[發明專利]一種電機抱閘失效狀態下的安全停機方法及系統

有效

• 申請號: 202010770901.4
• 申請日: 2020-08-04
• 公開（公告）號: CN111969895B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 于文軒;劉波;湯小平
• 申請（專利權）人: 清能德創電氣技術（北京）有限公司;蕪湖清能德創電子技術有限公司
• 主分類號: H02P3/18
• 分類號: H02P3/18;H02H7/08
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王立普

本發明涉及一種電機抱閘失效狀態下的安全停機方法及系統。該方法包括：將伺服驅動器切換至速度控制模式，并將速度指令值置零；清空速度環比例?積分控制器的積分輸出；判斷當前定時周期內電機位移是否小于設定閾值；若否，將當前累計定時周期數清零，返回清空速度環比例?積分控制器的積分輸出的步驟；若是，更新當前累計定時周期數；判斷當前累計定時周期數是否小于周期閾值；當當前累計定時周期數小于周期閾值時，返回清空速度環比例?積分控制器的積分輸出的步驟，進入下一個定時周期；當當前累計定時周期數不小于周期閾值時，切斷電機動力電源，停機完成。本發明可以提高停機過程的自適應性，提高停機過程的安全性能。

技術領域

本發明涉及電機控制領域，特別是涉及一種電機抱閘失效狀態下的安全停機方法及系統。

背景技術

伺服電機是指在伺服系統中控制機械元件運轉的電機，具備控制精度高、調速范圍廣、運行平順、響應速度快等特點，廣泛應用于各類需要高精度運動控制的場合。

伺服系統中，伺服電機通常需要配合相應的伺服驅動器進行使用，伺服驅動器依照位置、速度或轉矩控制指令，生成伺服電機所需的電壓信號，進而控制電機完成指令動作。通常，伺服電機內部都集成有精密的位置檢測元件(例如光電編碼器等)，可作為位置或速度反饋元件，將電機的位置或速度信息反饋至伺服驅動器，從而完成相應的閉環控制。

圖1是典型的伺服系統控制環路。如圖1所示，上位機是向伺服驅動器發送運動指令的設備，例如運動控制器、PLC等。伺服驅動器內部包括了位置、速度和電流控制器，以及位置、速度和電流反饋的檢測回路。伺服電機通常由電機本體和編碼器組成，電機本體用于實現電能與機械能的轉換，編碼器通常安裝在電機軸端，可以與電機同步旋轉，用于檢測電機軸的角度(即位置)和轉速。各指令與反饋在伺服驅動器內部構成負反饋控制閉環，如圖中虛線框所示，由內到外分別為電流環、速度環和位置環，分別用于確保系統的電流、速度和位置能夠較好的隨指令變化而變化。伺服系統既可以工作在如上圖所示的位置模式(此時速度環和電流環作為內環也同時生效)，也可以工作在速度模式或轉矩模式(即電流閉環模式)，以速度模式為例，此時位置控制將被忽略，上位機直接生成速度指令，并施加在圖1中“速度指令”所在位置。圖1中的位置、速度、電流控制器通常采用工業領域常見的P、PI或PID控制器，其中P代表比例，I代表積分，D代表微分。圖2是典型的“比例-積分”控制器示意圖，通過“指令”減去“反饋”得到“誤差e(t)”，“比例-積分”控制器使用e(t)作為輸入，分別計算比例輸出和積分輸出，顧名思義，比例輸出與誤差e(t)成比例關系，系數為Kp，積分輸出則是對e(t)進行積分并乘以固定的系數Ki，兩者相加作為控制器的總輸出，進而直接施加到控制對象上。在閉環控制中引入“比例-積分”控制器，可以提高系統的響應速度同時抑制穩態誤差。

抱閘是一種制動裝置，也稱為保持制動器，可在電機停止時鎖定電機位置，防止電機發生意外轉動。抱閘大多集成在伺服電機內部，對于不帶抱閘的電機或需要冗余抱閘的場合，也會在電機外部安裝抱閘以達到制動的目的。抱閘控制電路通常采用數字輸出電路的形式，由伺服驅動器通過下發動作指令來控制抱閘在釋放和制動狀態間切換。然而由于上述對抱閘的控制方式屬于開環控制，抱閘實際的工作狀態無法反饋到控制器，所以當抱閘控制系統和抱閘本體中出現電氣、機械等故障導致抱閘無法可靠執行控制指令時，會導致制動失效，進而可能由于負載重力等因素的影響，發生設備誤動作造成人員或財產損失。

在設備正常運行狀態下，抱閘通常處于釋放狀態，電機可以自由旋轉。而在停機過程中，通常先由伺服驅動器控制電機減速至靜止，電機保持出力以抵消負載力矩，此時將抱閘切換到制動狀態，待抱閘動作完成后，驅動器切斷電機的動力電輸出，改由抱閘的摩擦力抵消負載力矩，使設備繼續保持靜止，至此，停機過程正常結束。這里將停機過程正常結束定義為“切斷電機動力電輸出后，設備能夠保持靜止狀態”。若發生抱閘制動失效，則驅動器切斷電機動力電源后，抱閘的摩擦力矩可能不足以抵消負載力矩，進而造成設備誤動作，不能正常完成停機過程。