩确定的。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据总运行转矩，计算转矩补偿值，包括：
根据总运行转矩，计算运行转矩平均值；
从总运行转矩中，删除偏离运行转矩平均值预设比例的运行转矩，得到剩余总运行转矩；
对剩余总运行转矩计算平均值，乘以总电机数量，作为总转矩；
根据总转矩计算至少一台从机发生故障的转矩补偿值。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，根据总转矩计算至少一台从机发生故障的转矩补偿值，包括：
根据如下公式计算转矩补偿值：
其中，x表示转矩补偿值，Ma表示根据剩余总运行转矩计算得到的平均转矩，n表示总电机数量，m表示发生故障的从机数量。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：
对于运行转矩偏离运行转矩平均值预设比例的从机，生成报警信号，将报警信号传输到显示屏。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多电机传动系统中，所有电机都由变频器驱动，每台电机对应一个变频器，主机由变频器控制转速闭环和转矩闭环；从机接收主机给定的运行转矩，由变频器控制转矩闭环；
所述方法还包括：
在主机发生故障时，所有电机停止运行，将转矩补偿值设置为0；
在从机中选定一个作为主机，由选定的主机对应的变频器，控制转速闭环和转矩闭环，重新启动多电机传动系统。
7.一种减小多电机传动系统转速波动的装置，其特征在于，包括：
采集模块，用于根据预设的采样周期，采集多电机传动系统所有电机的总运行转矩，所述所有电机包括一台主机以及多台从机；
转矩补偿模块，用于根据总运行转矩，计算转矩补偿值，根据转矩补偿值，生成转矩补偿信号发送给主机；
故障检测模块，用于根据预设的检测周期，检测从机是否发生故障，在检测到一台或多台从机发生故障时，生成从机故障信号并发送至转矩调整模块；
转矩调整模块，用于接收从机故障信号，根据从机故障信号，闭合切换开关，使得主机接收转矩补偿信号；其中，主机在接收到转矩补偿信号后，调整主机和从机的运行转矩，使多电机传动系统的总运行转矩回到发生故障前的总运行转矩。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，总运行转矩包括主机的运行转矩和从机的运行转矩，其中，
所述主机的运行转矩是主机采用转速闭环控制确定的；
从机的运行转矩是根据主机的运行转矩确定的。
9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，转矩补偿模块具体用于：
根据总运行转矩，计算运行转矩平均值；
从总运行转矩中，删除偏离运行转矩平均值预设比例的运行转矩，得到剩余总运行转矩；
对剩余总运行转矩计算平均值，乘以总电机数量，作为总转矩；
根据总转矩计算至少一台从机发生故障的转矩补偿值。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，转矩补偿模块具体用于：
根据如下公式计算转矩补偿值：
其中，x表示转矩补偿值，Ma表示根据剩余总运行转矩计算得到的平均转矩，n表示总电机数量，m表示发生故障的从机数量。
11.如权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括报警模块，用于：
对于运行转矩偏离运行转矩平均值预设比例的从机，生成报警信号，将报警信号传输到显示屏。
12.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述多电机传动系统中，所有电机都由变频器驱动，每台电机对应一个变频器，主机由变频器控制转速闭环和转矩闭环；从机接收主机给定的运行转矩，由变频器控制转矩闭环；
所述装置还包括重启模块，用于：
在主机发生故障时，所有电机停止运行，将转矩补偿值设置为0；在从机中选定一个作为主机，由选定的主机对应的变频器，控制转速闭环和转矩闭环，重新启动多电机传动系统。
13.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6任一所述方法。
14.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6任一所述方法。
15.一种计算机程序产品，其特征在于，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6任一所述方法。
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