一种垂直负载下的永磁电机驱动系统控制方法

技术领域

本发明属于电气控制技术领域，具体涉及一种垂直负载下永磁电机驱动装置及刹车协同控制方法。

背景技术

永磁电机作为当前一种高效、节能的机械设备，被广泛应用于船舶等领域，其负载多为螺旋桨负载。

针对矿山、电梯、水下发射平台等垂直负载领域，垂直负载惯性将拉动永磁电机高速旋转，因机械刹车响应速度较慢及机械刹车异常问题，永磁电机转速将不断升高、永磁电机反电势不断增加，最终导致永磁电机驱动装置、永磁电机、齿轮箱等设备损伤，严重影响了永磁电机驱动系统可靠性和安全性。

发明内容

为提高垂直负载下永磁电机驱动系统的可靠性和安全性，本发明提出一种垂直负载下的永磁电机驱动系统控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种垂直负载下的永磁电机驱动系统控制方法，基于连接的永磁电机驱动系统，所述的永磁电机驱动系统包括通过钢丝绳连接垂直负载的卷筒，卷筒依次连接齿轮箱、带机械刹车和旋变的永磁电机以及永磁电机驱动装置；以任选其一的方式完成如下步骤：

S1，机械刹车释放异常下的永磁电机驱动装置控制方法：机械刹车释放异常时，永磁电机驱动装置接收到系统下发的升速指令后转入转矩控制模式运行，永磁电机驱动装置的电刹车电拉力上升至设定值，永磁电机驱动装置向机械刹车输出释放指令避免电刹车电拉力和垂直负载合力过大导致机械刹车损伤，当机械刹车仍为抱闸状态时，永磁电机驱动装置发出机械刹车异常的警报，不响应系统下发指令并进行限制电拉力以避免永磁电机驱动装置电拉力和垂直负载合力过大导致机械刹车损伤，当机械刹车为松闸状态时，机械刹车释放成功，永磁电机驱动装置响应系统升速指令及控制模式指令，解除电刹车电拉力限制；

S2，机械刹车投入异常下的永磁电机驱动装置控制方法：永磁电机驱动装置接收到系统零速指令后驱动永磁电机降速运行，待永磁电机转速降至零时转入零速悬停模式，永磁电机驱动装置输出机械刹车投入指令，机械刹车投入，当机械刹车为松闸状态时，永磁电机驱动装置发出机械刹车异常的警报，永磁电机驱动装置继续零速悬停模式运行，当机械刹车为抱闸状态时，机械刹车投入成功，永磁电机驱动装置转入转矩控制模式运行，不断降低电刹车电拉力；若刹车未能刹死导致永磁电机溜车，永磁电机驱动装置快速转入低速控制模式运行，避免永磁电机溜车；

S3，永磁电机驱动装置故障下的电刹车控制方法：永磁电机驱动装置依据系统指令驱动永磁电机正常运行，若永磁电机驱动装置故障，则垂直负载带动卷筒高速旋转，经齿轮箱后驱动永磁电机高速旋转溜车，永磁电机反电势不断升高，当永磁电机反电势高于制动投入阀值时，永磁电机驱动装置快速投入电刹车，匹配性的提供电刹车力矩，避免永磁电机超速导致永磁电机驱动装置、永磁电机、齿轮箱等设备损伤；

S4，永磁电机驱动装置故障下的机械刹车控制方法：永磁电机驱动装置驱动永磁电机正常运行，若永磁电机驱动装置故障，永磁电机驱动装置电刹车快速投入，将永磁电机转速限制在安全可控范围内，永磁电机驱动装置自动投入机械刹车，永磁电机转速降至零速，永磁电机驱动装置电刹车切除，机械刹车将永磁电机刹停，避免永磁电机继续溜车导致垂直负载最终与湖底碰撞，避免永磁电机驱动装置电刹车长期工作导致制动电阻过热。

进一步，所述的步骤S1中，机械刹车未能正常提供刹车力矩时，永磁电机快转速不断升高出现溜车现象，永磁电机驱动装置检测出溜车状态时快速转入最低转速模式运行，禁止响应系统零速指令，匹配性的提供电刹车电拉力，避免永磁电机超速；当机械刹车正常提供刹车力矩时，永磁电机驱动装置正常响应系统零速指令，转入低转矩控制模式运行。

进一步，所述的步骤S2中，永磁电机驱动装置继续零速悬停模式运行时请求系统备用刹车投入：当系统备用刹车投入时，永磁电机驱动装置转入转矩控制模式运行，不断降低电刹车电拉力；当系统备用刹车未投入时，永磁电机驱动装置转入低速控制模式运行。

