一种塔式起重机回转控制系统及其控制方法技术方案

一种塔式起重机回转控制系统及其控制方法，其中系统包括：减速驱动机构，用于将获得的驱动转矩传递到塔式起重机大臂，以驱动大臂回转；电动机，用于驱动所述减速驱动机构运转；变频器，用于根据电动机实际运行速度和预设的大臂回转速度估算模型估算大臂回转速度，并根据给定的大臂回转速度和估算的大臂回转速度生成电动机速度指令，以实时调整电动机运行速度，使实际的大臂回转速度跟随给定的大臂回转速度，所述预设的大臂回转速度估算模型为。本发明专利技术可使大臂回转速度控制平稳，显著提高了回转系统运行效率和舒适性，无需涡流制动器辅助调速，因此，不仅降低系统成本，并可减少系统故障点，提高系统运行的可靠性和安全性。

A slewing control system of tower crane and its control method

【技术实现步骤摘要】
一种塔式起重机回转控制系统及其控制方法
本专利技术涉及电动机控制
，特别是涉及一种塔式起重机回转控制系统及其控制方法。
技术介绍
塔式起重机的回转机构具有塔臂惯性大、塔身扭曲形变和传动机构大减速比等特点，因此容易造成大臂速度超调、振荡；而且由于回转机构存在走走停停、就位不准、停机大臂回弹、所吊重物摇晃等技术问题，因此降低了回转机构的运行效率、舒适性、可靠性和安全性。目前的塔式起重机的回转控制方案主要包括绕线电动机+液力耦合器控制、力矩电动机RCV(回转控制调压)驱动+涡流控制、普通异步电动机变频驱动+涡流控制。其中，绕线电动机+液力耦合器控制方案存在抗风性能差和液力耦合器容易漏油等问题，已逐步被市场淘汰；力矩电动机RCV驱动+涡流控制方案由于需要采用RCV控制器、涡流制动器、涡流控制模块，力矩电动机的成本约为普通电动机的2倍，且存在防护等级不够，散热性能较差，故此方案存在故障点多、成本高的缺点；普通异步电动机变频驱动+涡流控制方案变频器驱动技术，可实现无极调速，但是普通变频器未考虑普通异步电动机特性较硬和塔机回转机构惯量大且具有一定的回转弹性之间的矛盾，涡流制动器虽然在一定程度可缓解上述矛盾，但在控制稳定性和舒适性等方面还是不理想。然而，此方案目前虽然还存在一些问题，但由于具有无极调速、成本较低的优点，得到了越来越广泛的应用。针对回转机构普通异步电动机变频驱动存在的上述问题，专利CN109019341A提出了一种塔式起重机回转控制系统及其控制方法：基于塔式起重机回转机构的数学模型估算出大臂的回转速度，并根据给定的大臂回转速度与估算的大臂回转速度调整电动机运行速度。由此可见，大臂回转速度是否估算准确是此控制系统和方法的关键。此专利所用的大臂回转速度估算模型如下：其中，r1为回转机构小齿轮半径，r2为回转机构大齿轮半径，K1为回转机构减速机的减速比，Jd为大臂惯量，ωd为大臂回转速度，ωm为电动机运行速度，s代表微分。上述公式(1)中涉及的大臂回转速度估算模型未考虑塔身抗扭曲刚度和大臂阻尼系数的影响，会导致大臂回转速度估算错误，进而导致回转机构速度控制不稳定，无法用于实际的塔式起重机回转控制系统。基于公式(1)的估算模型仿真结果如图1所示，图1中上半部分较平直的曲线表示给定的大臂回转速度，上半部分呈波浪状曲线表示实际的大臂回转速度，下半部分的曲线表示估算的大臂回转速度。根据仿真结果可知，由于估算的大臂回转速度无法准确反馈实际的大臂回转速度，从而导致了系统控制错误，进而导致了实际的大臂回转速度出现严重的超调、振荡。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术存在的上述问题，提供了一种塔式起重机回转控制系统及其方法，以解决现有技术的塔式起重机回转机构存在控制不稳定的技术问题，同时具有降低控制系统成本的有益效果。一种塔式起重机回转控制系统，其系统包括：减速驱动机构，用于将获得的驱动转矩传递到塔式起重机大臂，以驱动大臂回转；电动机，用于驱动所述减速驱动机构运转；变频器，用于根据电动机实际运行速度和预设的大臂回转速度估算模型估算大臂回转速度，并根据给定的大臂回转速度和估算的大臂回转速度生成电动机速度指令，以实时调整电动机运行速度，使实际的大臂回转速度跟随给定的大臂回转速度，所述预设的大臂回转速度估算模型为：其中，ωd为估算的大臂回转速度，ωm为电动机实际运行速度，r1为塔式起重机的大臂驱动齿轮中的小齿轮的半径，r2为塔式起重机的大臂驱动齿轮中的大齿轮半径，K1为减速驱动机构的减速比，Kf为大臂阻尼系数，Kt为塔式起重机的塔身抗扭曲刚度，Jd为大臂惯量，s代表微分。作为本专利技术的进一步优选技术方案，所述变频器包括：大臂回转速度估算模块，用于接收电动机反馈的实际运行速度，并根据电动机实际运行速度和大臂回转速度估算模型进行计算，以获得估算的大臂回转速度；电机速度调整模块，用于根据估算的大臂回转速度和给定的大臂回转速度实时调整电动机运行速度指令；电机控制模块，用于根据所述电动机运行速度指令计算电压空间矢量；电机驱动模块，用于根据所述电压空间矢量生成PWM信号以驱动电动机运行。作为本专利技术的进一步优选技术方案，所述系统还包括：速度指令操作平台，用于根据用户操作指令生成给定的大臂回转速度，并将给定的大臂回转速度传递给变频器。根据本专利技术的另一方面，本专利技术还提供了一种上述任一项所述塔式起重机回转控制系统的控制方法，其方法包括：S1、根据电动机实际运行速度和预设的大臂回转速度估算模型估算大臂回转速度；S2、根据给定的大臂回转速度和估算的大臂回转速度生成电动机速度指令，以实时调整电动机运行速度，使实际的大臂回转速度跟随给定的大臂回转速度；S3、根据所述电动机速度指令生成对应的PWM信号以驱动所述电动机运行，回转至步骤S1；其中，所述预设的大臂回转速度估算模型为：其中，ωd为估算的大臂回转速度，ωm为电动机实际运行速度，r1为塔式起重机的大臂驱动齿轮中的小齿轮的半径，r2为塔式起重机的大臂驱动齿轮中的大齿轮半径，K1为减速驱动机构的减速比，Kf为大臂阻尼系数，Kt为塔式起重机的塔身抗扭曲刚度，Jd为大臂惯量，s代表微分。作为本专利技术的进一步优选技术方案，所述根据电动机实际运行速度和预设的大臂回转速度估算模型估算大臂回转速度，具体包括：接收电动机反馈的实际运行速度，将电动机实际运行速度和大臂回转速度估算模型进行计算，以获得估算的大臂回转速度。作为本专利技术的进一步优选技术方案，所述根据给定的大臂回转速度和估算的大臂回转速度生成电动机速度指令，以实时调整电动机运行速度，使实际的大臂回转速度跟随给定的大臂回转速度，具体包括：接收由速度指令操作平台所给定的大臂回转速度，并根据所述给定的大臂回转速度和所述估算的大臂回转速度生成实时调整电动机运行速度指令；根据所述电动机运行速度指令计算出电压空间矢量；根据所述电压空间矢量生成PWM信号以驱动电动机运行。本专利技术提出的一种塔式起重机回转控制系统及其控制方法，通过包括上述技术方案，使得其具有以下有益效果：建立回转系统的数学模型，所提出的大臂回转速度估算模型，考虑了塔身的抗扭曲刚度、大臂的转动惯量和阻尼系数的影响，基于此估算模型可计算出大臂回转速度，利用估算的大臂回转速度与给定的大臂回转速度实时调整电动机运行速度；本专利技术可使大臂回转速度控制平稳，显著提高了回转系统运行效率和舒适性，无需涡流制动器辅助调速，因此，不仅降低系统成本，并可减少系统故障点，提高系统运行的可靠性和安全性。附图说明图1为基于专利CN109019341A的塔式起重机回转控制方法的仿真结果；图2为本专利技术的塔式起重机回转控制系统的结构示意图；图3为本专利技术的塔式起重机回转控制方法的流程图；图4为基于本专利技术的塔式起重机回转控制方法的仿真结果。图中：101、速度指令操作平台，102、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种塔式起重机回转控制系统，其特征在于，包括：/n减速驱动机构，用于将获得的驱动转矩传递到塔式起重机大臂，以驱动大臂回转；/n电动机，用于驱动所述减速驱动机构运转；/n变频器，用于根据电动机实际运行速度和预设的大臂回转速度估算模型估算大臂回转速度，并根据给定的大臂回转速度和估算的大臂回转速度生成电动机速度指令，以实时调整电动机运行速度，使实际的大臂回转速度跟随给定的大臂回转速度，所述预设的大臂回转速度估算模型为：/n

