[发明专利]负载转矩控制系统和负载转矩控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及机械设备控制领域，尤其涉及一种用于长轴系或弹性负载机械设备的负载转矩控制系统；另外，本发明还涉及用于控制长轴系或弹性负载机械设备的负载转矩的方法。

背景技术

长轴系（long shaft）或弹性负载（flexible load）机械设备在运转过程中，在遇到负载转矩突增或者突减而造成转速不合理的情况时，很容易造成机械设备损坏等故障，严重影响设备安全性，降低使用寿命。

长轴系或弹性负载机械设备在运转过程中需要维持平稳的旋转速度，在设备突然加速时，由于设备自身具备一定的弹性，转动惯量较大，设备轴系会吸收电机传输到轴驱动端的能量，造成轴系末端速度低于驱动端；当驱动端速度平稳以后，驱动器将保持恒定的能量输出；由于轴系储存能量的存在，这些能量会继续释放到轴系末端，如果能量释放速度过快，轴系末端转速会持续升高并高于驱动端速度，从而带动整个轴系速度超调；电机驱动端将减小能量输出以保持速度实际值与速度设定值一致，这种调节过程将反复出现，转矩的反复波动和冲击会造成设备振动，影响使用寿命。

长轴系或弹性负载机械设备在运转过程中，负载突然增加或堵转时，由于机械轴系很长或弹性的存在，轴系会吸收部分能量，所以轴驱动端速度不会有明显变化，电机会继续旋转，持续输入能量，施加到机械轴系上转矩的增大，导致轴系末端转矩变得非常大，当传递的转矩超过负载时，轴系末端的旋转将失去控制，直到电机端检测到转速的增加。电机将降低输出转矩并传递到轴系末端，轴系末端将会再次被阻；如果采用普通的转矩控制方式，这种失控的旋转波动会周期性传递，将发生轴向扭振、径向谐振、失速、反转等失控问题，造成机械设备磨损、扭断、横向切断等故障。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种提高变速驱动器效率的系统和方法，用以提高变速驱动器的效率，进一步确保变速驱动器的线性度。

因此，本发明的目的在于提供了一种负载转矩控制系统，该负载转矩控制系统实时监测机械设备实际转矩、旋转速度、速度的瞬态波动，系统自动对速度进行调节，实现能量的平稳传递和释放，提高安全性和使用寿命。另外，本发明的另一目的在于提供一种负载转矩控制方法，利用该方法，能够实时监测机械设备实际转矩、旋转速度、速度的瞬态波动，系统自动对速度进行调节，实现能量的平稳传递和释放，提高安全性和使用寿命。

根据本发明的一个方面，提供了一种负载转矩控制系统，该负载转矩控制系统包括：输入单元，通过该输入单元输入电机的转速设定值；检测单元，该检测单元检测电机的转矩实际值；计算单元，该计算单元根据检测单元检测的转矩实际值计算转矩变化率，将所述计算单元所计算的转矩变化率与预先设定值相比较，并且在所述转矩变化率大于所述预先设定值时，改变所述转速设定值，并根据改变后的转速设定值改变电机的转速。

由此，在电机的转矩发生剧烈变化时，例如在负载或阻力增大时，在现有技术中，由于速度保持恒定，则电机的转矩输出急剧增加，超出电机所允许的功率极限，造成电机或设备的损坏。但是根据本发明，在负载或阻力增大时，负载转矩控制系统在允许的波动范围内将电机的转速下降，由此，即便电机转矩增加，也不会导致电机功率超出允许的功率极限，由此避免了电机或设备的损坏

优选的是，所述预先设定值为固定值，由此，所述预先设定值可以通过输入单元输入或者事先在系统中固化。另外，所述预先设定值可以与电机转速成反比，且与电机的平均功率和最大允许功率成反比。

优选的是，所述输入单元还输入转速调节系数K，所述计算单元根据所述转速调节系数K改变所述转速设定值。该转速调节系统K可以根据具体的应用情况予以人工设置，由此，可以根据不同的实际情况人工干预电机的转速调节。

优选的是，所述计算单元还包括波动范围计算单元，该波动范围计算单元计算电机速度的波动范围，以在波动范围内改变所述转速设定值。

通过设定该波动范围计算单元，可以防止将转速设定值变化过大，由此造成电机转速波动剧烈。优选的是，该波动范围小于所述转速设定值的50%。

所述输入单元还输入转矩限定值，优选的是，所述波动范围计算单元包括：第一平均值计算器，该第一平均值计算器计算所述检测单元所检测的转矩实际值的平均值；第一功率计算单元，该第一功率计算单元计算所述转矩限定值和所述转速设定值的乘积作为最大允许功率；速度计算单元，该速度计算单元计算所述最大允许功率除以所述转矩平均值的结果作为电机当前最大允许速度；以及速度补偿计算器，该速度补偿计算器计算所述电机当前最大匀速速度与所述电机设定速度的差作为所述波动范围。