一種攀爬助力控制方法、系統(tǒng)及變頻器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明實施例公開了一種攀爬助力控制方法、系統(tǒng)及變頻器，用于實現(xiàn)自動識別攀爬人員的運動方向，能夠減少攀爬助力控制系統(tǒng)的成本。本發(fā)明實施例方法包括：所述變頻器控制所述電機的三相定子繞組產(chǎn)生交流電壓，在所述電機氣隙內產(chǎn)生交替作用的正向旋轉磁場和反向旋轉磁場，且所述電機保持靜止狀態(tài)；所述變頻器獲取所述電機在所述正向旋轉磁場和反向旋轉磁場作用下的初始功率因數(shù)角；所述變頻器獲取所述電機的當前功率因數(shù)角；所述變頻器根據(jù)所述當前功率因數(shù)角和所述初始功率因數(shù)角，確定攀爬人員的運動方向；根據(jù)所述攀爬人員的運動方向，所述變頻器控制所述電機提供提升力矩。
【專利說明】一種攀爬助力控制方法、系統(tǒng)及變頻器

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及自動化控制【技術領域】，具體涉及一種攀爬助力控制方法、系統(tǒng)及變頻器。

【背景技術】
[0002]在需要進行垂直攀爬的工作場合，攀爬人員需要克服自身重力不斷做功，才能進行向上和向下運動，當攀爬時間較長時，需要耗費大量的體力。因此，攀爬助力系統(tǒng)應運而生，如風塔助力梯系統(tǒng)，電機固定在助力梯底部，電機帶動線纜轉動，線纜通過固定在助力梯頂部的定滑輪實現(xiàn)上下移動，攀爬人員在爬梯登高時，其安全設備上的卡扣與線纜相連，電機驅動與攀爬人員安全裝備上卡扣相連的線纜，給攀爬人員提供提升力來實現(xiàn)減重爬梯功能。
[0003]攀爬人員在向上和向下運動的過程中，其所需電機提供的力矩是不同的，因此系統(tǒng)會根據(jù)攀爬人員的運動方向控制電機為其提供不同的力矩?，F(xiàn)有技術中攀爬助力系統(tǒng)的一種實現(xiàn)方案為:在攀爬助力控制系統(tǒng)中通過安裝傳感器以檢測攀爬人員的運動方向。另一種實現(xiàn)方案為攀爬助力控制系統(tǒng)直接采用速度控制模式驅動電機運行，所述電機按照可調的預設速度運轉，并通過設置電機的轉矩上限值來限制提升力矩。
[0004]本發(fā)明技術人員發(fā)現(xiàn)上述方案具有如下缺點:
[0005](I)方案一的攀爬助力系統(tǒng)的成本較高，經(jīng)發(fā)明人認真分析得知，造成其成本高的主要原因為上述助力系統(tǒng)中安裝了用于方向檢測的傳感器，而且安裝上述傳感器后還會導致系統(tǒng)方案復雜，進而增加故障點，系統(tǒng)可靠性低。
[0006](2)方案二的攀爬助力系統(tǒng)的攀爬體驗、舒適感較差，經(jīng)發(fā)明人認真分析得知，造成上述缺陷的原因為:采用速度控制時，在攀爬過程中，要求攀爬人員的爬升或下降的速度與變頻器預設的電機的速度保持一致，但是實際操作中可知，攀爬人員的爬升或下降的速度不可能是恒定的，這樣會導致電機的提升力矩不斷改變，提升力矩忽大或忽小，使攀爬人員的體驗、舒適感差。


【發(fā)明內容】

[0007]針對上述缺陷，本發(fā)明實施例提供了一種攀爬助力控制方法、系統(tǒng)及變頻器，用于實現(xiàn)自動識別攀爬人員的運動方向，能夠減少攀爬助力控制系統(tǒng)的成本。
[0008]本發(fā)明第一方面提供了一種攀爬助力控制方法，應用于攀爬助力控制系統(tǒng)，所述攀爬助力控制系統(tǒng)包括變頻器以及由所述變頻器驅動的電機，可包括:
[0009]所述變頻器控制所述電機的三相定子繞組產(chǎn)生交流電壓，在所述電機氣隙內產(chǎn)生交替作用的正向旋轉磁場和反向旋轉磁場，且所述電機保持靜止狀態(tài)；
[0010]所述變頻器獲取所述電機在所述正向旋轉磁場和反向旋轉磁場作用下的初始功率因數(shù)角；
[0011]所述變頻器獲取所述電機的當前功率因數(shù)角；
[0012]所述變頻器根據(jù)所述當前功率因數(shù)角和所述初始功率因數(shù)角，確定攀爬人員的運動方向；
[0013]根據(jù)所述攀爬人員的運動方向，所述變頻器控制所述電機提供提升力矩。
[0014]本發(fā)明第二方面提供了一種變頻器，所述變頻器用于驅動電機，可包括:
[0015]控制單元，用于控制所述電機的三相定子繞組產(chǎn)生交流電壓，在所述電機氣隙內產(chǎn)生交替作用的正向旋轉磁場和反向旋轉磁場，且所述電機保持靜止狀態(tài)；
[0016]獲取單元，用于獲取所述電機在所述正向旋轉磁場和反向旋轉磁場作用下的初始功率因數(shù)角，并獲取所述電機的當前功率因數(shù)角；
[0017]確定單元，用于根據(jù)所述當前功率因數(shù)角和所述初始功率因數(shù)角，確定攀爬人員的運動方向；
[0018]調節(jié)單元，用于根據(jù)所述確定單元確定出的運動方向，控制所述電機提供提升力矩。
[0019]本發(fā)明第三方面提供了一種攀爬助力控制系統(tǒng)，可包括上述第二方面提供的變頻器，以及該變頻器驅動的電機。
[0020]從以上技術方案可以看出，本發(fā)明實施例具有以下優(yōu)點:
