基于速度曲線的高壓舊電纜回收裝置精準(zhǔn)控制策略研究

鄭飛勇，胡向紅，潘明珠，王華昕，黃 兆

（1.紹興大明電力建設(shè)有限公司，浙江 紹興 312000；2.上海電力大學(xué) 電氣工程學(xué)院，上海 200090）

0 引言

目前，110 kV 及以上高壓電纜逐漸成為城市電力電網(wǎng)建設(shè)中的重要組成部分。在電纜敷設(shè)技術(shù)領(lǐng)域中，電纜敷設(shè)方法通常有3 種：為人力敷設(shè)、機(jī)械敷設(shè)及人力和機(jī)械混合敷設(shè)[1]。由于高壓電力電纜有大截面、長(zhǎng)距離及質(zhì)量重等特點(diǎn)，一般都采用人力和機(jī)械混合敷設(shè)方法，但總體工作效率并不高。電纜敷設(shè)與回收存在著對(duì)稱關(guān)系，電纜回收技術(shù)也能采用電纜敷設(shè)相同的技術(shù)。但是回收是收的過(guò)程，牽引力由大變?。环笤O(shè)是放的過(guò)程，牽引力由小變大。而現(xiàn)在的電纜回收技術(shù)并不成熟，在回收過(guò)程中容易造成電纜損傷，導(dǎo)致電纜不能二次利用。本文針對(duì)110 kV及以上高壓舊電纜，自主研發(fā)了一套高壓舊電纜自動(dòng)化回收裝置。電纜回收速度可在裝置中進(jìn)行在線調(diào)整，回收方法由粗放方式轉(zhuǎn)為精準(zhǔn)控制。

在電力工程施工中，高壓電力電纜敷設(shè)的恒速控制大概在6～9 m/min，不宜超過(guò)15 m/min[2]。此速度范圍是靠現(xiàn)場(chǎng)施工人員的經(jīng)驗(yàn)得出，高壓舊電纜回收可采用相似的速度控制。但在復(fù)雜的回收?qǐng)鼍跋禄厥针娎|時(shí)，恒速回收電纜并不合理，在直線回收?qǐng)鼍半A段希望回收速度稍快一點(diǎn)，斜坡和水平轉(zhuǎn)彎階段希望回收速度稍慢一點(diǎn)。針對(duì)上述問(wèn)題，可以對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行加減速控制，達(dá)到變速回收高壓舊電纜的目的，并且合理地對(duì)電機(jī)進(jìn)行加減速控制可以有效地避免機(jī)械受到柔性沖擊，延長(zhǎng)系統(tǒng)使用壽命，提高生產(chǎn)效率。國(guó)內(nèi)外的學(xué)者對(duì)加減速控制的研究領(lǐng)域大致在步進(jìn)電機(jī)、電梯運(yùn)行和列車(chē)行駛方面。步進(jìn)電機(jī)因其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)被廣泛地應(yīng)用在自動(dòng)化領(lǐng)域[3]。文獻(xiàn)[4]針對(duì)傳統(tǒng)七段S 曲線分段較多的問(wèn)題，提出了一種新的加減速控制方法，將傳統(tǒng)的S 曲線劃分為5 個(gè)階段，并通過(guò)仿真表明了新的控制方法可提高系統(tǒng)的柔性。步進(jìn)電機(jī)在運(yùn)行中容易受到柔性沖擊，為了減小沖擊程度，提高其運(yùn)行穩(wěn)定性，文獻(xiàn)[5]針對(duì)兩相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，按照其機(jī)械、電氣特性及正弦細(xì)分驅(qū)動(dòng)原理，將電流細(xì)分驅(qū)動(dòng)與正弦加速度S 曲線相結(jié)合。文獻(xiàn)[6]針對(duì)步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，分別研究了加減速運(yùn)行曲線和傳動(dòng)剛度對(duì)其運(yùn)動(dòng)情況的影響，目的是為了在開(kāi)環(huán)情況下，優(yōu)化步進(jìn)電機(jī)的控制。

電梯調(diào)速控制主要是對(duì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制[7-8]，研究并合理選擇電梯速度運(yùn)行控制曲線，對(duì)提高電梯運(yùn)行質(zhì)量具有重要意義。文獻(xiàn)[9]為了提高電梯的運(yùn)行品質(zhì)，提出了新型正弦電梯運(yùn)行控制曲線，能夠明顯改善電梯的運(yùn)行效果。文獻(xiàn)[10]在電梯運(yùn)行中綜合考慮了乘客舒適度與候梯時(shí)間，而且能保證乘客舒適平穩(wěn)的且在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到指定樓層，因此在設(shè)計(jì)電梯速度曲線時(shí)根據(jù)電梯的運(yùn)行特點(diǎn)與性能采用了拋物線型的電梯速度曲線。列車(chē)可按照多種速度曲線運(yùn)行達(dá)到自動(dòng)駕駛的目的，但會(huì)導(dǎo)致在站間的牽引能耗不同，故許多研究者對(duì)其速度曲線優(yōu)化問(wèn)題較為關(guān)注[11-12]。在列車(chē)自動(dòng)運(yùn)行方面，文獻(xiàn)[13]采用了遺傳算法對(duì)列車(chē)自動(dòng)運(yùn)行速度曲線進(jìn)行優(yōu)化，提高了列車(chē)自動(dòng)運(yùn)行的安全性、舒適性。文獻(xiàn)[14]采用了粒子群算法，對(duì)控制列車(chē)的速度運(yùn)行曲線進(jìn)行優(yōu)化，提高了控制曲線的平滑性，避免列車(chē)多次加減速切換，降低了其能耗，提高了乘客的舒適度。不同的速度曲線有不同的特點(diǎn)，常用的3 種曲線有梯形、拋物線形和S 形。本文提出將3 種常用速度運(yùn)行曲線應(yīng)用在高壓舊電纜回收常見(jiàn)場(chǎng)景中，搭建回收?qǐng)鼍澳Ｐ?，研究合理控制策略，并開(kāi)展了回收裝置試驗(yàn)工作。

