負載轉矩控制系統(tǒng)和負載轉矩控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種負載轉矩控制系統(tǒng)，該負載轉矩控制系統(tǒng)包括：輸入單元，通過該輸入單元輸入電機的轉速設定值；檢測單元，該檢測單元包括檢測電機的轉矩實際值的轉矩傳感器；計算單元，該計算單元根據(jù)檢測單元檢測的轉矩實際值計算轉矩變化率，將所述計算單元所計算的轉矩變化率與預先設定值相比較，并且在所述轉矩變化率大于所述預先設定值時，改變所述轉速設定值，并將改變后的轉速設定值輸出給電機的速度控制器。利用根據(jù)本發(fā)明的負載轉矩控制系統(tǒng)，能夠實時監(jiān)測機械設備實際轉矩、旋轉速度、速度的瞬態(tài)波動，系統(tǒng)自動對速度進行調節(jié)，實現(xiàn)能量的平穩(wěn)傳遞和釋放，提高安全性和使用壽命。
【專利說明】負載轉矩控制系統(tǒng)和負載轉矩控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及機械設備控制領域，尤其涉及一種用于長軸系或彈性負載機械設備的負載轉矩控制系統(tǒng)；另外，本發(fā)明還涉及用于控制長軸系或彈性負載機械設備的負載轉矩的方法。
【背景技術】
[0002]長軸系(long shaft)或彈性負載(flexible load)機械設備在運轉過程中，在遇到負載轉矩突增或者突減而造成轉速不合理的情況時，很容易造成機械設備損壞等故障，嚴重影響設備安全性，降低使用壽命。
[0003]長軸系或彈性負載機械設備在運轉過程中需要維持平穩(wěn)的旋轉速度，在設備突然加速時，由于設備自身具備一定的彈性，轉動慣量較大，設備軸系會吸收電機傳輸?shù)捷S驅動端的能量，造成軸系末端速度低于驅動端；當驅動端速度平穩(wěn)以后，驅動器將保持恒定的能量輸出；由于軸系儲存能量的存在，這些能量會繼續(xù)釋放到軸系末端，如果能量釋放速度過快，軸系末端轉速會持續(xù)升高并高于驅動端速度，從而帶動整個軸系速度超調；電機驅動端將減小能量輸出以保持速度實際值與速度設定值一致，這種調節(jié)過程將反復出現(xiàn)，轉矩的反復波動和沖擊會造成設備振動，影響使用壽命。
[0004]長軸系或彈性負載機械設備在運轉過程中，負載突然增加或堵轉時，由于機械軸系很長或彈性的存在，軸系會吸收部分能量，所以軸驅動端速度不會有明顯變化，電機會繼續(xù)旋轉，持續(xù)輸入能量，施加到機械軸系上轉矩的增大，導致軸系末端轉矩變得非常大，當傳遞的轉矩超過負載時，軸系末端的旋轉將失去控制，直到電機端檢測到轉速的增加。電機將降低輸出轉矩并傳遞到軸系末端，軸系末端將會再次被阻；如果采用普通的轉矩控制方式，這種失控的旋轉波動會周期性傳遞，將發(fā)生軸向扭振、徑向諧振、失速、反轉等失控問題，造成機械設備磨損、扭斷、橫向切斷等故障。

【發(fā)明內容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明提出了一種提高變速驅動器效率的系統(tǒng)和方法，用以提高變速驅動器的效率，進一步確保變速驅動器的線性度。
[0006]因此，本發(fā)明的目的在于提供了一種負載轉矩控制系統(tǒng)，該負載轉矩控制系統(tǒng)實時監(jiān)測機械設備實際轉矩、旋轉速度、速度的瞬態(tài)波動，系統(tǒng)自動對速度進行調節(jié)，實現(xiàn)能量的平穩(wěn)傳遞和釋放，提高安全性和使用壽命。另外，本發(fā)明的另一目的在于提供一種負載轉矩控制方法，利用該方法，能夠實時監(jiān)測機械設備實際轉矩、旋轉速度、速度的瞬態(tài)波動，系統(tǒng)自動對速度進行調節(jié)，實現(xiàn)能量的平穩(wěn)傳遞和釋放，提高安全性和使用壽命。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種負載轉矩控制系統(tǒng)，該負載轉矩控制系統(tǒng)包括:輸入單元，通過該輸入單元輸入電機的轉速設定值；檢測單元，該檢測單元檢測電機的轉矩實際值；計算單元，該計算單元根據(jù)檢測單元檢測的轉矩實際值計算轉矩變化率，將所述計算單元所計算的轉矩變化率與預先設定值相比較，并且在所述轉矩變化率大于所述預先設定值時，改變所述轉速設定值，并根據(jù)改變后的轉速設定值改變電機的轉速。