[0021]本發(fā)明實施例中變頻器控制電機的三相定子繞組產(chǎn)生了低頻交流電源，能夠使得電機在氣隙內產(chǎn)生交替作用的正向旋轉磁場和反向旋轉磁場，且此時電機處于靜止狀態(tài)，變頻器獲取電機在該正向旋轉磁場和反向旋轉磁場時的初始功率因數(shù)角，然后在交替的正向旋轉磁場和反向旋轉磁場中，實時獲取電機的當前功率因數(shù)角，然后根據(jù)當前功率因數(shù)角和初始功率因數(shù)角，確定攀爬人員的運動方向，從而控制電機提供提升力矩，而不需要在變頻器中增加方向檢測的傳感器，減少系統(tǒng)成本，使系統(tǒng)方案更加簡單、故障點減少，且系統(tǒng)可靠性更高。另外，本發(fā)明實施例在確定攀爬人員的運動方向后采用轉矩控制方式控制電機提供提升力矩，是通過獲取外部輸入的力矩調節(jié)信號，控制電機提供力矩調節(jié)信號對應的提升力矩，那么在獲取到該力矩調節(jié)信號時，直至獲取到下一個輸入的力矩調節(jié)信號的期間內，所提供的提升力矩是固定的，只有在獲取到輸入的力矩調節(jié)信號時才改變提升力矩，提聞用戶體驗感。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術方案，下面將對本發(fā)明實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0023]圖1為本發(fā)明實施例提供的攀爬助力控制方法的流程示意圖；
[0024]圖2a為本發(fā)明另一實施例提供的攀爬助力控制方法的流程示意圖；
[0025]圖2b為本發(fā)明實施例提供的攀爬助力控制方法的應用示意圖；
[0026]圖2c為本發(fā)明另一實施例提供的攀爬助力控制方法的應用示意圖；
[0027]圖3為本發(fā)明實施例提供的變頻器的結構示意圖；
[0028]圖4為本發(fā)明另一實施例提供的變頻器的結構示意圖；
[0029]圖5為本發(fā)明另一實施例提供的變頻器的結構示意圖；
[0030]圖6為本發(fā)明另一實施例提供的變頻器的結構示意圖；
[0031]圖7為本發(fā)明實施例提供的攀爬助力控制系統(tǒng)的結構示意圖；
[0032]圖8為本發(fā)明實施例提供的風塔助力梯系統(tǒng)的應用示意圖。

【具體實施方式】
[0033]下面將結合本發(fā)明實施例的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0034]本發(fā)明實施例提供了一種攀爬助力控制方法，能夠減少系統(tǒng)成本。同時，本發(fā)明實施例還提供了一種攀爬助力控制系統(tǒng)及變頻器。下面將以具體實施例，對本發(fā)明進行詳細介紹。
[0035]如圖1所示，本發(fā)明實施例提供了一種攀爬助力控制方法，應用于攀爬助力控制系統(tǒng)，可包括:
[0036]步驟101、所述變頻器控制所述電機的三相定子繞組產(chǎn)生交流電壓，在所述電機氣隙內產(chǎn)生交替作用的正向旋轉磁場和反向旋轉磁場，且所述電機保持靜止狀態(tài)；
[0037]在攀爬助力控制系統(tǒng)上電后，通過變頻器控制電機的三相定子繞組產(chǎn)生一定頻率的交流電壓，所述交流電壓的頻率和幅值可以調節(jié)。由于上述交流電壓很低，不足以克服系統(tǒng)的阻力，而使電機的轉軸不運轉，即電機保持靜止狀態(tài)。所述保持靜止狀態(tài)的電機在氣隙內形成旋轉磁場，具體地，分別在電機氣隙內產(chǎn)生持續(xù)的交替作用的正向旋轉磁場和反向旋轉磁場。上述電機氣隙內產(chǎn)生持續(xù)的交替作用的正向旋轉磁場和反向旋轉磁場且電機的轉軸保持不運轉的狀態(tài)為變頻器的待機狀態(tài)。
[0038]本發(fā)明實施例中提供的電機是電動機。
[0039]步驟102、所述變頻器獲取所述電機在所述正向旋轉磁場和反向旋轉磁場的初始功率因數(shù)角；
[0040]在系統(tǒng)上電后，變頻器控制電機的三相定子繞組產(chǎn)生一定頻率的交流電源，在氣隙內產(chǎn)生交替作用的正向旋轉磁場和反向旋轉磁場，并且在產(chǎn)生正向旋轉磁場和反向旋轉磁場時計算初始功率因數(shù)角，然后保存計算得到的初始功率因數(shù)角。
[0041]上述初始功率因數(shù)角具體是在正向旋轉磁場作用下的初始正向功率因數(shù)角，以及在反向旋轉磁場作用下的初始反向功率因數(shù)角。
[0042]具體地,上述計算初始正向功率因數(shù)角包括:
[0043]在所述電機產(chǎn)生正向旋轉磁場時，所述變頻器根據(jù)所述電機的電流向量和電壓向量，計算所述靜止狀態(tài)電機的初始功率因數(shù)角，得到初始正向功率因數(shù)角。
[0044]上述計算初始反向功率因數(shù)角包括:
[0045]在所述電機產(chǎn)生反向旋轉磁場時，所述變頻器根據(jù)所述電機的電流向量和電壓向量，計算所述靜止狀態(tài)電機的初始反向功率因數(shù)角。
[0046]具體地，可以在第一次產(chǎn)生正向旋轉磁場時計算所述初始正向功率因數(shù)角，在第一次產(chǎn)生反向旋轉磁場時計算所述初始反向功率因數(shù)角。
[0047]步驟103、所述變頻器獲取所述電機的當前功率因數(shù)角；
[0048]本發(fā)明中，實現(xiàn)攀爬人員運動方向檢測的方法不是采用傳感器，而是通過判斷電機在正向旋轉磁場和反旋轉磁場作用下功率因數(shù)角的變化量是否大于預設閥值獲得運動方向的，因此除了前述的計算電機在所述正向旋轉磁場和反向旋轉磁場作用下的初始功率因數(shù)角外，還需要實時獲取電機的當前功率因數(shù)角。
