本發(fā)明涉及起重升降控制，尤其涉及一種基于永磁同步電機的起重升降控制方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1、起重機在運行過程中，尤其是在電機啟動、制動、小車高速運行或負載突變時，吊載的貨物不可避免地會產(chǎn)生豎直和水平方向的擺動與振動。這不僅影響了定位精度和作業(yè)效率，也帶來了安全隱患。中國專利公開號cn113325715a公開了一種基于前饋控制的橋式起重機的全局連續(xù)滑模控制方法，通過干擾觀測器對系統(tǒng)干擾進行估計補償。該方法假設(shè)貨物的重量和擾動是已知的或者可預測的，并且只存在滑動階段的滑模面，難以同時處理多自由度耦合的復雜動態(tài)問題。而現(xiàn)有技術(shù)通常對防搖和定位分別處理，容易導致電機在工況切換時響應不佳，存在超調(diào)或振蕩。因此，有必要提出一種能夠綜合考慮鋼絲繩擺動、負載水平振動以及定位精度，并能根據(jù)實時工況調(diào)整控制策略的升降控制方法，以實現(xiàn)起重機平穩(wěn)、精準、高效和安全的運行。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、針對上述問題，本發(fā)明提供了一種基于永磁同步電機的起重升降控制方法及系統(tǒng)，本發(fā)明通過整定起重升降模型可以根據(jù)起重機的實時工況調(diào)整電機的輸出電流，結(jié)合鋼絲繩、負載以及電機的工作參數(shù)更新起重升降模型，以提高起重機運行時的平穩(wěn)性。
2、本申請的發(fā)明目的可通過以下技術(shù)手段實現(xiàn)：
3、一種基于永磁同步電機的起重升降控制方法，包括以下步驟：
4、步驟1：整定起重升降模型，起重升降模型至少包括前饋環(huán)、重力環(huán)、阻尼環(huán)以及擾動環(huán)，接收啟動信號后，識別轉(zhuǎn)子的啟動角；
5、步驟2：執(zhí)行前饋環(huán)的角加速度曲線，基于禁用擾動環(huán)的起重升降模型計算電機的目標轉(zhuǎn)矩，基于目標轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩常數(shù)計算目標電流，向電機提供目標電流；
6、步驟3：采集電機、負載和鋼絲繩的運行參數(shù)，更新前饋環(huán)、重力環(huán)以及阻尼環(huán)，若角加速度曲線執(zhí)行完畢，進入步驟4，否則返回至步驟2；
7、步驟4：若接收開車信號，基于禁用前饋環(huán)和阻尼環(huán)的起重升降模型計算電機的目標轉(zhuǎn)矩和目標電流，向電機提供目標電流，采集電機的瞬時電流更新重力環(huán)，進入步驟5，否則進入步驟6；
8、步驟5：若接收停車信號，電機制動，識別轉(zhuǎn)子的制動角，基于啟動角和制動角計算驅(qū)動誤差，更新轉(zhuǎn)矩常數(shù)，返回至步驟2，否則進入步驟6；
9、步驟6：重啟電機，基于禁用前饋環(huán)和擾動環(huán)的起重升降模型計算電機的目標轉(zhuǎn)矩和目標電流，向電機提供目標電流，采集電機、負載和鋼絲繩的運行參數(shù)，更新重力環(huán)和阻尼環(huán)，重新計算目標電流，直至目標電流小于啟動下限，返回至步驟1。
10、在本發(fā)明中，在步驟1中，前饋環(huán)根據(jù)轉(zhuǎn)子的前饋角加速度和負載的轉(zhuǎn)動慣量輸出慣性補償轉(zhuǎn)矩，重力環(huán)根據(jù)轉(zhuǎn)子的角速度和負載轉(zhuǎn)矩輸出重力補償轉(zhuǎn)矩，阻尼環(huán)根據(jù)鋼絲繩的擺角變化率和負載的振動速度輸出阻尼補償轉(zhuǎn)矩，擾動環(huán)根據(jù)小車的前饋加速度和鋼絲繩長度輸出擺動補償轉(zhuǎn)矩。
11、在本發(fā)明中，在步驟2中，所述角加速度曲線包括上升曲線和下降曲線，從角加速度曲線中提取轉(zhuǎn)子的前饋角加速度，結(jié)合前饋環(huán)、重力環(huán)和阻尼環(huán)計算目標轉(zhuǎn)矩，結(jié)合目標轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩常數(shù)計算目標電流。
12、在本發(fā)明中，在步驟3中，所述電機的運行參數(shù)包括電機的瞬時電流和轉(zhuǎn)子的瞬時角度，負載的運行參數(shù)包括負載振動速度和負載轉(zhuǎn)矩，鋼絲繩的運行參數(shù)包括鋼絲繩的擺角和長度。
13、在本發(fā)明中，基于電機的瞬時電流計算瞬時轉(zhuǎn)矩，基于瞬時轉(zhuǎn)矩和目標轉(zhuǎn)矩計算轉(zhuǎn)矩誤差，基于轉(zhuǎn)矩誤差更新負載轉(zhuǎn)矩，進而更新重力環(huán)。
14、在本發(fā)明中，基于啟動角和轉(zhuǎn)子角速度計算理論角度，基于瞬時角度和理論角度計算角度誤差，基于角度誤差更新轉(zhuǎn)子的前饋角加速度，進而更新前饋環(huán)。
15、在本發(fā)明中，基于鋼絲繩擺角計算鋼絲繩的擺角變化率，結(jié)合擺角和擺角變化率計算鋼絲繩的擺動能量，基于擺動能量更新擺動阻尼系數(shù)，基于負載振動速度計算負載的振動能量，基于振動能量更新振動阻尼系數(shù)，進而更新阻尼環(huán)。
