一种基于无刷直流电机的电动绞车系统及控制方法技术方案

本申请公开了一种基于无刷直流电机的电动绞车系统及其控制方法，包括牵引绞车

【技术实现步骤摘要】
一种基于无刷直流电机的电动绞车系统及控制方法


[0001]本专利技术涉及电动绞车系统
，具体是指一种基于无刷直流电机的电动绞车系统及控制方法
。

技术介绍

[0002]传统的电动绞车系统多采用交流感应电机驱动
。
为了将负载端高张力转化为储缆端低张力，专利
《
基于
Profinet
通信的浮空器缆绳收放实验系统及其控制方法
》
中采用基于交流感应电机双牵引绞车释放缆绳张力，双牵引绞车体积较大，不利于绞车系统在狭小空间的布置
。
此外储缆绞车多采用交流感应电机进行驱动，存在效率较低
、
高频干扰大
、
张力波动大等问题
。
因此，亟待解决上述问题
。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题是克服以上的技术缺陷，提供一种基于无刷直流电机的电动绞车系统及控制方法
。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术的第一个目的是提供一种基于无刷直流电机的电动绞车系统：一种基于无刷直流电机的电动绞车系统，包括牵引绞车
、
储缆绞车
、
排缆机构和控制系统，
[0005]所述牵引绞车上设有主绞盘
、
从绞盘
、
主绞盘电机变频器以及主绞盘电机，所述主绞盘
、
从绞盘之间传动连接，所述主绞盘电机由主绞盘电机变频器控制，所述主绞盘电机用于驱动主绞盘的转动；
[0006]所述储缆绞车上设有储缆筒
、
储缆电机以及储缆电机驱动器，所述储缆电机由储缆电机驱动器控制，所述储缆电机用于驱动储缆筒的转动，所述储缆筒上缠绕有缆绳，所述储缆电机采用无刷直流电机；
[0007]所述排缆机构包括设置在储缆绞车上的单向丝杆螺母机构
、
排缆电机
、
排缆导轮以及排缆电机驱动器，所述排缆电机由排缆电机驱动器控制，所述排缆电机用于控制单向丝杆螺母机构中的单向丝杆转动，且所述排缆导轮与单向丝杆螺母机构中的螺母固定连接，排缆电机采用无刷直流电机，通过排缆电机驱动单向丝杆螺母机构带动排缆导轮位移实现排缆；
[0008]所述控制系统包括数字信号处理器
DSP、
状态量传感器和模拟量传感器，所述数字信号处理器
DSP
分别与牵引绞车
、
排缆机构
、
上位机以及储缆绞车相连并分别控制其运行状态；
[0009]所述数字信号处理器
DSP
包括
CPU
模块
、ADC
模块
、eCAP
模块和
ePWM
模块；
[0010]所述状态量传感器包括主绞盘电机编码器
、
排缆电机编码器和储缆电机编码器；
[0011]所述模拟量传感器包括排缆电机电流传感器
、
储缆电机电流传感器；
[0012]所述主绞盘电机编码器
、
排缆电机编码器和储缆电机编码器的输出端均与
eCAP
模块电性连接，所述绞盘电机变频器
、
储缆电机驱动器和排缆电机驱动器的输入端均与
ePWM
模块电性连接，所述排缆电机电流传感器以及储缆电机电流传感器与
ADC
模块双向电性连接，所述
CPU
模块与上位机双向电性连接
。
[0013]本专利技术的第二个目的是提供一种基于无刷直流电机的电动绞车系统的控制方法，所述方法包括如下步骤：
[0014]步骤一
、
采集储缆电机电流传感器输出的电流信号和储缆电机编码器输出的转子位置信号；
[0015]步骤二
、
基于所述转子位置信号，对所述电流信号进行解耦计算，计算所述储缆电机的转子直轴和交轴电流值；
[0016]步骤三
、
基于所述储缆电机转子交轴电流值，计算储缆张力值；
[0017]步骤四
、
基于所述储缆张力值，储缆张力目标值，计算储缆张力误差值，基于所述转子直轴电流值
、
转子直轴电流目标值，计算转子直轴电流误差值；
[0018]步骤五
、
基于所述储缆张力误差值和转子直轴电流误差值，通过电流环控制器确定所述储缆电机的转子直轴和交轴电压目标值；
[0019]步骤六
、
基于所述转子位置信号，对所述转子直轴和交轴电压目标值进行耦合计算，确定驱动所述储缆电机的空间电压矢量；
[0020]步骤七
、
基于所述空间电压矢量，通过空间矢量脉宽调制算法确定所述储缆电机驱动器的状态编码值；
[0021]步骤八
、
基于所述状态编码值，储缆电机驱动器驱动所述储缆电机进行收缆工作
。
[0022]步骤九
、
缆绳经牵引绞车拖曳并释放张力，绕过排缆机构系于储缆绞车上进行缆绳张力控制
。
[0023]进一步地，其中，所述步骤一的具体步骤为：
[0024]数字信号处理器
DSP
通过
ADC