[0049]在上述正向旋轉磁場和反向旋轉磁場的交替作用過程中，實時獲取電機的當前功率因數(shù)角，同時，還要獲取保存的初始正向功率因數(shù)角和初始反向功率因數(shù)角。
[0050]可以理解的是，實時獲取到的當前功率因數(shù)角，可能是對應正向旋轉磁場的功率因數(shù)角，也可能是對應反向旋轉磁場的功率因數(shù)角。
[0051]需要說明的是，上述步驟102和步驟103的執(zhí)行順序可以相反，在執(zhí)行步驟103后再執(zhí)行步驟102。當然，若是在正向旋轉磁場中實時計算到的當前功率因數(shù)角，那么可以從保存的初始功率因數(shù)角中獲取初始正向功率因數(shù)角，若是在反向旋轉磁場中實時計算到的當前功率因數(shù)角，那么可以從保存的初始功率因數(shù)角中獲取初始正向功率因數(shù)角。
[0052]步驟104、所述變頻器根據(jù)所述當前功率因數(shù)角和所述初始功率因數(shù)角，確定攀爬人員的運動方向；
[0053]需要說明的是，攀爬助力控制系統(tǒng)中攀爬人員的運動方向包括上升方向或者下降方向，電機的運動方向包括正轉和反轉，相應地，若電機的正轉方向對應攀爬人員的上升方向，則電機的反轉方向對應攀爬人員的下降方向，或者若電機的正轉方向對應攀爬人員的下降方向，則電機的反轉方向對應攀爬人員的上升方向。優(yōu)選攀爬人員的上升方向對應電機的正轉方向，對應的，攀爬人員的下降方向對應電機的反轉方向。通過配置，可以使電機上電后的默認狀態(tài)是:如電機的正轉方向，設置為攀爬人員的上升方向，反之，電機的反轉方向對應攀爬人員的下降方向。
[0054]步驟105、根據(jù)所述攀爬人員的運動方向，所述變頻器控制所述電機提供提升力矩。
[0055]本發(fā)明實施例中，在確定了攀爬人員的運動方向后，即進入了提升力矩的調節(jié)過程，此時，將退出待機狀態(tài)，而控制電機為攀爬人員提供相應的提升力矩。
[0056]本發(fā)明實施例中變頻器控制電機的三相定子繞組產(chǎn)生了一定頻率的交流電壓，能夠使得電機在氣隙內產(chǎn)生交替作用的正向旋轉磁場和反向旋轉磁場，且此時電機保持靜止狀態(tài)，變頻器獲取電機在該正向旋轉磁場和反向旋轉磁場時的初始功率因數(shù)角，然后在交替的正向旋轉磁場和反向旋轉磁場中，實時獲取電機的當前功率因數(shù)角，然后根據(jù)當前功率因數(shù)角和初始功率因數(shù)角，確定攀爬人員的運動方向，從而控制電機提供提升力矩，從而可以控制電機根據(jù)運動方向提供相應的提升力矩，而不需要在攀爬助力控制系統(tǒng)中增加方向檢測的傳感器，可以減少系統(tǒng)成本，且提高用戶體驗感；在現(xiàn)有技術中，傳感器的存在除了成本高以外，還使系統(tǒng)方案復雜，增加故障點，使其可靠性低；本發(fā)明提供的攀爬助力控制方法無需用于方向檢測的傳感器，使系統(tǒng)方案更加簡單、故障點減少，且系統(tǒng)可靠性更聞。
[0057]上述初始正向功率因數(shù)角具體是根據(jù)正向旋轉磁場中電機的電流向量與電壓向量的關系計算得到，同樣地，上述初始反向功率因數(shù)角具體是根據(jù)反向旋轉磁場中電機的電流向量與電壓向量的關系計算得到，計算方式為現(xiàn)有技術，在此不再贅述。
[0058]如圖2a所示，下面將進一步對上述實施例進行說明，一種攀爬助力控制方法，可包括:
[0059]步驟201、所述變頻器控制所述電機的三相定子繞組產(chǎn)生交流電壓，在所述電機氣隙內產(chǎn)生交替作用的正向旋轉磁場和反向旋轉磁場，且所述電機處于靜止狀態(tài)；
[0060]步驟201與步驟101相同，在此不再贅述。
[0061]步驟202、所述變頻器獲取所述電機在所述正向旋轉磁場的初始正向功率因數(shù)角，以及在所述反向旋轉磁場的初始反向功率因數(shù)角；
[0062]請參閱上述步驟102的說明，在此不再贅述。
[0063]步驟203、所述變頻器根據(jù)所述電機的當前電流向量和當前電壓向量，計算所述電機的當前功率因數(shù)角；
[0064]當前功率因數(shù)角可以根據(jù)電機的當前電流向量和當前電壓向量計算得到，計算方式與上述計算初始正向功率因數(shù)角和反向功率因數(shù)角相同，同屬現(xiàn)有技術，在此不再贅述。
[0065]步驟204、所述變頻器計算所述當前功率因數(shù)角與初始功率因數(shù)角的變化量；
[0066]當所述當前功率因數(shù)角是在所述電機正向旋轉磁場計算的，計算所述當前功率因數(shù)角與所述初始正向功率因數(shù)角的變化量；當所述當前功率因數(shù)角是在所述電機反向旋轉磁場計算的，計算所述當前功率因數(shù)角與所述初始反向功率因數(shù)角的變化量。
[0067]步驟205、所述變頻器判斷所述變化量是否大于或等于預設閥值；
[0068]在本發(fā)明實施例中設定了一個功率因數(shù)角變化量的預設閥值，該預設閥值在最低程度上體現(xiàn)出攀爬人員處于上升或下降的運動當中。具體地，通過多次觀察攀爬人員在靜止不動時的功率因數(shù)角的變化情況，得到Ml個靜止不動時的功率因數(shù)角變化量，和多次觀察攀爬人員在正常攀爬時的功率因數(shù)角變化情況，得到M2個正常攀爬時的功率因數(shù)角變化量，然后從Ml個靜止不動的功率因數(shù)角中選出最大值，設為Wl大，從M2個正常攀爬時的功率因數(shù)角中選出最小值，設為W2 +，設定一個小于W2+且大于Wl ±的合理值，該合理值則選取為功率因數(shù)角變化量的預設閥值，例如，可以取[25% W2/>;50% W2 + ]作為預設閥值的范圍，當然，25% W2小大于Wl大。