[0008]由此，在電機的轉矩發(fā)生劇烈變化時，例如在負載或阻力增大時，在現(xiàn)有技術中，由于速度保持恒定，則電機的轉矩輸出急劇增加，超出電機所允許的功率極限，造成電機或設備的損壞。但是根據(jù)本發(fā)明，在負載或阻力增大時，負載轉矩控制系統(tǒng)在允許的波動范圍內將電機的轉速下降，由此，即便電機轉矩增加，也不會導致電機功率超出允許的功率極限，由此避免了電機或設備的損壞
[0009]優(yōu)選的是，所述預先設定值為固定值，由此，所述預先設定值可以通過輸入單元輸入或者事先在系統(tǒng)中固化。另外，所述預先設定值可以與電機轉速成反比，且與電機的平均功率和最大允許功率成反比。
[0010]優(yōu)選的是，所述輸入單元還輸入轉速調節(jié)系數(shù)K，所述計算單元根據(jù)所述轉速調節(jié)系數(shù)K改變所述轉速設定值。該轉速調節(jié)系統(tǒng)K可以根據(jù)具體的應用情況予以人工設置，由此，可以根據(jù)不同的實際情況人工干預電機的轉速調節(jié)。
[0011]優(yōu)選的是,所述計算單元還包括波動范圍計算單元,該波動范圍計算單元計算電機速度的波動范圍，以在波動范圍內改變所述轉速設定值。
[0012]通過設定該波動范圍計算單元，可以防止將轉速設定值變化過大，由此造成電機轉速波動劇烈。優(yōu)選的是，該波動范圍小于所述轉速設定值的50%。
[0013]所述輸入單元還輸入轉矩限定值，優(yōu)選的是，所述波動范圍計算單元包括:第一平均值計算器，該第一平均值計算器計算所述檢測單元所檢測的轉矩實際值的平均值；第一功率計算單元，該第一功率計算單元計算所述轉矩限定值和所述轉速設定值的乘積作為最大允許功率；速度計算單元，該速度計算單元計算所述最大允許功率除以所述轉矩平均值的結果作為電機當前最大允許速度；以及速度補償計算器，該速度補償計算器計算所述電機當前最大勻速速度與所述電機設定速度的差作為所述波動范圍。
[0014]優(yōu)選的是，所述計算單元包括加速度計算器，所述加速度計算器根據(jù)所述檢測單元檢測到的轉矩實際值計算所述轉矩變化率。
[0015]所述計算單元還包括偏差計算單元，該偏差計算單元計算電機轉速設定值與對應于當前電機轉矩實際值的電機實時轉速設定值的偏差，并且在該偏差大于零時，增大電機輸出轉矩或減小轉速設定值；而在偏差小于零時，增大或保持所述速度設定值。
[0016]所述偏差計算單元包括:第一平均值計算器，該第一平均值計算器根據(jù)檢測單元檢測的轉矩實際值計算轉矩平均值；第二功率計算單元，該第二功率計算單元計算上述轉矩平均值和電機設定轉速的乘積作為電機運行的平均功率；第二速度計算單元，該第二速度計算單元將所述電機運行的平均功率除以所述轉矩實際值得到所述電機實時轉速設定值；以及偏差值計算器，該偏差值計算器計算所述電機轉速設定值和所述電機實時轉速設定值的差作為所述偏差值。
[0017]所述計算單元包括設定值補償計算器，該設定值補償計算器根據(jù)所述波動范圍、所述偏差值、所述轉矩變化率與所述預先設定值的比較結果以及所述轉速調節(jié)系數(shù)，計算轉速調節(jié)值，并且根據(jù)該轉速調節(jié)值改變所述轉速設定值。
