一种用于工程升降车的开关磁阻电机调速系统的制作方法

本发明属于电机调速领域，特别涉及一种用于工程升降车的开关磁阻电机调速系统。

背景技术：

1、目前，工程升降车作为高空作业、工程施工的核心举升设备，其运行平稳性、作业安全性及节能经济性直接决定施工效率与设备使用寿命，目前行业内工程升降车多采用传统电机调速驱动方案。现有升降车调速系统工况适配性较差，在空载、轻载、重载及负载突变等复杂作业工况下，难以根据实际负载状态完成自适应调速调节，极易出现转速波动、转速超调等问题，导致升降车举升、回落过程产生抖动、冲击，不仅影响作业平稳性，还易造成机械结构磨损。

2、同时，传统调速系统电流调控方式单一，无法根据负载变化状态动态适配电流响应特性，负载快速变化时电流跟踪滞后，平稳工况下开关器件损耗较高，系统运行能效偏低。此外，工程升降车频繁启停、制动回落的作业特性会产生大量回馈电能，现有设备缺乏专用储能缓冲结构，制动回馈电能大多直接耗散，造成能源浪费，且易引发直流母线电压波动，降低系统供电稳定性。

3、另外，传统升降车电机调速控制参数多为固定固化设置，无法根据现场复杂作业工况进行适配调整，且不具备远程数据监测与参数优化功能，设备运维便捷性与工况适配性受限。现有开关磁阻电机调速结构缺乏负载联动的软启动限位保护、自适应能量调控及云端参数优化机制，难以兼顾工程升降车对平稳启停、精准调速、节能稳压、智能运维的使用需求，因此亟需设计一种适配工程升降车复杂工况的开关磁阻电机调速系统。

技术实现思路

1、本发明提出一种用于工程升降车的开关磁阻电机调速系统，解决现有工程升降车开关磁阻电机调速系统工况适配性差，无法依据负载状态自适应调速与电流调节，启停冲击大、转速稳定性不足。同时制动回馈电能无法有效利用，母线电压波动大，控制参数固化，难以适配复杂多变的升降作业工况。

2、本发明的技术方案是这样实现的：一种用于工程升降车的开关磁阻电机调速系统，包括开关磁阻电机本体、功率变换器、电流检测模块、转子位置检测模块、负载状态感知模块、储能缓冲单元、fpga协处理器、dsp主控制器以及物联网通信模块，

3、开关磁阻电机本体采用矽钢片叠压双凸极磁阻结构，定子绕组采用三相三线制接法；功率变换器连接于开关磁阻电机本体与直流母线之间并配置功率开关器件，用于接收驱动信号为电机各相绕组供给励磁电流；

4、电流检测模块布置于功率变换器各相输出端并用于实时采集电机各相相电流信号；转子位置检测模块安装于电机转轴端部并用于实时检测转子位置角度和电机实际转速；负载状态感知模块布置于升降车承载部位且集成压力传感器与信号处理电路，用于实时检测负载重量与负载变化率；

5、储能缓冲单元由超级电容组和双向dc-dc变换器组成，能够储存电机制动回馈电能并在直流母线电压不足时向母线回馈补能；fpga协处理器内置硬件加速逻辑，通过并行运算单元完成电流信号处理并查表获取电机最优开通角与关断角；

6、dsp主控制器内置转速环控制器与电流滞环控制器，能够利用负载重量对转速偏差进行前馈补偿并结合最优开关角、电流反馈生成驱动信号，可根据负载变化率动态调整滞环宽度、根据运行工况控制储能缓冲单元储放能，可依据负载重量匹配启动加速度斜率实现阶梯软启动并限流保护，转速偏差超限时自动完成闭环稳速调节，

7、物联网通信模块用于上传运行数据、接收云端优化参数以实现控制参数在线整定。

8、本系统依托多硬件模块协同配合，实现工程升降车开关磁阻电机的自适应稳定调速。硬件层面以双凸极叠压结构的开关磁阻电机作为动力输出核心，由直流母线通过功率变换器为电机各相绕组提供励磁电流，配合电流检测模块、转子位置检测模块、负载状态感知模块，全面采集电机相电流、转子位置、实际转速以及负载重量、负载变化率等全维度运行状态参数，为精准控制提供基础数据支撑。