[0069]在大于或等于該預設閥值時，向步驟206 ;若否，則返回步驟201。
[0070]步驟206、所述變頻器確定攀爬人員的運動方向為所述電機的當前旋轉磁場對應的運動方向；
[0071]需要說明的是，所述電機的旋轉磁場的正向和反向與所述電機的正轉和反轉相對應，具體為，所述電機的正向旋轉磁場對應電機的正轉，所述電機的反向旋轉磁場對應電機的反轉。結合前述步驟104中介紹，可知電機的正向旋轉磁場可以對應攀爬人員的上升或下降，與之對應的，電機的反向旋轉磁場可以對應攀爬人員的下降或上升。
[0072]本申請中采用待機狀態(tài)時正向和反向旋轉磁場交替作用以辨識攀爬人員的運動方向。只有當攀爬人員的實際運動方向與旋轉磁場的方向一致時，變頻器才能辨識出攀爬人員的運動方向。例如，若正向旋轉磁場作用時對應攀爬人員的上升方向，且攀爬人員的實際運動方向為向上，則只有在正向旋轉磁場作用期間功率因數(shù)角的變化量才會大于或等于預設閥值，即只有在正向旋轉磁場作用期間才能辨識出攀爬人員的運動方向為上升；而在反向旋轉磁場作用期間或無旋轉磁場作用時，攀爬人員的上升運動并不會使功率因數(shù)角的變化量達到預設閥值。同理，反之亦然。具體如圖2b所示，M2為電機待機狀態(tài)下識別攀爬人員運動方向時功率因數(shù)角變化量的變化圖，且正向旋轉磁場作用時對應攀爬人員的上升方向；M1為電機電壓頻率圖，其中a表不電機在正向旋轉磁場作用期間，b表不電機在反向旋轉磁場作用期間，c表示電機在無旋轉磁場作用期間；t時刻攀爬人員向上運動。由圖2b可知，只有在正向旋轉磁場作用時，功率因數(shù)角變化量才較大，反向旋轉磁場作用期間或無旋轉磁場作用時功率因數(shù)角變化量基本為零。
[0073]具體地，正向或反向旋轉磁場作用時功率因數(shù)角發(fā)生變化，即功率因數(shù)角的變化量大于或等于預設閥值，則判斷出攀爬人員的運動方向對應當前正向或反向旋轉磁場作用下的攀爬人員的升降方向。例如，根據(jù)上述設定，若正向旋轉磁場作用對應攀爬人員的上升方向，則若在正向旋轉磁場作用時功率因數(shù)角的變化量大于或等于預設閥值，則判斷出攀爬人員的運動方向為上升方向，或若在反向旋轉磁場作用時功率因數(shù)角的變化量大于或等于預設閥值，則判斷出攀爬人員的運動方向為下降方向；反之，若正向旋轉磁場作用對應攀爬人員的下降方向，則若在反向旋轉磁場時功率因數(shù)角的變化量大于或等于預設閥值，則判斷出攀爬人員的運動方向為上升方向；或若在正向旋轉磁場作用時功率因數(shù)角的變化量大于或等于預設閥值，則判斷出攀爬人員的運動方向為下降方向。舉例來說，如圖2c所示，為攀爬人員在攀爬上升方向持續(xù)攀爬時的測試情況，且設定攀爬上升方向對應正向旋轉磁場，攀爬人員在Tl時刻開始向上運動，其中，Al為電機電壓頻率圖，A2為電機功率因數(shù)角變化量的變化圖，A3為變頻器控制電機的狀態(tài)圖，al為反向旋轉磁場，bl為正向旋轉磁場。在T2時刻之前，此時電機處于待機狀態(tài)，變頻器還沒有控制電機，功率因數(shù)角幾乎不變。由于Tl?T2時刻之間旋轉磁場的方向與攀爬人員的攀爬方向相反，功率因數(shù)角也幾乎不變，在這個時候還無法識別攀爬人員的運動方向。在T2時刻，正向旋轉磁場作用期間電機的功率因數(shù)角發(fā)生了變化，且功率因數(shù)角變化量大于或等于預設閥值，進而判斷出攀爬人員的攀爬方向為攀爬上升方向，同時，在T2時刻，變頻器控制電機進入轉矩控制狀態(tài)為攀爬人員提供相應的提升力矩。
[0074]步驟207、所述變頻器獲取力矩調節(jié)信號，所述變頻器以轉矩控制方式控制所述電機提供提升力矩。
[0075]本發(fā)明實施例中，在確定了攀爬人員的運動方向后，即進入了提升力矩的調節(jié)過程，此時，將退出待機狀態(tài)，而控制電機為攀爬人員提供相應的提升力矩。
[0076]其中，變頻器控制電機提供提升力矩。例如，若檢測到攀爬人員的運動方向為上升方向，根據(jù)運動學方程，此時變頻器可控制電機為攀爬人員提供一個向上的比其自身重力略大的提升力矩。若檢測到攀爬人員的運動方向為下降，根據(jù)運動學方程，此時變頻器可控制電機為攀爬人員提供一個向上的比其自身重力略小即可省力。在變頻器控制電機提升攀爬人員時，所述電機產(chǎn)生的力矩是恒定的，但是所述力矩可以預先通過變頻器上的力矩調節(jié)按鈕來調節(jié)。
