CN101943633B - 传动***机械损失和固定转动惯量测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种传动***机械损失和固定转动惯量测量方法，包括如下步骤：设定测量机械损失的测量参数；收集测量机械损失的数据；处理测量机械损失的数据以获取机械损失；设定测量转动惯量的测量参数；收集测量转动惯量的数据；处理测量转动惯量的数据以获取固定转动惯量。本方法能成功测量机械损失和固定转动惯量，无需人工完成，且测量时间短，测量效率高、测量精度高。

Description

传动***机械损失和固定转动惯量测量方法

技术领域

本发明涉及钢铁生产技术技术，特别涉及一种传动***机械损失和固定转动惯量测量方法。

背景技术

在钢铁行业处理线的控制中，传动***机械损失和固定转动惯量是影响张力控制精度的关键参数。目前钢铁行业处理线的传动***机械损失以及固定转动惯量的测量主要采用通过实验，人工方式读取所获得的相关数据，然后依据数学公式进行计算的方法完成，测量时间长，测量效率低、测量精度低。

因此，有必要提供一种改进的传动***机械损失和固定转动惯量测量方法来克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种传动***机械损失和固定转动惯量测量方法，无需人工完成，且测量时间短，测量效率高、测量精度高。

为了实现上述目的，本发明提供了一种传动***机械损失和固定转动惯量测量方法，包括如下步骤：设定测量机械损失的测量参数，包括速度设定值、与所述速度设定值对应的稳态等待时间和测量时间；控制电机以所述速度设定值运行，当所述电机达到所述设定速度设定值时，在等待与所述设定速度设定值对应的稳态等待时间后，收集扫描周期的个数及每个扫描周期的实际转矩值，收集的持续时间为与所述设定速度设定值对应的测量时间；将所有扫描周期的实际转矩值进行累加，实际转矩的累加值与所述扫描周期的个数之商即为与所述速度设定值对应的机械损失。

在本发明的一个实施例中，设置的速度设定值可以为多个，每个速度设定值设置对应的稳态等待时间和测量时间。

在本发明的另一实施例中，所述设置的多个速度设定值为全速度区间的所有速度设定值，则，所述方法还包括：将每个速度设定值与对应的机械损失进行关联，得到全速度区间的机械损失曲线。

在本发明的又一实施例中，所述方法还包括：设定测量转动惯量的测量参数，包括测量次数、升降速之间的等待时间、测量的最大速度值、测量的最小速度值、固定的加速度设定值、以及两次测量之间的等待时间，PLC控制器根据设定的最大速度值、最小速度值、加速度设定值、以及两次测量之间的等待时间确定单次测量速度设定值曲线，根据设定的测量次数、升降速之间的等待时间、以及确定的单次测量速度设定值曲线确定总速度设定值曲线；控制电机以所述总速度设定值曲线运行，在电机运行过程中，实时监测电机的瞬时速度设定值以及与所述瞬时速度设定值对应的瞬时速度反馈值，当所述瞬时速度设定值与所述瞬时速度反馈值的差值不大于10转/分钟时，收集扫描周期的个数、每个扫描周期的实际转矩值和角加速度，并根据所述全速度区间的机械损失曲线查找与所述瞬时速度设定值对应的机械损失值；根据所述每个扫描周期的实际转矩值、角加速度及机械损失值计算出每个扫描周期的转动惯量，将所有扫描周期的转动惯量进行累加得到转动惯量累加值，所述转动惯量累加值与所述扫描周期的个数之商即为测量区间的转动惯量平均值。

与现有技术相比，本发明传动***机械损失和固定转动惯量方法的优点是：

1.PLC(Programmable Logic Controller)控制器根据预先设定的参数通过变频器控制电机运转，自动测量传动***机械损失和固定转动惯量，可以同时测量多台设备，测量时间短，测量效率高、测量精度高；

2.在测量机械损失和固定转动惯量的过程中采用固定斜率速度设定值输出，并保证电机的反馈速度和设定速度之间的差值在一定的范围之内，以几十毫秒的采集周期，快速密集地读取测量数据，计算其平均值，提高了转动惯量的测量精度。。

通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。

附图说明

图1为本发明传动***机械损失和固定转动惯量方法涉及的控制***框图。

图2为本发明传动***机械损失和固定转动惯量方法在测量固定转动惯量时所使用的由PLC输出的总速度设定值曲线。

图3为本发明传动***机械损失和固定转动惯量方法测量机械损失的流程图。

具体实施方式

现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。

在说明本发明传动***机械损失和固定转动惯量方法的详细流程之前，先说明传动***机械损失和固定转动惯量方法的测量原理。

在传动***中，电机的输出转矩T_D可以表示为：

T_D＝T_e+T_f+T_d+T_w                              (1)

