[发明专利]一种杆塔螺栓电动扭矩扳手及其控制方法

说明书

本发明公开了一种杆塔螺栓电动扭矩扳手及其控制方法，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，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，选择使目标函数最优的电压矢量为下一时刻的电压。本发明通过定子电流与磁链的预测模型取代了传统的PI调节器，扭矩响应较快，对杆塔螺栓紧固有较好意义。通过构造合适的目标函数使驱动电机的每一步控制都是满足控制目标的最优情况，实现了杆塔螺栓电动扭矩扳手输出扭矩的高精度控制。

技术领域

本发明涉及一种杆塔螺栓电动扭矩扳手及其控制方法，属于电动扭矩扳手技术领域。

背景技术

在杆塔螺栓紧固时，对于紧固的扭矩值与精度都有很高的要求。一方面，如果扭矩值太大，可能会使螺栓拉伸或脆断；另一方面，如果扭矩值太小，则螺栓可能会松动。另外，在输电铁塔高处，风扰动较大，铁塔舞动幅度增大，安全风险较为突出，因此需要对扭矩进行高精度控制。

现有技术中常见的电动扭矩扳手控制方式一般为电流式或冲击式。电流式电动扳手在螺栓紧固瞬间电流急剧上升，因此输出扭矩波动较大。冲击式电动扭矩扳手靠时间或冲击次数定扭，利用冲击装置频繁多次地冲击螺栓，积累而形成扭紧力矩，控制精度较低。例如，公开号为CN108188968A的中国发明专利，公开了“一种电动冲击扳手及其装配力矩的控制方法”，其通过输入设定的功率和打击次数，将其转换为对应的目标扭矩值，达到落座扭矩后，再通过计数控制，直到达到预设的扭矩值和打击次数。此种采用多次打击累计扭矩，从而达到预设扭矩的方式存在着缺陷，由于每次打击的效果时间会受碰撞面表面粗糙度、硬度、弹簧的刚度和压力、传动齿轮刚度和齿隙等自身系统刚度或工件系统刚度的影响，所以扭矩控制精度较低。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足,本发明的目的在于解决现有电动扳手扭矩控制精度较低、波动较大的缺陷，提供了一种杆塔螺栓电动扭矩扳手，采用一种模型预测控制方法实现杆塔螺栓电动扭矩扳手输出扭矩的高精度控制。

为了完成上述目的，本发明公开了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；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。

更进一步地说，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。

更进一步地说，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。

更进一步地说，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。

一种杆塔螺栓电动扭矩扳手的控制方法，其步骤为：

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；

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；