[发明专利]一种杆塔螺栓电动扭矩扳手及其控制方法

权利要求书

1.一种杆塔螺栓电动扭矩扳手，包括输出轴、启停开关、驱动电机、扭矩控制系统和人机交互界面；其特征在于：

所述扭矩控制系统包括微控制器、电流采集模块、转速计算模块、电机驱动模块和通讯模块，所述微控制器分别与电流采集模块、转速计算模块、电机驱动模块和通讯模块连接；所述电流采集模块用于采集电机工作时的电流信号并传送给微控制器；所述转速计算模块根据电机定子上的霍尔传感器信号实时计算电机当前转速并传送给微控制器，所述霍尔传感器用于检测电机转子齿的实时位置；所述电机驱动模块连接至所述驱动电机，所述微控制器控制所述电机驱动模块，使驱动电机工作；所述通讯模块连接至所述人机交互界面，所述通讯模块接收操作者在人机交互界面输入的参数信息，并传送给微控制器。

2.根据权利要求1所述的杆塔螺栓电动扭矩扳手，其特征在于：所述操作者在人机交互界面输入的参数信息包括扳手目标扭矩值或扳手扭矩档位值。

3.根据权利要求1所述的杆塔螺栓电动扭矩扳手，其特征在于：所述杆塔螺栓电动扭矩扳手设置有供电电池，所述供电电池连接至微控制器和驱动电机，为驱动电机与扭矩控制系统供电。

4.根据权利要求1所述的杆塔螺栓电动扭矩扳手，其特征在于：所述电机驱动模块包括由二极管和电力场效应晶体管构成的逆变电路。

5.一种杆塔螺栓电动扭矩扳手的控制方法，所述控制方法包括如下步骤：

1)根据操作者在人机交互界面输入的参数信息，获得扳手目标扭矩值；

2)控制电动扭矩扳手中的电机驱动模块，使驱动电机开始工作；

其特征在于：所述控制方法还包括如下步骤：

3)根据扳手目标扭矩值计算定子目标磁链值；

4)测量当前时刻的电机转速和电机定子电流；

5)根据测量的当前时刻的电机转速和电机定子电流，计算当前电机扭矩与磁链；

6)根据当前电机扭矩与磁链，依据欧拉法以及永磁同步电机的数学模型，预测在不同电压矢量下的下一时刻的电机扭矩和磁链；

7)构建目标函数，

根据扳手目标扭矩值和定子目标磁链值以及预测的下一时刻的电机扭矩值和磁链值，计算不同电压矢量下的目标函数值；

8)选取目标函数值最小时的电压矢量作为最优的电压矢量，选择最优的电压矢量作为下一时刻的电压；

9)重复上述步骤4)至步骤8)，直至达到所述扳手目标扭矩值。

6.根据权利要求5所述的杆塔螺栓电动扭矩扳手的控制方法，其特征在于：

在所述步骤3)中，定子目标磁链值的计算公式如下：

其中，ψ_f为转子永磁体磁链值，为扳手目标扭矩值，Lq为定子线圈交轴电感，p为极对数。

7.根据权利要求5所述的杆塔螺栓电动扭矩扳手的控制方法，其特征在于：

在所述步骤6)中，所述永磁同步电机的数学模型为：

所述永磁同步电机的扭矩为：

其中，p为微分算子，i_s为定子电流，R_s、L_s为电机定子电阻、电感，ω_r为电机转速，ψ_f为转子永磁体磁链值，u_s为定子电压矢量，ψ_s为定子磁链值，p_P为电机极对数。

8.根据权利要求5所述的杆塔螺栓电动扭矩扳手的控制方法，其特征在于：

在所述步骤7)中，构建的目标函数为：

其中，分别为扳手目标扭矩值和定子目标磁链值，ψ_s为下一时刻的定子磁链值，T_e为下一时刻的输出扭矩值，k_ψ为权重系数。