[发明专利]一种电机抱闸失效状态下的安全停机方法及系统有效

专利信息
申请号: 202010770901.4 申请日: 2020-08-04
公开(公告)号: CN111969895B 公开(公告)日: 2021-11-09
发明(设计)人: 于文轩;刘波;汤小平 申请(专利权)人: 清能德创电气技术(北京)有限公司;芜湖清能德创电子技术有限公司
主分类号: H02P3/18 分类号: H02P3/18;H02H7/08
代理公司: 北京高沃律师事务所 11569 代理人: 王立普
地址: 100070 北京市丰台*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 电机 失效 状态 安全 停机 方法 系统
【说明书】:

发明涉及一种电机抱闸失效状态下的安全停机方法及系统。该方法包括:将伺服驱动器切换至速度控制模式,并将速度指令值置零;清空速度环比例‑积分控制器的积分输出;判断当前定时周期内电机位移是否小于设定阈值;若否,将当前累计定时周期数清零,返回清空速度环比例‑积分控制器的积分输出的步骤;若是,更新当前累计定时周期数;判断当前累计定时周期数是否小于周期阈值;当当前累计定时周期数小于周期阈值时,返回清空速度环比例‑积分控制器的积分输出的步骤,进入下一个定时周期;当当前累计定时周期数不小于周期阈值时,切断电机动力电源,停机完成。本发明可以提高停机过程的自适应性,提高停机过程的安全性能。

技术领域

本发明涉及电机控制领域,特别是涉及一种电机抱闸失效状态下的安全停机方法及系统。

背景技术

伺服电机是指在伺服系统中控制机械元件运转的电机,具备控制精度高、调速范围广、运行平顺、响应速度快等特点,广泛应用于各类需要高精度运动控制的场合。

伺服系统中,伺服电机通常需要配合相应的伺服驱动器进行使用,伺服驱动器依照位置、速度或转矩控制指令,生成伺服电机所需的电压信号,进而控制电机完成指令动作。通常,伺服电机内部都集成有精密的位置检测元件(例如光电编码器等),可作为位置或速度反馈元件,将电机的位置或速度信息反馈至伺服驱动器,从而完成相应的闭环控制。

图1是典型的伺服系统控制环路。如图1所示,上位机是向伺服驱动器发送运动指令的设备,例如运动控制器、PLC等。伺服驱动器内部包括了位置、速度和电流控制器,以及位置、速度和电流反馈的检测回路。伺服电机通常由电机本体和编码器组成,电机本体用于实现电能与机械能的转换,编码器通常安装在电机轴端,可以与电机同步旋转,用于检测电机轴的角度(即位置)和转速。各指令与反馈在伺服驱动器内部构成负反馈控制闭环,如图中虚线框所示,由内到外分别为电流环、速度环和位置环,分别用于确保系统的电流、速度和位置能够较好的随指令变化而变化。伺服系统既可以工作在如上图所示的位置模式(此时速度环和电流环作为内环也同时生效),也可以工作在速度模式或转矩模式(即电流闭环模式),以速度模式为例,此时位置控制将被忽略,上位机直接生成速度指令,并施加在图1中“速度指令”所在位置。图1中的位置、速度、电流控制器通常采用工业领域常见的P、PI或PID控制器,其中P代表比例,I代表积分,D代表微分。图2是典型的“比例-积分”控制器示意图,通过“指令”减去“反馈”得到“误差e(t)”,“比例-积分”控制器使用e(t)作为输入,分别计算比例输出和积分输出,顾名思义,比例输出与误差e(t)成比例关系,系数为Kp,积分输出则是对e(t)进行积分并乘以固定的系数Ki,两者相加作为控制器的总输出,进而直接施加到控制对象上。在闭环控制中引入“比例-积分”控制器,可以提高系统的响应速度同时抑制稳态误差。

抱闸是一种制动装置,也称为保持制动器,可在电机停止时锁定电机位置,防止电机发生意外转动。抱闸大多集成在伺服电机内部,对于不带抱闸的电机或需要冗余抱闸的场合,也会在电机外部安装抱闸以达到制动的目的。抱闸控制电路通常采用数字输出电路的形式,由伺服驱动器通过下发动作指令来控制抱闸在释放和制动状态间切换。然而由于上述对抱闸的控制方式属于开环控制,抱闸实际的工作状态无法反馈到控制器,所以当抱闸控制系统和抱闸本体中出现电气、机械等故障导致抱闸无法可靠执行控制指令时,会导致制动失效,进而可能由于负载重力等因素的影响,发生设备误动作造成人员或财产损失。

在设备正常运行状态下,抱闸通常处于释放状态,电机可以自由旋转。而在停机过程中,通常先由伺服驱动器控制电机减速至静止,电机保持出力以抵消负载力矩,此时将抱闸切换到制动状态,待抱闸动作完成后,驱动器切断电机的动力电输出,改由抱闸的摩擦力抵消负载力矩,使设备继续保持静止,至此,停机过程正常结束。这里将停机过程正常结束定义为“切断电机动力电输出后,设备能够保持静止状态”。若发生抱闸制动失效,则驱动器切断电机动力电源后,抱闸的摩擦力矩可能不足以抵消负载力矩,进而造成设备误动作,不能正常完成停机过程。

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