【技术特征摘要】
1.一种塔式起重机回转控制系统，其特征在于，包括：
减速驱动机构，用于将获得的驱动转矩传递到塔式起重机大臂，以驱动大臂回转；
电动机，用于驱动所述减速驱动机构运转；
变频器，用于根据电动机实际运行速度和预设的大臂回转速度估算模型估算大臂回转速度，并根据给定的大臂回转速度和估算的大臂回转速度生成电动机速度指令，以实时调整电动机运行速度，使实际的大臂回转速度跟随给定的大臂回转速度，所述预设的大臂回转速度估算模型为：



其中，ωd为估算的大臂回转速度，ωm为电动机实际运行速度，r1为塔式起重机的大臂驱动齿轮中的小齿轮的半径，r2为塔式起重机的大臂驱动齿轮中的大齿轮半径，K1为减速驱动机构的减速比，Kf为大臂阻尼系数，Kt为塔式起重机的塔身抗扭曲刚度，Jd为大臂惯量，s代表微分。


2.根据权利要求1所述的一种塔式起重机回转控制系统，其特征在于，所述变频器包括：
大臂回转速度估算模块，用于接收电动机反馈的实际运行速度，并根据电动机实际运行速度和大臂回转速度估算模型进行计算，以获得估算的大臂回转速度；
电机速度调整模块，用于根据估算的大臂回转速度和给定的大臂回转速度实时调整电动机运行速度指令；
电机控制模块，用于根据所述电动机运行速度指令计算电压空间矢量；
电机驱动模块，用于根据所述电压空间矢量生成PWM信号以驱动电动机运行。


3.根据权利要求1或2所述的一种塔式起重机回转控制系统，其特征在于，所述系统还包括：
速度指令操作平台，用于根据用户操作指令生成给定的大臂回转速度，并将给定的大臂回转速度传递给变频器。


4.权利要求1至3任意一项所述塔式...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱伟进，廖永，
申请(专利权)人：湖南沃森电气科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43