进一步，所述的步骤S3中当永磁电机反电势降至低于于制动退出阀值时，永磁电机驱动装置的电刹车切除，最终电刹车拉力与垂直负载拉力达到平衡时，永磁电机匀速旋转状态，将永磁电机溜车转速限制在安全、可控范围内。

再进一步，所述的步骤S4中当机械刹车为松闸状态时，永磁电机驱动装置报机械刹车异常报警，永磁电机驱动装置的电刹车继续运行，当机械刹车为抱闸状态时，机械刹车投入成功，永磁电机转速降至零，永磁电机驱动装置电刹车退出运行。

本发明的有益效果是：本发明机械刹车释放异常下的永磁电机驱动装置控制，机械刹车投入异常下的永磁电机驱动装置控制，永磁电机驱动装置故障下的电刹车及机械刹车控制，由于采用了永磁电机驱动装置和刹车的冗余控制策略，具备响应快、可靠性、安全性高等优点。

附图说明

图1为本发明的永磁电机驱动系统组成图；

图2为本发明机械刹车释放异常时永磁电机驱动装置控制流程图；

图3为本发明机械刹车投入异常时永磁电机驱动装置控制流程图；

图4为本发明永磁电机驱动装置故障时永磁电机驱动装置电刹车控制流程图；

图5为本发明永磁电机驱动装置故障时机械刹车控制流程图。

各附图标记为：11—卷筒，12—齿轮箱，13—永磁电机，14—永磁电机驱动装置，3—机械刹车，4—旋变。

实施方式

以下参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。本领域技术人员可以根据需要对其做出调整，以便适应具体的应用场合。

参照图1所示，本发明公开的一种垂直负载下的永磁电机驱动系统永磁电机驱动装置及刹车协同控制方法，其永磁电机驱动系统由旋变4、机械刹车3、永磁电机驱动装置14、永磁电机13、齿轮箱12、卷筒11、垂直负载等设备组成，旋变4用于检测永磁电机13旋转位置，机械刹车3布置在高速端，给永磁电机13提供刹车力矩，永磁电机驱动装置14依据系统指令驱动永磁电机13在转速、转矩等工作模式下运行，齿轮箱12用于高速永磁电机13与低速卷筒11速度变换，卷筒11缠绕钢丝绳，用于提升和下方垂直负载，垂直负载用于平台的上升和下降。

本发明公开的永磁电机驱动装置及刹车协同控制方法，包含：

机械刹车3释放异常下的永磁电机驱动装置14控制方法。

机械刹车3投入异常下的永磁电机驱动装置14控制方法。

永磁电机驱动装置14故障下的机械刹车3控制方法。

永磁电机驱动装置14故障下的电刹车控制方法。

图2所示为机械刹车3释放异常下的永磁电机驱动装置14控制方法：机械刹车3释放异常时，永磁电机驱动装置14接收到系统升速指令后转入转矩控制模式运行，匹配性的限制电拉力、避免永磁电机驱动装置电拉力和垂直负载合力过大导致机械刹车损伤，永磁电机驱动装置14电刹车的电拉力上升至设定值，永磁电机驱动装置14输出机械刹车3释放指令避免电刹车电拉力和垂直负载合力过大导致机械刹车3损伤，当机械刹车3仍为抱闸状态时，永磁电机驱动装置14报机械刹车3异常报警，不响应系统下发指令，匹配性的限制电拉力以避免永磁电机驱动装置14电拉力和垂直负载合力过大导致机械刹车3损伤，当机械刹车3为松闸状态时，机械刹车3释放成功，永磁电机驱动装置14响应系统升速指令及控制模式指令，解除电拉力限制。

若机械刹车3未能正常提供刹车力矩，垂直负载带动卷筒11高速旋转，经齿轮箱12后驱动永磁电机13，因永磁电机驱动装置14输出电拉力小于垂直负载拉力，永磁电机13快转速不断升高，出现溜车现象，永磁电机驱动装置14检测出溜车状态时，快速转入最低转速模式运行，禁止响应系统零速指令，匹配性的提供电拉力，避免永磁电机13超速导致永磁电机驱动装置14、永磁电机13、齿轮箱12等设备损伤，当机械刹车3正常提供刹车力矩时，永磁电机驱动装置14正常响应系统零速指令，永磁电机驱动装置14转入低转矩控制模式运行。