1 高壓舊電纜回收裝置

根據(jù)回收?qǐng)鼍艾F(xiàn)場(chǎng)工況施工要求，回收裝置的工作原理及高壓舊電纜自動(dòng)化回收控制理念，提出了高壓舊電纜自動(dòng)化回收裝置的初步設(shè)計(jì)，并應(yīng)用Solidworks 軟件創(chuàng)建出裝置的三維實(shí)體模型，如圖1 所示。

圖1 高壓舊電纜自動(dòng)化回收裝置系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

高壓舊電纜自動(dòng)化回收裝置系統(tǒng)主要由圖1中5 個(gè)部分組成，分別為自動(dòng)收/放線架、DCS-3電纜輸送機(jī)、液壓升降平臺(tái)、橋架及總控柜。總控柜內(nèi)置PLC（可編程邏輯控制器）伺服系統(tǒng)、觸摸屏、電器元件、牽引力傳感器模塊及記米傳感器模塊，用于控制伺服永磁同步電機(jī)及收集牽引力等參數(shù)，隨時(shí)監(jiān)視每個(gè)部件運(yùn)行狀況，并顯示于觸摸屏上；總控柜設(shè)有緊急停止按鈕，一旦現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)緊急狀況和故障情況，此條線可全部強(qiáng)制停止。

2 回收過(guò)程中電纜牽引力特性

在實(shí)際的電纜線路中，有簡(jiǎn)單的，也有復(fù)雜的路徑。對(duì)于較復(fù)雜路徑的電纜線路，其牽引力的計(jì)算通常是將整條路徑分成幾段分別計(jì)算，然后將各段路徑的牽引力進(jìn)行相加，即可得到整條電纜線路總的牽引力。表1 為各段牽引力計(jì)算公式。比較常見(jiàn)的敷設(shè)場(chǎng)景有水平直線場(chǎng)景、水平轉(zhuǎn)彎和斜坡加直線場(chǎng)景，如圖2 所示。電纜回收牽引力的計(jì)算過(guò)程與敷設(shè)牽引力的計(jì)算過(guò)程剛好相反，但是總的牽引力計(jì)算過(guò)程是一樣的。

表1 各個(gè)階段常見(jiàn)場(chǎng)景的牽引力表達(dá)式

圖2 場(chǎng)景示意

以典型直線加轉(zhuǎn)彎場(chǎng)景為例做牽引力特性分析?；厥站嚯x為347.2 m，摩擦系數(shù)μ 為0.2，電纜單位W 為12.352 kg/m。牽引負(fù)荷特性曲線如圖3 所示。

圖3 水平彎曲場(chǎng)景牽引力變化曲線

從圖3 可以看出，總的牽引力大小與水平距離的長(zhǎng)度成正比的關(guān)系，由最大的電纜牽引力就可以確定敷設(shè)或者回收距離，敷設(shè)過(guò)程的牽引力和回收過(guò)程的牽引力剛好對(duì)稱?；厥者^(guò)程中初始時(shí)刻牽引力最大，末始時(shí)刻最?。幌缕禄厥諣恳π?，上坡回收牽引力大。因此回收過(guò)程中起初過(guò)程中速度不一定要求恒速控制，按照一定的速度曲線運(yùn)行對(duì)電纜的保護(hù)比較好。

3 自動(dòng)化回收流程

根據(jù)高壓舊電纜變速控制的要求，提出了高壓舊電纜自動(dòng)化回收流程，如圖4 所示。

圖4 高壓舊電纜自動(dòng)化回收控制流程

在整個(gè)回收高壓舊電纜過(guò)程中，首先需要確定回收?qǐng)鼍邦?lèi)型，常見(jiàn)的階段回收?qǐng)鼍坝兄本€、斜坡、水平轉(zhuǎn)彎，而簡(jiǎn)單和復(fù)雜的回收?qǐng)鼍邦?lèi)型是階段回收?qǐng)鼍敖M合而成。其次，把每一段的回收?qǐng)鼍疤卣鲾?shù)據(jù)輸入到PLC 伺服系統(tǒng)中，回收?qǐng)鼍疤卣鲾?shù)據(jù)包括階段場(chǎng)景的長(zhǎng)度、傾斜角、轉(zhuǎn)彎半徑、轉(zhuǎn)彎圓心角等。然后PLC 伺服系統(tǒng)能夠判定數(shù)據(jù)是否輸入成功，若輸入成功，則進(jìn)行下一步，PLC 伺服系統(tǒng)可以根據(jù)不同的場(chǎng)景類(lèi)型選擇不同的速度運(yùn)行控制曲線，最后按照速度曲線進(jìn)行自動(dòng)化回收電纜，直至結(jié)束。若輸入不成功，則需要檢查回收裝置，排除故障后，再重新輸入。