[0077]本發(fā)明實施例中，變頻器控制電機的三相定子繞組產(chǎn)生了一定頻率的交流電源，能夠使得電機在氣隙內產(chǎn)生交替作用的正向旋轉磁場和反向旋轉磁場，且此時電機保持靜止狀態(tài)，變頻器獲取電機在該正向旋轉磁場的初始正向功率因數(shù)角，和反向旋轉磁場時的初始反向功率因數(shù)角，然后在交替的正向旋轉磁場和反向旋轉磁場中，實時獲取電機的當前功率因數(shù)角，該當前功率因數(shù)角若是在正向旋轉磁場中計算的，則計算當前功率因數(shù)角與初始正向功率因數(shù)角之間的變化量，若該當前功率因數(shù)角是在反向旋轉磁場中計算的，則計算當前功率因數(shù)角與初始反向功率因數(shù)角之間的變化量，若計算得到的變化量大于或等于預設閥值，則確定攀爬人員的攀爬方向為當前旋轉磁場對應的運動方向，從而可以控制電機根據(jù)運動方向提供相應的提升力矩，而不需要在攀爬助力控制系統(tǒng)中增加方向檢測的傳感器，可以減少系統(tǒng)成本，且在本發(fā)明實施例中，以轉矩控制方式控制電機，是通過獲取外部輸入的力矩調節(jié)信號，控制電機提供力矩調節(jié)信號對應的提升力矩，那么在獲取到該力矩調節(jié)信號時，直至獲取到下一個輸入的力矩調節(jié)信號的期間內，所提供的提升力矩是固定的，提高用戶體驗感；在現(xiàn)有技術中，傳感器的存在除了成本高以外，還使系統(tǒng)方案復雜，增加故障點，使其可靠性低；本發(fā)明提供的攀爬助力控制方法無需用于方向檢測的傳感器，使系統(tǒng)方案更加簡單、故障點減少，且系統(tǒng)可靠性更高。
[0078]在一種【具體實施方式】中，上述步驟207具體包括:
[0079]變頻器獲取力矩調節(jié)按鈕所指示的設定值，然后控制電機提供該設定值所指示的力矩。
[0080]所述力矩調節(jié)按鈕可以設置于變頻器上或系統(tǒng)的其他控制設備上。用戶可以通過調節(jié)該力矩調節(jié)按鈕設定提升力矩，然后在變頻器檢測到攀爬人員的運動方向后，根據(jù)獲取到力矩調節(jié)按鈕的設定值，控制電機提供相應的力矩。
[0081]所述變頻器還可以識別攀爬人員是否處于靜止狀態(tài)，在變頻器控制電機提供提升力矩的過程中，變頻器若檢測到電機在某時間段內的運行頻率小于或等于第一參考頻率時，則可以確定電機進入堵轉狀態(tài)，此時，變頻器停止轉矩控制并進入待機狀態(tài)。
[0082]所述變頻器還可以識別系統(tǒng)故障，若檢測到電機在某時段內運行頻率大于或等于第二參考頻率，則判定所述系統(tǒng)工作異常，如電機與線纜間打滑，變頻器停止轉矩控制并進入待機狀態(tài)。
[0083]其中，所述第二參考頻率大于第一參考頻率，在本發(fā)明實施例中提供一種具體的判斷方式來判斷攀爬人員是否處于靜止狀態(tài)，即通過判斷電機的當前運行頻率是否小于或等于第一參考頻率。其中，第一參考頻率是通過多次實驗獲取得到，通過多次獲取攀爬人員處于靜止狀態(tài)時電機的運行頻率和正常攀爬時電機的運行頻率，然后從靜止狀態(tài)時電機的運行頻率中獲取最大值，設為F1，從正常攀爬時電機的運行頻率中獲取最小值，設為F2，然后可以取Fl和F2之間的中間值作為第一參考頻率，當然，還可以是Fl和F2之間的其它值，在此不作限定。
[0084]相似的，第二參考頻率也可以通過多次實驗獲取得到，即通過多次獲取系統(tǒng)異常時的運行頻率和系統(tǒng)正常時攀爬人員快速攀爬時電機的運行頻率，然后從系統(tǒng)異常時的運行頻率獲取最小值，設為Π，從系統(tǒng)正常時攀爬人員快速攀爬時電機的運行頻率中獲取最大值，設為f2，然后取一個運行頻率值f作為第二參考頻率值，該f小于或等于Π，且大于f20
[0085]如圖3所示，本發(fā)明實施例還提供了一種攀爬助力控制方法對應的變頻器300，可包括:
[0086]控制單元310，用于控制所述電機的三相定子繞組產(chǎn)生交流電壓，在所述電機氣隙內產(chǎn)生交替作用的正向旋轉磁場和反向旋轉磁場，且所述電機保持靜止狀態(tài)；
[0087]獲取單元320，用于獲取所述電機在所述正向旋轉磁場或反向旋轉磁場的初始功率因數(shù)角，并獲取所述電機的當前功率因數(shù)角；
[0088]確定單元330，用于根據(jù)所述當前功率因數(shù)角和所述初始功率因數(shù)角，確定攀爬人員的運動方向；
[0089]調節(jié)單元340，用于根據(jù)所述確定單元330確定出的運動方向，控制所述電機提供提升力矩。
[0090]本發(fā)明實施例中變頻器的控制單元310控制電機的三相定子繞組產(chǎn)生了低頻交流電源，能夠使得電機在氣隙內產(chǎn)生交替作用的正向旋轉磁場和反向旋轉磁場，且此時電機處于靜止狀態(tài)，獲取單元320獲取電機在該正向旋轉磁場和反向旋轉磁場時的初始功率因數(shù)角，然后在交替的正向旋轉磁場和反向旋轉磁場中，實時獲取電機的當前功率因數(shù)角，然后確定單元330根據(jù)當前功率因數(shù)角和初始功率因數(shù)角，確定攀爬人員的運動方向，之后，調節(jié)單元340控制電機提供提升力矩，從而可以控制電機根據(jù)運動方向提供相應的提升力矩，而不需要在攀爬助力控制系統(tǒng)中增加方向檢測的傳感器，可以減少系統(tǒng)成本，且提高用戶體驗感；在現(xiàn)有技術中，傳感器的存在除了成本高以外，還使系統(tǒng)方案復雜，增加故障點，使其可靠性低；本發(fā)明提供的攀爬助力控制方法無需用于方向檢測的傳感器，使系統(tǒng)方案更加簡單、故障點減少，且系統(tǒng)可靠性更高。
[0091 ] 在一個可實施的方式中，上述獲取單元320具體用于根據(jù)所述電機的當前電流向量和當前電壓向量，計算所述電機的當前功率因數(shù)角。
[0092]如圖4所示，本發(fā)明實施例提供的變頻器還包括第一計算單元410 ；
[0093]其中，上述第一計算單元410用于計算所述電機在所述正向旋轉磁場和反向旋轉磁場作用下的初始功率因數(shù)角。
