塔式起重机回转控制机构及其控制方法与流程

1.本发明涉及电机调速系统控制领域，尤其涉及一种塔式起重机回转控制机构及其控制方法。


背景技术：

2.在塔式起重机中，传统控制方式有omd和rcv等，存在可维护成本大以及能耗高的缺点。随着电力电子技术和计算机控制技术的发展，在小型塔式起重机中，回转变频控制逐渐取代传统方式。
3.由于回转机构属于大惯量弹性负载，采用以异步电机速度为控制目标，回转机构存在回转操控不稳的问题。导致实际生产效率不高，对操作人员也具有一定的要求。
4.针对变频驱动回转机构的控制，当前主要有两种控制方案：
5.一种方法是采用闭环控制方法，其主要通过估算塔机回转速度进行补偿实现。闭环控制必要条件是得到异步电机准确的电机参数和编码器反馈速度，再加入对回转速度的预估可以实现回转机构平稳控制。但闭环控制会增加编码器损坏的风险，并且塔机厂家并不都具备闭环控制的条件，对原有市场上开环控制方案升级成本压力大，操作复杂。
6.另一种方法是开环控制方法，通过生成特定速度曲线，来抑制回转机构在运行过程的不稳定。此种方法通过分析塔机的工程模型，对模型输入特定速度曲线输出后观察模型的输出曲线。经过大量实验和测试表明，此方法在实际生产具有良好的适应性和表现。另外此方法采用开环控制稳定可靠，现场升级难度低。


技术实现要素：

7.针对现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种塔式起重机回转控制机构及其控制方法。
8.本发明提供一种塔式起重机回转控制机构，包括异步电机和连接于异步电机的回转变频器，回转变频器用于驱动异步电机，异步电机用于驱动塔式起重机中的回转机构运行，还包括校正模块，用于通过校正模型对异步电机的指令速度进行校正，将校正后的速度输入给异步电机，达到回转机构去抖动的效果。
9.在本发明提供的塔式起重机回转控制机构中，所述校正模块通过以下校正模型对所述指令速度进行校正：
[0010][0011]
其中，ω
ref
表示异步电机的指令速度，α表示异步电机的的加速度，ω
comp
表示加速度经过一阶惯性滤波后的速度，ωm表示所述异步电机校正后的指令速度，τ表示时间常数，k表示比例系数，s代表微分。
[0012]
根据本发明的另一方面，还提供一种用于如上所述塔式起重机回转控制机构的控制方法，包括以下步骤：
[0013]
通过校正模型对异步电机的指令速度ω
ref
进行校正；
[0014]
将所述异步电机校正后的指令速度ωm输入给所述异步电机。
[0015]
所述异步电机根据校正后的所述指令速度ωm驱动所述塔式起重机中的回转机构运行。
[0016]
在本发明提供的控制方法中，所述校正模型为：
[0017][0018]
其中，ω
ref
表示异步电机的指令速度，α表示异步电机的的加速度，ω
comp
表示加速度经过一阶惯性滤波后的速度，ωm表示所述异步电机校正后的指令速度，τ表示时间常数，k表示比例系数，s代表微分。实施本发明实施例，具有如下有益效果：本发明提供的回转开环控制方法，可以适用于不同型号的回转机构，加减速过程中减小塔身的机械应力，同时变频器运行过程的电流也降低，增加塔机的使用寿命；由于消除了速度曲线的抖动，实现稳定启停后，配合变频器本身自带的零频抱闸功能，可以在不使用涡流控制器的条件下，实现平稳控制，增加回转系统的稳定性。
附图说明
[0019]
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。
[0020]
图1所示是本发明一实施例提供的塔式起重机回转控制机构的模块图；
[0021]
图2所示是本发明的控制结构的原理图；
[0022]
图3是图2所示的各个阶段的结果图；
[0023]
图4是校正前后的结果对比图；
[0024]
图5是使用matlab的仿真；
[0025]
图6是仿真波形。
具体实施方式
[0026]
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的典型实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
[0027]
需要说明的是，词语“相连”或“连接”，不仅仅包括将两个实体直接相连除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
[0028]
本发明总的思路是：通过串联校正的方法，在速度输出曲线的前向通道上减去校正后的速度，得到类似于s曲线的输出，由此，可以消除抖动。
[0029]
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本技术技术方案的详细的说明，而不是对本技术技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
[0030]
图1所示是本发明一实施例提供的塔式起重机回转控制机构的原理图；如图1所示，本发明提供的回转控制机构包括异步电机20和电连接于所述异步电机的回转变频器10，所述回转变频器用于驱动所述异步电机，所述异步电机用于驱动所述塔式起重机中的回转机构30运行，还包括校正模块40，用于通过校正模型对所述异步电机的指令速度进行校正，将矫正后的速度输入给所述异步电机，达到回转机构去抖动的效果。
[0031]
具体地，在本发明一实施例中，图2是本次发明的控制结构，虚线框内是增加的校正环节，其他部分是变频器原有的速度控制，校正环节中由一个微分环节与一阶惯性环节构成，用户可以变频器键盘设定一阶惯性的环节的时间常数τ和比例系数k。校正模型如下：
[0032][0033]
ω
ref
表示异步电机的指令速度，α表示异步电机的的加速度，ω
comp
表示加速度经过一阶惯性滤波后的速度，ωm表示所述异步电机校正后的指令速度，τ表示时间常数，k表示比例系数，s代表微分。
[0034]
校正结果如图3和图4所示，其中
①
号线表示原有的速度曲线ω
ref
，
②
号线表示输出的加速度α，
③
号表示加速度经过一阶惯性滤波后的速度ω
comp
，
④
号表示合成后的实际变频器输出速度ωm。图4中
⑤
号线表示为原有速度曲线ω
ref
(
①
号线)输出时回转大臂的实际速度，
⑥
号线表示按照ωm(
④
号线)输出后大臂实际速度。图5是使用matlab的仿真。图6是仿真波形。通过图6可知，本发明通过串联校正的方法，在速度输出曲线的前向通道上减去校正后的速度，得到类似于s曲线的输出，由此，可以消除抖动。
[0035]
基于同一发明构思，本发明还公开了塔式起重机回转控制机构的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0036]
通过校正模型对异步电机的指令速度ω
ref
进行校正；
[0037]
将所述异步电机校正后的指令速度ωm输入给所述异步电机。
[0038]
所述异步电机根据校正后的所述指令速度ωm驱动所述塔式起重机中的回转机构运行。
[0039]
其中，校正模型如下：
[0040]
[0041]
ω
ref
表示异步电机的指令速度，α表示异步电机的的加速度，ω
comp
表示加速度经过一阶惯性滤波后的速度，ωm表示所述异步电机校正后的指令速度，τ表示时间常数，k表示比例系数，s代表微分。
[0042]
本发明提供的回转开环控制控制方法，可以适用于不同型号的回转机构，加减速过程中减小塔身的机械应力，同时变频器运行过程的电流也降低，增加塔机的使用寿命。由于消除了速度曲线的抖动，实现稳定启停后，配合变频器本身自带的零频抱闸功能，可以在不使用涡流控制器的条件下，实现平稳控制，增加回转系统的稳定性。
[0043]
虽然结合附图描述了本发明的实施例,但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。