[发明专利]一种起重机大车电缆卷盘实时张力控制方法及其系统

说明书

本发明提供了一种起重机大车电缆卷盘实时张力控制方法及其系统，包括如下步骤：S1.利用悬链线方程计算出电缆合理卷绕曲线对应的最大张力F；S2.将S1计算出来的最大张力F作为预设张力F_preset，计算电缆实际卷绕张力F_actual；S3.通过S2计算出来的电缆实际卷绕张力F_actual来计算电机实际卷绕转矩M_motor，对起重机大车电缆卷盘实时张力进行控制。通过基于PC机的控制算法，已经保证了起重机大车电缆卷盘在电缆卷绕运动控制过程中的实时合理张力，位置环闭环控制只是多了一重电气保护功能，而非传统意义上的闭环PID控制思路。

技术领域

本发明涉及起重机领域，具体而言，涉及一种起重机大车电缆卷盘实时张力控制方法及其系统。

背景技术

起重机大车电缆卷盘的技术难点是既要保证卷绕速度与设备移动速度的同步，同时还要保证卷绕过程中电缆所受拉力适中。随着起重机械需要行走的距离更远，以致卷盘的内层到外层的卷绕半径相差3倍甚至更大，它的恒定力矩输出对电缆提出了更高的抗拉力要求。因为在满足外层电缆卷取力要求的条件下，由于磁性联轴器的卷绕力矩近似恒定，因此内层电缆要承受的张力会比外层大3倍以上，对于内嵌光纤的高压电缆或承载张力小的电缆而言，容易造成损坏。

由于卷盘要求容缆较多，卷盘卷径较大，在卷盘收放电缆过程中，电缆受到的张力波动幅度很大，很容易使电缆外皮破损。在电流大，卷盘刚性要求高，转动惯量大，加速度大，速度快的情况下，传统的电缆卷盘基本采用单层多排缠绕的滚筒形式，为了确保电缆的张力始终小于电缆抗拉力，单独采用矢量变频器控制变频控制电机的力矩不能够很好满足加速响应要求。在大车电缆卷盘变频控制系统中，针对单独采用矢量变频器控制的恒张力控制变频电缆卷盘的缺点，目前的起重机大车电缆卷盘控制方法主要是结合变频器的电气控制特点和机械柔性驱动特点，电缆在卷绕过程中就有了电气和机械的双重保护，但是变频控制电机的力矩仍然不能够很好满足加速响应要求，电缆损坏导致事故的情况仍时有发生。

发明内容

本发明解决的问题是：电缆在卷绕过程中电气和机械的双重保护仍不足以保证变频控制电机的力矩满足加速响应要求。

为解决上述问题，一方面，本发明提供一种起重机大车电缆卷盘实时张力控制方法，其中，包括如下步骤：

S1.利用悬链线方程计算出电缆合理卷绕曲线对应的最大张力F；

S2.将S1计算出来的最大张力F作为预设张力F_preset，计算电缆实际卷绕张力F_actual；

S3.通过S2计算出来的电缆实际卷绕张力F_actual来计算电机实际卷绕转矩M_motor，对起重机大车电缆卷盘实时张力进行控制。

优选地，所述步骤S1包括如下步骤：

根据起重机大车电缆卷盘绕出电缆的合理CD曲线得到对应电缆的悬链曲线，其方程为：

式(1)中，x、y为悬链曲线上点的横、纵坐标，H为电缆D点最大张力F的水平分力，q为电缆单位长度的重量。

(A)水平分力H的计算

以曲线与地面的切点C为坐标原点，计算时根据合适的曲线形状和工况，先给出曲线上任意一点的坐标(x₀，y₀)，例如(2，2.5)，代入式(1)得：

令(q/H)x₀＝Z，整理式(2)得到超越方程式(3)：

将式(3)变成函数形式F(Z)：