[0094]具體地，上述第一計算單元410，用于在所述電機產(chǎn)生正向旋轉磁場時，根據(jù)所述電機的電流向量和電壓向量，計算所述靜止狀態(tài)電機的初始功率因數(shù)角，得到初始正向功率因數(shù)角；
[0095]和，上述第一計算單元410，用于在所述電機產(chǎn)生反向旋轉磁場時，根據(jù)所述電機的電流向量和電壓向量，計算所述靜止狀態(tài)電機的初始反向功率因數(shù)角。
[0096]在一個可實施的方式中，如圖5所示，上述確定單元330具體包括:
[0097]第二計算單元510，用于計算所述當前功率因數(shù)角與所述初始功率因數(shù)角的變化量;
[0098]第二判斷單元520，用于判斷所述第二計算單元計算得到的變化量是否大于或等于預設閥值；
[0099]第二確定單元530，用于在所述第二判斷單元判斷所述第二計算單元計算得到的變化量大于或等于預設閥值時，確定攀爬人員的運動方向為所述電機的當前旋轉磁場對應的運動方向。
[0100]進一步地,上述第二計算單元510具體用于,在所述電機的正向旋轉磁場期間，計算所述當前功率因數(shù)角與所述電機的初始正向功率因數(shù)角的變化量的變化量；或，在所述電機的反向旋轉磁場期間，計算所述當前功率因數(shù)角與所述電機的初始反向功率因數(shù)角的變化量。
[0101]在一個可實施的方式中，上述調節(jié)單元340具體用于，所述調節(jié)單元具體用于獲取力矩調節(jié)信號，以轉矩控制方式控制所述電機提供所述力矩調節(jié)信號對應的提升力矩。
[0102]在本發(fā)明實施例中，以轉矩控制方式控制電機提供提升力矩，是通過獲取外部輸入的力矩調節(jié)信號，控制電機提供力矩調節(jié)信號對應的提升力矩，那么在獲取到該力矩調節(jié)信號時，直至獲取到下一個輸入的力矩調節(jié)信號的期間內，所提供的提升力矩是固定的，提聞用戶體驗。
[0103]在一個實施例中，變頻器獲取力矩調節(jié)按鈕所指示的設定值，然后控制電機提供該設定值所指示的力矩。
[0104]可以理解的是，力矩調節(jié)按鈕可以設置于變頻器上或系統(tǒng)的其他控制設備上。用戶可以通過調節(jié)該力矩調節(jié)按鈕設定提升力矩，然后在變頻器檢測到攀爬人員的運動方向后，根據(jù)獲取到的力矩調節(jié)按鈕的設定值，控制電機提供相應的力矩。
[0105]如圖6所示，上述變頻器300還包括檢測單元600，用于在控制所述電機提供提升力矩的過程中，若檢測到所述電機的運行頻率小于或等于第一參考頻率，控制所述電機進入待機狀態(tài)；和/或，若檢測到所述電機的運行頻率大于或等于第二參考頻率，控制所述電機進入待機狀態(tài)，所述第二參考頻率大于第一參考頻率。
[0106]如圖7所示，本實施例還提供了一種攀爬助力控制系統(tǒng)700，包括上述變頻器300，以及所述變頻器300驅動的電機710。
[0107]在一個可實施的方式中，上述攀爬助力控制系統(tǒng)700還包括用于攀爬人員攀爬升降的攀爬裝置、第一導向輪、第二導向輪、線纜；
[0108]所述電機設置于所述攀爬裝置底部，所述第一導向輪固定在所述電機的轉軸上，所述第二導向輪設置于所述攀爬裝置頂部，所述第一導向輪與所述第二導向輪帶動線纜做上升或下降轉動；
[0109]在進行攀爬過程中，攀爬人員可以利用安全裝備可拆卸地固定于所述線纜上，從而依靠電機的提升力矩來進行省力攀爬。
[0110]其中，第一導向輪在電機的轉軸的帶動下轉動，并驅使線纜上升或下降，從而帶動第二導向輪相應地轉動。
[0111]本發(fā)明實施例中提供的攀爬裝置可以是爬梯或者是其它可以提供給攀爬人員進行攀爬的裝置，在此不作限定。
[0112]優(yōu)選地，上述線纜可以是鋼絲繩。
[0113]優(yōu)選地，攀爬人員可以通過卡扣將其安全裝備固定在線纜上。在變頻器處于待機狀態(tài)時，所述攀爬人員的運動會帶動線纜作相應地運動。
[0114]在一個具體應用場景中，上述攀爬助力控制系統(tǒng)可以是風塔助力梯系統(tǒng)，或者是其它攀爬助力系統(tǒng)。如圖8所示，300為變頻器，710為電機，810a為第一導向輪，810b為第二導向輪，820為助力梯，830為線纜，840為攀爬人員。在該風塔助力梯系統(tǒng)中，將變頻器300和電機710置于助力梯的底部，第一導向輪810a在助力梯820底部，第二導向輪810b在助力梯820頂部，電機710通過第一導向輪810a帶動線纜830上升或下降。
[0115]攀爬人員通過穿上安全裝備，通過可以通過卡扣固定在線纜830上。進而由電機710提供攀爬助力。其中，電機710三相定子繞組提供低頻交流電壓，變頻器300上設置有助力按鈕，通過助力按鈕調節(jié)助力功能處于有效和無效狀態(tài)，且在變頻器300上還設置有提升力矩的力矩調節(jié)按鈕，通過設置力矩調節(jié)按鈕設置力矩，進而在確定攀爬人員的運動方向后，變頻器300控制獲取調節(jié)按鈕的設定值，然后控制電機610提供該設定值對應的提升力矩。
[0116]當然，本發(fā)明實施例提供的攀爬助力控制系統(tǒng)具體可以是上述風塔助力梯系統(tǒng)，還可以是其它適合使用本發(fā)明攀爬助力控制裝置的場合，在此不作限定。