9、系统增设超级电容组与双向dc-dc变换器构成的储能缓冲单元，依托硬件结构实现制动电能存储与母线补能稳压。控制层面采用fpga与dsp双核架构，fpga依托硬件并行处理结构快速处理电流信号，并匹配转子位置调取最优开通角与关断角，提升信号处理与参数匹配效率。dsp主控制器作为核心控制单元，结合负载重量完成转速偏差前馈补偿，配合转速环与电流滞环双闭环结构生成驱动信号，并依据负载变化率自适应调整电流滞环宽度。同时根据负载重量匹配加速度斜率完成阶梯式软启动与电流限流保护，实时修正转速偏差。物联网模块实现运行数据上传与云端参数在线更新，完成系统控制参数的自适应优化，适配各类作业工况。

10、作为一优选的实施方式，fpga协处理器内置存储阵列，存储阵列内预录入不同转子位置及不同负载工况对应的最优开通角与关断角参数，fpga协处理器对接收的多相相电流信号进行并行规整处理后传输至dsp主控制器，并根据电机实时运行工况快速调取匹配的开关角参数，适配电机实时运行状态。

11、作为一优选的实施方式，转速环控制器内置多组梯度补偿参数，补偿参数与负载重量一一对应且呈正相关设置，转速环控制器结合实时转速偏差与当前负载重量匹配对应的补偿参数，共同生成电机参考转矩值，适配升降车不同负载工况的转速调节需求。

12、作为一优选的实施方式，电流滞环控制器设有多个固定档位的滞环宽度，dsp主控制器实时采集负载状态感知模块的负载变化信号，负载快速变化时选用小滞环宽度，负载平稳运行时选用大滞环宽度，根据工况自动切换滞环宽度档位。

13、作为一优选的实施方式，dsp主控制器内置负载重量与启动加速度的对应匹配参数，重载工况匹配低加速度参数，轻载工况匹配常规加速度参数，电机启动过程采用分段阶梯式升速方式，同时将启动工作电流限定在电机额定电流的两倍范围内。

14、作为一优选的实施方式，超级电容组与双向dc-dc变换器集成适配安装于直流母线侧，双向dc-dc变换器依据电机运行状态及直流母线电压状态自动切换工作模式，升降车负载回落、电机制动发电时，双向dc-dc变换器吸纳电机回馈电能并存储至超级电容组，升降车重载举升、母线电压跌落时，超级电容组通过双向dc-dc变换器向直流母线补能供流。

15、作为一优选的实施方式，物联网通信模块与dsp主控制器建立实时数据交互链路，实时采集运行过程中的电机转速、相电流、负载重量、直流母线电压及储能缓冲单元工作状态数据并远程上传，同时被动接收云端下发的适配不同作业工况的运行优化参数，dsp主控制器依据接收的优化参数，实时调整自身转速环控制器的工作参数。

16、采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：相较于传统调速系统，从运行稳定性、工况适配性、节能性及智能化层面形成全面提升。首先，通过引入负载前馈补偿与动态滞环调节机制，可根据实时负载重量与负载变化状态自适应调整控制参数，有效解决升降车负载突变工况下的转速波动、电流响应滞后问题，大幅提升举升、回落作业的平稳性，避免设备抖动造成的机械磨损，延长设备使用寿命。其次，增设独立储能缓冲单元，可回收电机制动回馈电能并二次利用，有效抑制直流母线电压波动，提升系统供电稳定性，降低设备能耗，改善了传统系统电能浪费、母线稳压能力差的缺陷。同时，负载匹配式阶梯软启动与限流结构，可根据轻重载工况自适应调节启动速率，规避大负载启动冲击与过流故障，大幅提升设备作业安全性。最后，依托物联网通信实现云端参数在线整定，打破了传统设备控制参数固化的局限，可适配复杂多变的工程作业工况，无需停机调试即可完成系统优化，显著提升设备运维便捷性与工况适配能力，适配工程升降车高频、多变的作业需求。