[0018]優(yōu)選的是，所述檢測單元還包括速度傳感器，用于檢測所述電機的轉速實際值。所述系統(tǒng)還包括速度控制器，該速度控制器根據(jù)所述速度調節(jié)值和從所述檢測單元接收的轉速實際值來控制所述電機的轉速。[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于控制長軸系或彈性負載機械設備中的電機的負載轉矩的方法，該方法包括如下步驟:
[0020]輸入所述電機的轉速設定值；
[0021 ] 檢測電機的轉矩實際值；
[0022]根據(jù)所檢測的轉矩實際值計算所述轉矩變化率；以及
[0023]在所述轉矩變化率超過預先設定值時，改變所述電機的轉速設定值。
[0024]優(yōu)選的是，所述方法還包括計算所述電機的轉速波動范圍，并且所述改變所述電機的轉速設定值的步驟包括在所述波動范圍內改變所述電機的轉速設定值。
[0025]優(yōu)選的是,所述計算所述電機的轉速波動范圍的步驟包括:
[0026]計算所檢測的轉矩實際值在預定周期內的平均值；
[0027]基于所述電機的轉矩限定值和所述如的所述轉速設定值計算所述電機的最大允許功率；
[0028]基于所述最大允許功率和所述轉矩平均值計算所述電機當前最大允許速度；以及
[0029]計算所述電機當前最大勻速速度與所述電機設定速度的差作為所述波動范圍。
[0030]優(yōu)選的是，所述方法還包括計算電機轉速設定值與對應于當前電機轉矩實際值的電機實時轉速設定值的偏差，并且在該偏差大于零時，增大電機輸出轉矩或減小轉速設定值；而在偏差小于零時，增大或保持所述速度設定值。
[0031]所述計算偏差的步驟包括:
[0032]根據(jù)所檢測的轉矩實際值計算轉矩平均值；
[0033]計算上述轉矩平均值和電機設定轉速的乘積作為電機運行的平均功率；
[0034]計算所述電機運行的平均功率除以所述轉矩實際值的值作為所述電機實時轉速設定值；以及
[0035]計算所述電機轉速設定值和所述電機實時轉速設定值的差作為所述偏差值。
[0036]優(yōu)選的是，所述改變所述電機的轉速設定值的步驟包括:
[0037]輸入轉速調節(jié)系數(shù)；
[0038]根據(jù)所述波動范圍、所述偏差值、所述轉矩變化率與所述預先設定值的比較結果以及所述轉速調節(jié)系數(shù)，計算轉速調節(jié)值；以及
[0039]根據(jù)該轉速調節(jié)值改變所述轉速設定值。
[0040]由此，根據(jù)本發(fā)明的方法在電機的轉矩發(fā)生劇烈變化時，在允許的波動范圍內將電機的轉速下降，由此，即便電機轉矩增加，也不會導致電機功率超出允許的功率極限，由此避免了電機或設備的損壞。
[0041]本發(fā)明的其他目的、特征、優(yōu)點以及工業(yè)及技術重要性將從下面參照附圖對本發(fā)明的詳細描述中更好地理解。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0042]下面將通過參照附圖詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，使本領域的普通技術人員更清楚本發(fā)明的上述及其它特征和優(yōu)點，附圖中:
[0043]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的轉矩控制系統(tǒng)的方塊圖?！揪唧w實施方式】
[0044]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，以下舉實施例對本發(fā)明進一步詳細說明。在下面的實施例中，以鉆井為例對本發(fā)明進行描述，但是要理解的是，本發(fā)明絕不局限于這種鉆井的應用，而是可以應用于任何長軸系。