[0117]本發(fā)明實施例中變頻器控制電機的三相定子繞組產(chǎn)生了低頻交流電源，能夠使得電機在氣隙內產(chǎn)生交替作用的正向旋轉磁場和反向旋轉磁場，且此時電機處于靜止狀態(tài)，變頻器獲取電機在該正向旋轉磁場和反向旋轉磁場時的初始功率因數(shù)角，然后在交替的正向旋轉磁場和反向旋轉磁場中，實時獲取電機的當前功率因數(shù)角，然后根據(jù)當前功率因數(shù)角和初始功率因數(shù)角，確定攀爬人員的運動方向，從而控制電機調節(jié)提升力矩，從而可以控制電機提供相應的提升力矩，減少系統(tǒng)成本，且提聞用戶體驗感。
[0118]在上述實施例中，對各個實施例的描述都各有側重，某個實施例中沒有詳述的部分，可以參見其他實施例的相關描述。
[0119]所屬領域的技術人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，上述描述的系統(tǒng)，裝置和單元的具體工作過程，可以參考前述方法實施例中的對應過程，在此不再贅述。
[0120]在本申請所提供的幾個實施例中，應該理解到，所揭露的系統(tǒng)，裝置和方法，可以通過其它的方式實現(xiàn)。例如，以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，例如，所述單元的劃分，僅僅為一種邏輯功能劃分，實際實現(xiàn)時可以有另外的劃分方式，例如多個單元或組件可以結合或者可以集成到另一個系統(tǒng)，或一些特征可以忽略，或不執(zhí)行。另一點，所顯示或討論的相互之間的耦合或直接耦合或通信連接可以是通過一些接口，裝置或單元的間接耦合或通信連接，可以是電性，機械或其它的形式。
[0121]所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個地方，或者也可以分布到多個網(wǎng)絡單元上?？梢愿鶕?jù)實際的需要選擇其中的部分或者全部單元來實現(xiàn)本實施例方案的目的。
[0122]另外，在本發(fā)明各個實施例中的各功能單元可以集成在一個處理單元中，也可以是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個單元中。上述集成的單元既可以采用硬件的形式實現(xiàn)，也可以采用軟件功能單元的形式實現(xiàn)。
[0123]所述集成的單元如果以軟件功能單元的形式實現(xiàn)并作為獨立的產(chǎn)品銷售或使用時，可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質中?；谶@樣的理解，本發(fā)明的技術方案本質上或者說對現(xiàn)有技術做出貢獻的部分或者該技術方案的全部或部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該計算機軟件產(chǎn)品存儲在一個存儲介質中，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可以是個人計算機，服務器，或者網(wǎng)絡設備等)執(zhí)行本發(fā)明各個實施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質包括:U盤、移動硬盤、只讀存儲器(ROM，Read-OnlyMemory)、隨機存取存儲器(RAM, Random Access Memory)、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質。
[0124]以上對本發(fā)明所提供的一種攀爬助力控制方法、系統(tǒng)及變頻器進行了詳細介紹，對于本領域的一般技術人員，依據(jù)本發(fā)明實施例的思想，在【具體實施方式】及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發(fā)明的限制。
【權利要求】
1.一種攀爬助力控制方法，應用于攀爬助力控制系統(tǒng)，所述攀爬助力控制系統(tǒng)包括變頻器以及由所述變頻器驅動的電機，其特征在于，包括: 所述變頻器控制所述電機的三相定子繞組產(chǎn)生交流電壓，在所述電機氣隙內產(chǎn)生交替作用的正向旋轉磁場和反向旋轉磁場，且所述電機保持靜止狀態(tài)； 所述變頻器獲取所述電機在所述正向旋轉磁場和反向旋轉磁場作用下的初始功率因數(shù)角； 所述變頻器獲取所述電機的當前功率因數(shù)角； 所述變頻器根據(jù)所述當前功率因數(shù)角和所述初始功率因數(shù)角，確定攀爬人員的運動方向； 根據(jù)所述攀爬人員的運動方向，所述變頻器控制所述電機提供提升力矩。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述變頻器獲取所述電機在所述正向旋轉磁場和反向旋轉磁場作用下的初始功率因數(shù)角之前，所述方法還包括:計算所述電機在所述正向旋轉磁場和反向旋轉磁場作用下的初始功率因數(shù)角； 所述計算所述電機在所述正向旋轉磁場和反向旋轉磁場作用下的初始功率因數(shù)角具體包括: 在所述電機產(chǎn)生正向旋轉磁場時，所述變頻器根據(jù)所述電機的電流向量和電壓向量，計算所述靜止狀態(tài)電機的初始功率因數(shù)角，得到初始正向功率因數(shù)角； 和，在所述電機產(chǎn)生反向旋轉磁場時，所述變頻器根據(jù)所述電機的電流向量和電壓向量，計算所述靜止狀態(tài)電機的初始反向功率因數(shù)角。