16、在本發(fā)明中，在步驟5中，采集電機的多組直軸電流，基于多組直軸電流計算電流積分，結(jié)合驅(qū)動誤差和電流積分更新轉(zhuǎn)矩常數(shù)。
17、一種實現(xiàn)所述基于永磁同步電機的起重升降控制方法的升降控制系統(tǒng)，包括：
18、永磁同步電機，被配置為驅(qū)動負載；
19、信號接收單元，被配置為接收外部控制信號；
20、轉(zhuǎn)子采集單元，被配置為識別轉(zhuǎn)子的啟動角和制動角；
21、編碼采集單元，被配置為識別轉(zhuǎn)子的瞬時角度；
22、電流采集單元，被配置為采集電機的瞬時電流；
23、鋼絲繩采集單元，被配置為采集鋼絲繩的擺角；
24、振動采集單元，被配置為采集負載的振動速度；
25、數(shù)據(jù)分析單元，被配置為生成電機的目標轉(zhuǎn)矩；
26、升降控制單元，被配置為生成電機的目標電流；
27、模型更新單元，被配置為更新起重升降模型；
28、寄存單元，被配置為存儲起重升降模型的模型參數(shù)。
29、實施本發(fā)明的一種基于永磁同步電機的起重升降控制方法及系統(tǒng)，其有益效果在于：本發(fā)明構(gòu)建了由前饋環(huán)、重力環(huán)、阻尼環(huán)和擾動環(huán)組成的起重升降模型，可以根據(jù)負載升降、懸停、釋放等具體工況調(diào)整起重升降模型中的環(huán)路組合，并通過實時采集起重機的工作參數(shù)更新模型的關(guān)鍵參數(shù)和變量，提高了起重升降控制的精準性和平穩(wěn)性。進一步地，本發(fā)明通過采集電機的啟動角和制動角計算電機的驅(qū)動誤差，基于驅(qū)動誤差修正電機轉(zhuǎn)矩常數(shù)等核心控制參數(shù)，可以進一步提高起重機在負載升降過程的控制精度和運行平穩(wěn)性。
1.一種基于永磁同步電機的起重升降控制方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于永磁同步電機的起重升降控制方法，其特征在于，在步驟1中，前饋環(huán)根據(jù)轉(zhuǎn)子的前饋角加速度和負載的轉(zhuǎn)動慣量輸出慣性補償轉(zhuǎn)矩，重力環(huán)根據(jù)轉(zhuǎn)子的角速度和負載轉(zhuǎn)矩輸出重力補償轉(zhuǎn)矩，阻尼環(huán)根據(jù)鋼絲繩的擺角變化率和負載的振動速度輸出阻尼補償轉(zhuǎn)矩，擾動環(huán)根據(jù)小車的前饋加速度和鋼絲繩長度輸出擺動補償轉(zhuǎn)矩。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于永磁同步電機的起重升降控制方法，其特征在于，在步驟2中，所述角加速度曲線包括上升曲線和下降曲線，從角加速度曲線中提取轉(zhuǎn)子的前饋角加速度，結(jié)合前饋環(huán)、重力環(huán)和阻尼環(huán)計算目標轉(zhuǎn)矩，結(jié)合目標轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩常數(shù)計算目標電流。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于永磁同步電機的起重升降控制方法，其特征在于，在步驟3中，所述電機的運行參數(shù)包括電機的瞬時電流和轉(zhuǎn)子的瞬時角度，負載的運行參數(shù)包括負載振動速度和負載轉(zhuǎn)矩，鋼絲繩的運行參數(shù)包括鋼絲繩的擺角和長度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于永磁同步電機的起重升降控制方法，其特征在于，基于電機的瞬時電流計算瞬時轉(zhuǎn)矩，基于瞬時轉(zhuǎn)矩和目標轉(zhuǎn)矩計算轉(zhuǎn)矩誤差，基于轉(zhuǎn)矩誤差更新負載轉(zhuǎn)矩，進而更新重力環(huán)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于永磁同步電機的起重升降控制方法，其特征在于，基于啟動角和轉(zhuǎn)子角速度計算理論角度，基于瞬時角度和理論角度計算角度誤差，基于角度誤差更新轉(zhuǎn)子的前饋角加速度，進而更新前饋環(huán)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于永磁同步電機的起重升降控制方法，其特征在于，基于鋼絲繩擺角計算鋼絲繩的擺角變化率，結(jié)合擺角和擺角變化率計算鋼絲繩的擺動能量，基于擺動能量更新擺動阻尼系數(shù)，基于負載振動速度計算負載的振動能量，基于振動能量更新振動阻尼系數(shù)，進而更新阻尼環(huán)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于永磁同步電機的起重升降控制方法，其特征在于，在步驟5中，采集電機的多組直軸電流，基于多組直軸電流計算電流積分，結(jié)合驅(qū)動誤差和電流積分更新轉(zhuǎn)矩常數(shù)。
9.一種實現(xiàn)權(quán)利要求1所述的基于永磁同步電機的起重升降控制方法的升降控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：