[0045]例如，在石油鉆井過程中，鉆頭在地下幾千米的深度，中間靠鉆桿連接，彈性很大，由于地層的原因，鉆頭可能被卡住造成堵轉，由于鉆桿的長度和彈性，所以地面上并不能馬上發(fā)現(xiàn)這個問題，頂驅電機將繼續(xù)按照設定速度旋轉；這部分能量被鉆桿吸收和儲存，最終會傳遞到井底，導致鉆頭克服堵轉轉矩開始旋轉，這種旋轉將超過頂驅速度設定值并失去控制，同時轉速波動還會從鉆頭開始向地面?zhèn)鬟f，直到變頻器檢測到轉速的增加。當鉆桿儲存的能量釋放完畢，鉆頭轉矩降低，鉆頭會再次被卡，頂驅在普通控制模式，這種旋轉波動再次被傳遞，當旋轉波動向下傳遞到達鉆頭時，這種失控的旋轉開始再次向上傳遞。這樣就會造成周期性旋轉波動，將導致鉆井質量降低、鉆具扭斷等事故和鉆頭的急劇磨損。
[0046]另一方面，鉆進電機和鉆頭由幾百根9.8米長的鉆桿依靠正螺紋連接在一起，鉆井過程中遇到卡鉆事故時，可能因為泥漿或地底巖石的變化而突然解卡，由于鉆桿儲存的大量能量造成鉆頭高速正轉，超出頂驅速度設定值，這時電機編碼器并不能反映鉆頭的速度，電機按照設定速度正常旋轉，其結果就是電機轉速低于鉆頭旋轉速度，相當于上部鉆桿在反轉，將導致鉆具松扣掉落井底的事故。
[0047]鉆井過程中，經常遇到因為地層不穩(wěn)定造成的轉矩劇烈波動，石油鉆機采用普通控制方式，鉆進電機的速度是恒定的，但是轉矩輸出在振蕩，這將造成鉆頭的磨損和鉆具在井眼內的橫向甩動和旋轉波動，劇烈時將造成鉆具扭斷。
[0048]因此，需要對鉆井電機進行控制，以避免在負載或阻力突然變化時，由于電機的速度是恒定的，而造成扭矩突然增大或者減小，進而導致設備損壞。
[0049]根據(jù)本發(fā)明，提供了一種負載轉矩控制系統(tǒng)，該負載轉矩控制系統(tǒng)100對電機進行控制。
[0050]如圖1所示，該控制系統(tǒng)100包括輸入單元110，該輸入單元100用于輸入轉速設定值Vset、轉矩限定值Mlim和轉速調節(jié)系數(shù)K，其中，該轉速設定值Vset即為電機的期望工作轉速，轉矩限定值Mlim是電機所承受的最大轉矩的極限值。該輸入單元100可以例如包括按鍵、編碼撥盤、數(shù)位開關、觸摸屏等任何可以輸入?yún)?shù)的裝置。
[0051]該控制系統(tǒng)100還包括檢測單元120，該檢測單元120可以例如包括轉矩傳感器121和速度傳感器122，以實時監(jiān)測電機的轉速和轉矩。
[0052]控制系統(tǒng)100還包括計算單元130，該計算單元130例如包括第一功率計算單元131、平均值計算器132、第一速度計算單元133第二功率計算單元134、第二速度計算單元135、加速度計算器136和偏差值計算器137。該計算單元130從檢測單元120接收所檢測的轉矩實際值Mact和速度實際值Vact，并且從輸入單元110接收輸入的轉矩限定值Mlim和轉速設定值Vset。為了減小噪聲等的干擾，該計算單元130還可以包括濾波器138等。
[0053]計算單元130還包括速度補償計算器139，該補償計算器139根據(jù)計算單元130所計算的扭矩變化率是否超過預定值而確定是否對速度進行補償，并根據(jù)輸入單元輸入的轉速調節(jié)系數(shù)K計算速度補償值，并且將該速度補償值輸出給速度控制器。
[0054]所述控制系統(tǒng)100還包括速度控制器140，該速度控制器140根據(jù)所述計算單元的計算結果來控制所述電機的轉速。
[0055]下面，描述根據(jù)本發(fā)明的負載轉矩控制系統(tǒng)及其方法流程。
[0056]首先，利用輸入單元110輸入轉速設定值Vset、轉矩限定值Mlim、和轉速調節(jié)系數(shù)K0
[0057]檢測單元120在一定時間周期內每個固定的時間間隔采集電機轉矩的實際值Mact，將該電機轉矩的實際值Mact輸出到計算單元130，計算單元130利用平均值計算器132電機轉矩的平均值Ma，該電機轉矩的平均值Ma例如通過將多個電機轉矩實際值Mact相加得出總和，然后除以采集的次數(shù)，最終得出平均值Ma。
[0058]平均值計算器130所計算得出的電機轉矩的平均值Ma輸出到第二功率計算單元134，該第二功率計算單元134利用該電機轉矩的平均值Ma與從輸入單元110接收到的輸入轉速設定值Vset，計算電機運行的平均功率Pa，該平均功率Pa反映了在采樣階段電機的平均功率。