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述當前功率因數(shù)角和所述初始功率因數(shù)角，所述變頻器確定攀爬人員的運動方向包括: 所述變頻器計算所述當前功率因數(shù)角與初始功率因數(shù)角的變化量； 所述變頻器判斷所述變化量是否大于或等于預設閥值； 若是，所述變頻器確定攀爬人員的運動方向為所述電機的當前旋轉磁場對應的運動方向。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，所述變頻器計算所述當前功率因數(shù)角與初始功率因數(shù)角的變化量包括: 在所述電機的正向旋轉磁場作用期間，所述變頻器計算所述當前功率因數(shù)角與所述電機的初始正向功率因數(shù)角的變化量； 或，在所述電機的反向旋轉磁場作用期間，所述變頻器計算所述當前功率因數(shù)角與所述電機的初始反向功率因數(shù)角的變化量。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于， 所述根據(jù)所述攀爬人員的運動方向，所述變頻器控制所述電機調節(jié)提升力矩的方法包括: 所述變頻器獲取力矩調節(jié)信號，所述變頻器以轉矩控制方式控制所述電機提供所述力矩調節(jié)信號對應的提升力矩。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述變頻器控制所述電機提供提升力矩的過程中，所述方法還包括: 若檢測到所述電機的運行頻率小于或等于第一參考頻率，所述變頻器控制所述電機進入待機狀態(tài)； 和/或， 若檢測到所述電機的運行頻率大于或等于第二參考頻率，所述變頻器控制所述電機進入待機狀態(tài)，所述第二參考頻率大于第一參考頻率。
7.一種變頻器，所述變頻器用于驅動電機，其特征在于，包括: 控制單元，用于控制所述電機的三相定子繞組產(chǎn)生交流電壓，在所述電機氣隙內產(chǎn)生交替作用的正向旋轉磁場和反向旋轉磁場，且所述電機保持靜止狀態(tài)； 獲取單元，用于獲取所述電機在所述正向旋轉磁場和反向旋轉磁場作用下的初始功率因數(shù)角，并獲取所述電機的當前功率因數(shù)角； 確定單元，用于根據(jù)所述當前功率因數(shù)角和所述初始功率因數(shù)角，確定攀爬人員的運動方向； 調節(jié)單元，用于根據(jù)所述確定單元確定出的運動方向，控制所述電機提供提升力矩。
8.根據(jù)權利要求7所述的變頻器，其特征在于，所述變頻器還包括: 第一計算單元，用于計算所述電機在所述正向旋轉磁場和反向旋轉磁場作用下的初始功率因數(shù)角； 所述第一計算單元具體用于，在所述電機產(chǎn)生正向旋轉磁場時，根據(jù)所述電機的電流向量和電壓向量，計算所述靜止電機的初始功率因數(shù)角，得到初始正向功率因數(shù)角；和，用于在所述電機產(chǎn)生反向旋轉磁場時，根據(jù)所述電機的電流向量和電壓向量，計算所述電機的初始功率因數(shù)角，得到初始反向功率因數(shù)角。
9.根據(jù)權利要求7或8所述的變頻器，其特征在于，所述確定單元包括: 第二計算單元，用于計算所述當前功率因數(shù)角與所述初始功率因數(shù)角的變化量； 第二判斷單元，用于判斷所述第二計算單元計算得到的變化量是否大于或等于預設閥值； 第二確定單元，用于在所述第二判斷單元判斷所述第二計算單元計算得到的變化量大于或等于預設閥值時，確定攀爬人員的運動方向為所述電機的當前旋轉磁場對應的運動方向。
10.根據(jù)權利要求9所述的變頻器，其特征在于， 所述第二計算單元具體用于，在所述電機的正向旋轉磁場期間，計算所述當前功率因數(shù)角與所述電機的初始正向功率因數(shù)角的變化量；或，在所述電機的反向旋轉磁場期間，計算所述當前功率因數(shù)角與所述電機的初始反向功率因數(shù)角的變化量。
11.根據(jù)權利要求7所述的變頻器，其特征在于， 所述調節(jié)單元具體用于獲取力矩調節(jié)信號，以轉矩控制方式控制所述電機提供所述力矩調節(jié)信號對應的提升力矩。
12.根據(jù)權利要求7所述的變頻器，其特征在于， 所述變頻器還包括檢測單元，用于在控制所述電機提供提升力矩的過程中，若檢測到所述電機的運行頻率小于或等于第一參考頻率，控制所述電機進入待機狀態(tài)；和/或，若檢測到所述電機的運行頻率大于或等于第二參考頻率，控制所述電機進入待機狀態(tài)，所述第二參考頻率大于第一參考頻率。
13.—種攀爬助力控制系統(tǒng)，其特征在于，包括如權利要求7?12任一項所述的變頻器，以及所述變頻器驅動的電機。
14.根據(jù)權利要求13所述的攀爬助力控制系統(tǒng)，其特征在于，所述攀爬助力控制系統(tǒng)還包括:用于攀爬人員攀爬升降的攀爬裝置、第一導向輪、第二導向輪和線纜； 所述電機設置于所述攀爬裝置底部，所述第一導向輪固定在所述電機的轉軸上，所述第二導向輪設置于所述攀爬裝置頂部，所述第一導向輪與所述第二導向輪帶動線纜做上升或下降轉動； 所述攀爬人員的安全裝備可拆卸地固定于所述線纜上。
【文檔編號】H02P27/04GK104393818SQ201410764535
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年12月11日 優(yōu)先權日:2014年12月11日
【發(fā)明者】徐鐵柱, 石超 申請人:深圳市英威騰電氣股份有限公司