式中，T_e为和速度相关的机械损失转矩，T_f为和速度变化相关的固定转动惯量需要的转矩，T_d为和速度变化相关的可变转动惯量需要的转矩，T_w为工作转矩。

当传动***空载时，和速度变化相关的可变转动惯量需要的转矩T_d与工作转矩T_w均为0，电机的输出转矩T_D等于和速度相关的机械损失转矩T_e与和速度变化相关的固定转动惯量需要的转矩T_f的和：

T_D＝T_e+T_f；                        (2)

式中，和速度变化相关的固定转动惯量需要的转矩T_f等于固定转动惯量J与角加速度

乘积：

$T_f=J\·\frac{\mathrm{d\ω}}{\mathrm{dt}};---\left(3\right)$

由公式(2)、(3)可得：

$T_D=T_e+J\·\frac{\mathrm{d\ω}}{\mathrm{dt}};---\left(4\right)$

由公式(4)可得：

$J=(T_D-T_e)/\frac{\mathrm{d\ω}}{\mathrm{dt}};---\left(5\right)$

当电机运行在恒定转速时，角加速度等于零，即和速度相关的机械损失转矩T_e等于电机的输出转矩T_D，用PLC控制器通过变频器测量出电机的输出转矩T_D，即可得到和速度相关的机械损失转矩T_e。

当电机在加减速时，用PLC控制器通过变频器测量出电机的输出转矩T_D，用PLC控制器测量出角加速度

，和速度相关的机械损失转矩T_e已经先在电机运行在恒定转速时测出，根据公式(5)即可计算出固定转动惯量J。

如图1，本方法的控制***包括PLC控制器200、通讯网络、HMI(HumanMachine Interface)100、变频器300，以及驱动设备转动的电机400。PLC控制器通过通讯网络分别与HMI、变频器连接，变频器与电机连接。PLC控制器通过通讯网络将总速度设定曲线发送到变频器，变频器通过速度设定曲线控制电机的运行。HMI用来监控PLC控制器的运行状态，并通过PLC控制器监控变频器以及电机的运行状态。

下面说明本发明传动***机械损失和固定转动惯量测量方法的详细流程。

如图3，本发明传动***机械损失测量方法包括下述步骤：

步骤S1，设定测量机械损失的测量参数，包括机械损失测量点，以及对应所述机械损失测量点的速度设定值、稳态等待时间、测量时间；

步骤S2，PLC控制器通过变频器控制电机按照步骤S1设定的机械损失测量点的速度设定值运行，当电机达到与所述机械损失测量点对应的速度设定值时，在等待与所述机械损失测量点对应的稳态等待时间后，PLC控制器收集扫描周期的个数及每个扫描周期(为保证测量精度，扫描周期设定为20毫秒)的实际转矩值，收集的持续时间为与所述机械损失测量点对应的测量时间，收集结束后，PLC控制器将所有扫描周期的实际转矩值进行累加，并实际转矩值的累加值及扫描周期的个数存储在PLC存储器中；

步骤S3，PLC控制器根据存储在PLC存储器中的实际转矩的的累加值及扫描周期的个数计算平均值，此平均值即为在该速度设定值下的机械损失，计算公式如下：

机械损失＝实际转矩的的累加值/扫描周期的个数

由上可以看出，本方法可以测量某一速度设定值下的机械损失。

可以理解地，本发明可以在步骤S1中设定其他机械损失测量点，并对应设定其他速度设定值，求出对应所述其它速度设定值的机械损失。

另外，本发明也可以设定全速度区间的所有速度设定值，并求出与所有速度设定值对应的机械损失，然后根据描点法，绘制出全速度区间对应的机械损失曲线，这样，在实际运行过程中，就可以得到与任意一个速度设定值对应的机械损失值。

继续如图3，本发明传动***固定转动惯量测量方法还包括如下步骤：

步骤S4，设定测量转动惯量的测量参数，包括测量次数(n)、升降速之间的等待时间(Tw)、测量的最大速度值(Vmax)、测量的最小速度值(Vmin)以及固定的加速度设定值(a)、两次测量之间的等待时间(Tu)，PLC控制器根据设定的最大速度值(Vmax)、最小速度值(Vmin)、加速度设定值(a)、以及两次测量之间的等待时间(Tu)确定单次测量速度设定值曲线，根据设定的测量次数(n)、升降速之间的等待时间(Tw)、以及确定的单次测量速度设定值曲线确定总速度设定值曲线，总速度设定值曲线如图2所示：