[0059]第二功率計算單元134所獲得的電機運行的平均功率Pa被輸出到第二速度計算單元135，該第二速度計算單元135根據(jù)該平均功率Pa與從檢測單元120接收到的轉矩實際值Mact得到實施的速度設定值Vas,該速度設定值Vas為對應于平均功率Pa和轉矩實際值Mact的理想速度值。
[0060]該第二速度計算單元135得到的當前速度設定值Vas輸出到偏差值計算器137，并且該偏差值計算器137利用從輸入單元110接收的轉速設定值Vset和該當前速度設定值Vas，計算速度偏差值，該速度偏差值用于速度補償計算。如果偏差值大于零，則說明當前負載增加，需要增大電機輸出轉矩或者降低速度設定值；而如果偏差值小于零，說明負載減小，可以增大或者保持速度設定值。因此，第一平均值計算器132、第二功率計算單元134、第二速度計算單兀135和偏差值計算器137構成偏差值計算單兀。
[0061]另一方面，計算單元130的第一功率計算單元131利用從輸入單元110接收的轉矩限定值Mlim和轉速設定值Vset,計算電機運行的最大允許功率Pmax,作為控制電機運行的極限值。
[0062]從第一功率計算單元131得到的最大允許功率Pmax被輸出到第一速度計算單元133，并且來自于第一平均值計算器132的電機轉矩平均值Ma也輸出到第一速度計算單元133,該第一速度計算單元133通過將這個最大允許功率Pmax除以該電機轉矩平均值Ma,計算電機當前允許的速度Vavl，該速度是電機當前的最大允許速度，速度調節(jié)范圍不允許超過這個當前允許速度Vavl,并且該電機的允許速度Vavl被輸出到速度補償計算單元140。
[0063]另外，在計算單元130中，還包括加速度計算器136，該加速度計算器136根據(jù)檢測單元120所檢測的轉矩實際值Mact，計算轉矩變化率dM/dt，并且輸出至速度補償計算單元140。
[0064]轉速補償計算單元139從計算單元130的第一速度計算單元133和加速度計算器136分別接收電機的允許速度Vavl和轉矩的變化率dM/dt，并且從輸入單元110接收轉速設定值Vset，計算電機的允許速度Vavl和轉速設定值Vset的差，并將這個差值用作電機速度波動范圍△ V，這個波動范圍即為電機轉速可以調節(jié)的范圍。為了避免電機轉速被調節(jié)得過低，通常將這個波動范圍Λ V限制為小于轉速設定值Vset的50%。因此，第一平均值計算器132、功率計算單元131、第一速度計算單元133和轉速補償計算單元139的一部分構成波動范圍計算單元。
[0065]同時，轉速補償計算單元139將轉矩變化率dM/dt與預先設定值相比較，如果該轉矩變化率dM/dt大于該預先設定值，則系統(tǒng)判定當前負載劇烈波動，由此補償計算單元根據(jù)轉速調節(jié)系數(shù)K在速度波動范圍AV內計算轉速調節(jié)值，并將該轉速調節(jié)值輸出給速度控制器300。該速度控制器140根據(jù)接收到的轉速調節(jié)值以及從檢測單元的速度傳感器122接收到的轉速實際值Sact來調節(jié)電機的轉速。上述的預先設定值為一個預先輸入系統(tǒng)的值，其可以通過輸入單元110輸入或者可以事先固化在系統(tǒng)中。該設定值與系統(tǒng)轉速成反t匕，同時與電機運行的平均功率Pa和允許功率Pmax的百分比成反比。轉速調節(jié)系數(shù)K允許人工根據(jù)不同的工況優(yōu)化轉速波動范圍Λ V。
[0066]轉速調節(jié)系數(shù)K是根據(jù)設備的構成以及應用情況而確定的值，例如，在鉆井的應用中，可以根據(jù)鉆井深度、地質情況、或鉆具材質調整:鉆井深度越深，一般允許的調節(jié)范圍要越大，因為鉆進電機端到負載端的速度傳遞時間會越長；地質情況復雜，負載波動頻繁、劇烈時，一般允許的調節(jié)范圍要越大。當驅動的軸系或鉆桿剛性越小，速度調節(jié)系數(shù)越大，反之越小。