模块从储缆电机电流传感器采集储缆电机的电流信号
i
a
、i
b
、i
c
；数字信号处理器
DSP
通过
eCAP
模块从储缆电机编码器采集储缆电机的转子位置信号
θ
。
[0025]进一步地，所述步骤二的具体步骤为：
[0026]数字信号处理器
DSP
通过
CPU
模块根据采集到的转子位置信号
θ
对采集到的电流信号
i
a
、i
b
、i
c
进行解耦计算，计算转子直轴和交轴电流值
i
d
、i
q
。
[0027]进一步地，所述步骤三的具体步骤为：
[0028]数字信号处理器
DSP
通过
CPU
模块根据步骤三得出的转子交轴电流值
i
q
，计算储缆张力值
F。
[0029]进一步地，其中，缆绳张力值
F
的大小由以下公式确定：
[0030][0031]其中：
[0032]i
为储缆电机减速比；
n
p
为储缆电机极对数；
R
为储缆筒半径；
L
d
为储缆电机转子直轴电感；
L
q
为储缆电机转子交轴电感；
ψ
f
为储缆电机永磁体磁链
。
[0033]进一步地，其中，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于无刷直流电机的电动绞车系统，其特征在于，包括牵引绞车
(1)、
储缆绞车
(3)、
排缆机构
(2)
和控制系统；所述牵引绞车
(1)
上设有主绞盘
(4)、
从绞盘
(5)、
主绞盘电机变频器
(6)
以及主绞盘电机
(7)
，所述主绞盘
(4)、
从绞盘
(5)
之间传动连接，所述主绞盘电机
(7)
由主绞盘电机变频器
(6)
控制，所述主绞盘电机
(7)
用于驱动主绞盘
(4)
的转动；所述储缆绞车
(3)
上设有储缆筒
(12)、
储缆电机
(13)
以及储缆电机驱动器
(14)
，所述储缆电机
(13)
由储缆电机驱动器
(14)
控制，所述储缆电机
(13)
用于驱动储缆筒
(12)
的转动，所述储缆筒
(12)
上缠绕有缆绳；所述排缆机构
(2)
包括设置在储缆绞车
(3)
上的单向丝杆螺母机构
(9)、
排缆电机
(8)、
排缆导轮
(10)
以及排缆电机驱动器
(11)
，所述排缆电机
(8)
由排缆电机驱动器
(11)
控制，所述排缆电机
(8)
用于控制单向丝杆螺母机构
(9)
中的单向丝杆转动，且所述排缆导轮
(10)
与单向丝杆螺母机构
(9)
中的螺母固定连接；所述控制系统包括数字信号处理器
DSP、
状态量传感器和模拟量传感器，所述数字信号处理器
DSP
分别与牵引绞车
(1)、
排缆机构
(2)、
上位机以及储缆绞车
(3)
相连并分别控制其运行状态；所述数字信号处理器
DSP
包括
CPU
模块
、ADC
模块
、eCAP
模块和
ePWM
模块；所述状态量传感器包括主绞盘电机编码器
(15)、
排缆电机编码器
(16)
和储缆电机编码器
(17)
；所述模拟量传感器包括排缆电机电流传感器
(18)、
储缆电机电流传感器
(19)
；所述主绞盘电机编码器
(15)、
排缆电机编码器
(16)
和储缆电机编码器
(17)
的输出端均与
eCAP
模块电性连接，所述绞盘电机变频器
(6)、
储缆电机驱动器
(14)
和排缆电机驱动器
(11)
的输入端均与
ePWM
模块电性连接，所述排缆电机电流传感器
(18)
以及储缆电机电流传感器
(19)
与
ADC
模块双向电性连接，所述
CPU
模块与上位机双向电性连接
。2.
一种基于无刷直流电机的电动绞车系统的控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤一
、
采集储缆电机电流传感器
(19)
输出的电流信号和储缆电机编码器
(17)
输出的转子位置信号；步骤二
、
基于所述转子位置信号，对所述电流信号进行解耦计算，计算所述储缆电机
(13)
的转子直轴和交轴电流值；步骤三
、
基于所述储缆电机
(13)
转子交轴电流值，计算储缆张力值；步骤四
、
基于所述储缆张力值，储缆张力目标值，计算储缆张力误差值，基于所述转子直轴电流值
、
转子直轴电流目标值，计算转子直轴电流误差值；步骤五
、
基于所述储缆张力误差值和转子直轴电流误差值，通过电流环控制器确定所述储缆电机
(13)
的转子直轴和交轴电压目标值；步骤六
、
基于所述转子位置信号，对所述转子直轴和交轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵明元，郭豪峰，李会芳，赵忠，朱国良，金波，陈昱，费利明，
申请(专利权)人：湖州越球电机有限公司，
类型：发明
国别省市：