其中：ΔT＝ΔT1＝ΔT2

$a=\frac{V\max -V\min }{\mathrm{\ΔT}}$

步骤S5，PLC控制器通过变频器控制电机按照在步骤S4中得到的总速度设定值曲线运行，在电机运行过程中，PLC控制器实时监测瞬时速度设定值以及与所述瞬时速度设定值对应的瞬时速度反馈值，当所述瞬时速度设定值与所述瞬时速度反馈值的差值不大于10转/分钟，PLC控制器收集扫描周期的个数、每个扫描周期(为保证测量精度，扫描周期设定为20毫秒)的实际转矩值T_D和角加速度

，并根据如前所述全速度区间对应的机械损失曲线查找与所述瞬时速度设定值对应的机械损失值T_e，PLC控制器把扫描周期的个数、每个扫描周期的实际转矩值T_D、角加速度

及机械损失值T_e存储在PLC存储器中，当所述瞬时速度设定值与所述瞬时速度反馈值的差值大于10转/分钟时，测量过程异常，PLC控制器停止收集；

步骤S6，PLC控制器根据存储在PLC存储器中的每个扫描周期的实际转矩值T_d、角加速度

及机械损失值T_e，利用公式(5)计算出每个扫描周期的转动惯量J，同时将所有扫描周期的转动惯量J进行累加得到转动惯量累加值，根据存储在PLC存储器中的扫描周期的个数以及转动惯量累加值计算出在测量区间的转动惯量平均值，计算公式如下：

转动惯量平均值＝转动惯量累加值/扫描周期的个数

由于传动***的机械摩擦不恒定、角加速度和实际转矩值T_D的测量存在误差，每个扫描周期的转动惯量J的测量值可能会有微小的差别，因此，转动惯量累加值与扫描周期的个数之商即为转动惯量的测量值。

由上可以看出，本方法可以测量某一速度下的固定转动惯量。

本发明传动***机械损失和固定转动惯量方法的优点是：

1.PLC控制器根据预先设定的参数通过变频器控制电机运转，自动测量传动***机械损失和固定转动惯量，可以同时测量多台设备，测量时间短，测量效率高、测量精度高；

2.在测量机械损失和固定转动惯量的过程中采用加速度值固定的速度设定值曲线，保证电机的瞬时速度反馈值和瞬时速度设定值之间的差值在一定的范围之内，以几十毫秒的采集周期，快速密集地收集测量数据，计算平均值，提高了转动惯量的测量精度。

以上结合最佳实施例对本发明进行了描述但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims (1)

1.一种传动***机械损失和固定转动惯量测量方法，包括如下步骤：

设定测量机械损失的测量参数，包括速度设定值、与所述速度设定值对应的稳态等待时间和测量时间；

控制电机以所述速度设定值运行，当所述电机达到所述设定速度设定值时，在等待与所述设定速度设定值对应的稳态等待时间后，收集扫描周期的个数及每个扫描周期的实际转矩值，收集的持续时间为与所述设定速度设定值对应的测量时间；

将所有扫描周期的实际转矩值进行累加，实际转矩的累加值与所述扫描周期的个数之商即为与所述速度设定值对应的机械损失；

所述设置的速度设定值为多个，每个速度设定值设置对应的稳态等待时间和测量时间；

所述设置的多个速度设定值为全速度区间的所有速度设定值，

则，所述方法还包括：

将每个速度设定值与对应的机械损失进行关联，得到全速度区间的机械损失曲线，

其特征在于，还包括：

设定测量转动惯量的测量参数，包括测量次数、升降速之间的等待时间、测量的最大速度值、测量的最小速度值、固定的加速度设定值、以及两次测量之间的等待时间，PLC控制器根据设定的最大速度值、最小速度值、加速度设定值、以及两次测量之间的等待时间确定单次测量速度设定值曲线，根据设定的测量次数、升降速之间的等待时间、以及确定的单次测量速度设定值曲线确定总速度设定值曲线；

控制电机以所述总速度设定值曲线运行，在电机运行过程中，实时监测电机的瞬时速度设定值以及与所述瞬时速度设定值对应的瞬时速度反馈值，当所述瞬时速度设定值与所述瞬时速度反馈值的差值不大于10转/分钟时，收集扫描周期的个数、每个扫描周期的实际转矩值和角加速度，并根据所述全速度区间的机械损失曲线查找与所述瞬时速度设定值对应的机械损失值；

根据所述每个扫描周期的实际转矩值、角加速度及机械损失值计算出每个扫描周期的转动惯量，将所有扫描周期的转动惯量进行累加得到转动惯量累加值，所述转动惯量累加值与所述扫描周期的个数之商即为测量区间的转动惯量平均值。

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