[0067]由此，在電機的轉矩發(fā)生劇烈變化時，例如在負載或阻力增大時，在現(xiàn)有技術中，由于速度保持恒定，則電機的轉矩輸出急劇增加，超出電機所允許的功率極限，造成電機或設備的損壞。但是根據(jù)本發(fā)明，在負載或阻力增大時，負載轉矩控制系統(tǒng)在允許的波動范圍內將電機的轉速下降，由此，即便電機轉矩增加，也不會導致電機功率超出允許的功率極限，由此避免了電機或設備的損壞。
[0068]作為一個優(yōu)選的實施方式，根據(jù)本發(fā)明的負載轉矩控制系統(tǒng)可以借助于例如西門子公司制造的SINAMICS驅動控制器實現(xiàn)，或者可以借助于任何具有編程功能的微處理器或控制器實現(xiàn)。
[0069]根據(jù)本發(fā)明，僅在轉矩變化率超過一定值時才對電機的轉速進行調節(jié)，由此，避免了電機的轉速波動頻繁。
[0070]根據(jù)本發(fā)明，將電機轉速的波動范圍設定為小于50%的轉速設定值，由此避免電機轉速波動過大。
[0071]根據(jù)本發(fā)明，設定了轉速調節(jié)系統(tǒng)，該轉速調節(jié)系數(shù)可以由操作人員輸入，由此可以根據(jù)不同的實際情況人工干預電機的轉速調節(jié)。
[0072]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種負載轉矩控制系統(tǒng)，該負載轉矩控制系統(tǒng)包括: 輸入單元，通過該輸入單元輸入電機的轉速設定值； 檢測單元，該檢測單元包括檢測電機的轉矩實際值的轉矩傳感器；以及計算單元，該計算單元根據(jù)檢測單元檢測的轉矩實際值計算轉矩變化率，將所述計算單元所計算的轉矩變化率與預先設定值相比較，并且在所述轉矩變化率大于所述預先設定值時，改變所述轉速設定值，并根據(jù)改變后的轉速設定值改變電機的轉速。
2.如權利要求1所述的負載轉矩控制系統(tǒng)，其特征在于，所述預先設定值為固定值，所述預先設定值通過輸入單元輸入或者事先在系統(tǒng)中固化。
3.如權利要求1所述的負載轉矩控制系統(tǒng)，其特征在于，所述預先設定值與電機轉速成反比，且與電機的平均功率和最大允許功率成反比。
4.如權利要求1所述的負載轉矩控制系統(tǒng)，其特征在于，所述輸入單元還輸入轉速調節(jié)系數(shù)K，所述計算單元根據(jù)所述轉速調節(jié)系數(shù)K改變所述轉速設定值。
5.如權利要求1至4中任一項所述的負載轉矩控制系統(tǒng)，其特征在于，所述計算單元包括波動范圍計算單元，該波動范圍計算單元計算電機速度的波動范圍，以在波動范圍內改變所述轉速設定值，所述波動范圍小于所述轉速設定值的50%。
6.如權利要求5所述的負載轉矩控制系統(tǒng)，其特征在于，所述輸入單元還輸入轉矩限定值，該轉矩限定值為電機所允許的最大轉矩。
7.如權利要求6所述的負載轉矩控制系統(tǒng)，其特征在于，所述波動范圍計算單元包括: 第一平均值計算器，該第一平均值計算器計算所述檢測單元所檢測的轉矩實際值的平均值； 第一功率計算單元，該第一功率計算單元計算所述轉矩限定值和所述轉速設定值的乘積作為最大允許功率； 速度計算單元，該速度計算單元計算所述最大允許功率除以所述轉矩平均值的結果作為電機當前最大允許速度；以及 速度補償計算器，該速度補償計算器計算所述電機當前最大勻速速度與所述電機設定速度的差作為所述波動范圍。
8.如權利要求7所述的負載轉矩控制系統(tǒng)，其特征在于，所述計算單元包括加速度計算器，所述加速度計算器根據(jù)所述檢測單元檢測到的轉矩實際值計算所述轉矩變化率。
9.如權利要求8所述的負載轉矩控制系統(tǒng)，其特征在于，所述計算單元還包括偏差計算單元，該偏差計算單元計算電機轉速設定值與對應于當前電機轉矩實際值的電機實時轉速設定值的偏差，并且在該偏差大于零時，增大電機輸出轉矩或減小轉速設定值；而在偏差小于零時，增大或保持所述速度設定值。