图3所示为机械刹车3投入异常下的永磁电机驱动装置14控制方法：永磁电机驱动装置14接收到系统零速指令后驱动永磁电机13降速运行，待永磁电机13转速降至零时转入零速悬停模式，永磁电机驱动装置14输出机械刹车3投入指令，当机械刹车3为松闸状态时，永磁电机驱动装置14报机械刹车3异常报警，永磁电机驱动装置14继续零速悬停模式运行，永磁电机驱动装置14请求系统备用刹车投入：当系统备用刹车投入时，永磁电机驱动装置14转入转矩控制模式运行，不断降低电刹车电拉力，当系统备用刹车未投入时，永磁电机驱动装置14转入低速控制模式运行；当机械刹车3为抱闸状态时，机械刹车3投入成功，永磁电机驱动装置14转入转矩控制模式运行，不断降低电拉力；当系统备用刹车投入时，永磁电机驱动装置14转入转矩控制模式运行，不断降低电刹车电拉力，当系统备用刹车未投入时，永磁电机驱动装置14转入低速控制模式运行；若刹车未能刹死导致永磁电机13溜车，永磁电机驱动装置14快速转入低速控制模式运行，避免永磁电机13溜车。

图4所示为永磁电机驱动装置14故障下的电刹车控制方法：永磁电机驱动装置14依据系统指令驱动永磁电机13正常运行，若永磁电机驱动装置14故障时，则垂直负载带动永磁电机13高速旋转，经齿轮箱12后驱动永磁电机13高速旋转溜车，永磁电机13反电势不断升高，当永磁电机13反电势高于制动投入阀值时，永磁电机驱动装置14的电刹车快速投入，匹配性的提供电刹车力矩，避免永磁电机13超速导致永磁电机驱动装置14、永磁电机13、齿轮箱12等设备损伤。

当永磁电机13反电势降至低于于制动退出阀值时，永磁电机驱动装置14的电刹车切除，当永磁电机驱动装置14的电刹车自动切除，最终电刹车拉力与垂直负载拉力达到平衡时，永磁电机13匀速旋转状态，将永磁电机13溜车转速限制在安全、可控范围内。

图5所示为永磁电机驱动装置14故障下的机械刹车3控制方法：永磁电机驱动装置14驱动永磁电机13正常运行，若永磁电机驱动装置14故障，永磁电机驱动装置14的电刹车快速投入，将永磁电机13转速限制在安全可控范围内，永磁电机13匀速运行，永磁电机驱动装置14自动投入机械刹车3，永磁电机13转速降至零速，反电势降至低于某设定值，永磁电机驱动装置14电刹车切除，机械刹车3将永磁电机13刹停，避免永磁电机13继续溜车导致垂直负载最终与湖底碰撞，避免永磁电机驱动装置14电刹车长期工作导致制动电阻过热。

当机械刹车3为松闸状态时，永磁电机驱动装置14报机械刹车3异常报警，永磁电机驱动装置14的电刹车继续运行，当机械刹车3为抱闸状态时，机械刹车3投入成功，永磁电机13转速降至零，永磁电机驱动装置14电刹车退出运行。

本发明的工作原理为：

永磁电机驱动装置14依据系统指令驱动永磁电机13从零升速时，利用永磁电机驱动装置14电拉力输出的快速性和机械刹车3力矩，通过永磁电机驱动装置14转速、转矩控制及机械刹车3协调控制，避免永磁电机驱动装置14电拉力和垂直负载合力过大导致机械刹车3损坏。

永磁电机驱动装置14依据系统指令驱动永磁电机13降速至零时，利用永磁电机驱动装置14电拉力输出的快速性和带速启动能力，通过永磁电机驱动装置14转速、转矩控制及机械刹车3协调控制，使得永磁电机驱动装置14驱动永磁电机13平滑降速和电拉力卸除，同时，在机械刹车3装置异常、永磁电机13溜车情况下，永磁电机驱动装置14及时检测溜车状态，快速转入最低转速模式运行，匹配性的提供电拉力，将永磁电机13转速限制在安全范围内，避免永磁电机13超速导致永磁电机驱动装置14、永磁电机13等损坏。

永磁电机驱动装置14依据系统指令驱动永磁电机13运行时，若永磁电机驱动装置14发生故障，利用永磁电机驱动装置14电刹车快速响应特性和机械刹车3刹车力矩，通过永磁电机驱动装置14的电刹车和机械刹车3协调控制，使永磁电机13转速安全降低为零速。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。