10.如權利要求9所述的負載轉矩控制系統(tǒng)，其特征在于，所述偏差計算單元包括: 第一平均值計算器，該第一平均值計算器根據(jù)檢測單元檢測的轉矩實際值計算轉矩平均值； 第二功率計算單元，該第二功率計算單元計算上述轉矩平均值和電機設定轉速的乘積作為電機運行的平均功率； 第二速度計算單元，該第二速度計算單元將所述電機運行的平均功率除以所述轉矩實際值得到所述電機實時轉速設定值；以及偏差值計算器，該偏差值計算器計算所述電機轉速設定值和所述電機實時轉速設定值的差作為所述偏差值。
11.如權利要求10所述的負載轉矩控制系統(tǒng)，其特征在于，所述計算單元還包括設定值補償計算器，該設定值補償計算器根據(jù)所述波動范圍、所述偏差值、所述轉矩變化率與所述預先設定值的比較結果以及所述轉速調節(jié)系數(shù)，計算轉速調節(jié)值，并且根據(jù)該轉速調節(jié)值改變所述轉速設定值。
12.如權利要求11所述的負載轉矩控制系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測單元還包括速度傳感器，用于檢測所述電機的轉速實際值。
13.如權利要求12所述的負載轉矩控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括速度控制器，該速度控制器根據(jù)所述轉速調節(jié)值和從所述檢測單元接收的轉速實際值來改變所述電機的轉速。
14.一種用于電機的負載轉矩控制方法，該方法包括如下步驟: 輸入所述電機的轉速設定值； 檢測電機的轉矩實際值； 根據(jù)所檢測的轉矩實際值計算所述轉矩變化率；以及 在所述轉矩變化率超過預先設定值時，改變所述電機的轉速設定值。
15.如權利要求14所述的負載轉矩控制方法，其中，所述方法還包括計算所述電機的轉速波動范圍，并且所述改變所述電機的轉速設定值的步驟包括在所述波動范圍內改變所述電機的轉速設定值。
16.如權利要求15所述的負載轉矩控制方法，其中，所述計算所述電機的轉速波動范圍的步驟包括: 計算所檢測的轉矩實際值在預定周期內的平均值； 基于所述電機的轉矩限定值和所述如的所述轉速設定值計算所述電機的最大允許功率； 基于所述最大允許功率和所述轉矩平均值計算所述電機當前最大允許速度；以及 計算所述電機當前最大勻速速度與所述電機設定速度的差作為所述波動范圍。
17.如權利要求14至16中任一項所述的負載轉矩控制方法，其中，所述方法還包括計算電機轉速設定值與對應于當前電機轉矩實際值的電機實時轉速設定值的偏差，并且在該偏差大于零時，增大電機輸出轉矩或減小所述轉速設定值；而在偏差小于零時，增大或保持所述速度設定值。
18.如權利要求17所述的負載轉矩控制方法，其中，所述計算偏差的步驟包括: 根據(jù)所檢測的轉矩實際值計算轉矩平均值； 計算上述轉矩平均值和電機設定轉速的乘積作為電機運行的平均功率； 計算所述電機運行的平均功率除以所述轉矩實際值的值作為所述電機實時轉速設定值；以及 計算所述電機轉速設定值和所述電機實時轉速設定值的差作為所述偏差值。
19.如權利要求18所述的負載轉矩控制方法，其中，所述改變所述電機的轉速設定值的步驟包括: 輸入轉速調節(jié)系數(shù)； 根據(jù)所述波動范圍、所述偏差值、所述轉矩變化率與所述預先設定值的比較結果以及所述轉速調節(jié)系數(shù)，計算轉速調節(jié)值；以及根據(jù)該轉速調節(jié)值改變所述轉速設定值。
【文檔編號】H02P29/00GK103840736SQ201210365891
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年11月28日 優(yōu)先權日:2012年11月28日
【發(fā)明者】呂春野, 劉立偉 申請人:西門子工廠自動化工程有限公司