4 基于速度曲線的控制策略

4.1 伺服系統(tǒng)控制模型

高壓舊電纜自動(dòng)化回收是通過(guò)PLC 控制PMSM（伺服永磁同步電機(jī)）運(yùn)行來(lái)實(shí)現(xiàn)的，控制策略如圖5 所示?？刂葡到y(tǒng)由內(nèi)外環(huán)構(gòu)成，外環(huán)是單純的速度運(yùn)行控制曲線指令，內(nèi)環(huán)采用的是矢量控制，是PMSM 常用的控制方法[15]。在電機(jī)矢量控制中，電流控制方法主要有5 種，分別為：id=0 控制、最大轉(zhuǎn)矩控制、弱磁控制、cosφ=1控制及最大效率控制等[16]。本文中高壓舊電纜回收裝置屬于小容量調(diào)速系統(tǒng)，伺服永磁同步電機(jī)選用id=0 的矢量控制方法。

圖5 基于伺服永磁同步電機(jī)的PLC 伺服系統(tǒng)控制策略

控制系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)是基于電流解耦控制的永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)的控制過(guò)程為：用設(shè)定的轉(zhuǎn)速指令與電機(jī)當(dāng)前的轉(zhuǎn)速相比較，通過(guò)速度環(huán)的PI 控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)，得到q 軸電流iq的指令值iqref。與此同時(shí)設(shè)定d 軸電流iqref=0，對(duì)永磁同步電機(jī)三相繞組中的電流進(jìn)行檢測(cè)，三相電流再通過(guò)clark 和park 坐標(biāo)變換，得到d 和q 軸上的電流id和iq，將其同給定的d 和q 軸電流相比較，通過(guò)各自的PI 控制器得到d 和q 軸上的電壓和再結(jié)合解耦控制器的輸出得到d和q 軸的電壓指令udref和uqref。

運(yùn)動(dòng)方程為：

狀態(tài)方程為：

式中：p 為微分算子；J 為伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子以及系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；TL為伺服電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩；np為伺服電機(jī)的極對(duì)數(shù)。

4.2 常用速度運(yùn)行控制曲線

4.2.1 梯形速度曲線數(shù)學(xué)模型

典型的梯形速度運(yùn)行曲線如圖6 所示，由3個(gè)過(guò)程組成，分別為勻加速、勻速、勻減速。加速度為常數(shù)，x 軸是時(shí)間t，y 軸是速度v 和對(duì)應(yīng)的加速度a。

圖6 梯形曲線

速度公式如下：

式中：v0為初速度；vmax為末速度；amax為加速度。

梯形速度運(yùn)行曲線算法實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，但整體速度不夠平滑，加速度在曲線分段銜接處不連續(xù)變化，存在階躍，對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制時(shí)可能會(huì)給電機(jī)造成柔性沖擊。

4.2.2 拋物線形速度曲線

拋物線運(yùn)行速度曲線如圖7 所示，由減加速、勻速、加減速3 個(gè)過(guò)程組成，加速度變化率為常數(shù)。

圖7 拋物線形曲線

速度公式如下：

式中：v0為初速度；a0為初加速度；ρ 為加速度變化率。

拋物線形速度曲線整體相對(duì)平滑，對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制時(shí)可使電機(jī)加速快，但在曲線的起點(diǎn)和終點(diǎn)加速度較大，一定程度上可能對(duì)電機(jī)造成柔性沖擊，對(duì)于升降速率要求較高的場(chǎng)景，此曲線較適合。

4.2.3 S 形速度曲線數(shù)學(xué)模型

S 形曲線如圖8 所示，分別由加加速、減加速、勻速、加減速、減減速5 個(gè)過(guò)程組成。其速度及位移數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

圖8 S 形曲線

速度公式如下：

式中：ρ 為加速度變化率；v0為初速度。

S 形速度曲線相對(duì)比較平滑且運(yùn)動(dòng)精度高，在對(duì)電機(jī)進(jìn)行加減速控制過(guò)程中，曲線上任何一點(diǎn)的加速度都是連續(xù)變化的，并不產(chǎn)生任何突變，可避免對(duì)電機(jī)造成柔性沖擊，但由于曲線階段較多，故實(shí)現(xiàn)過(guò)程較復(fù)雜。

5 回收?qǐng)鼍胺抡娣治?/h2>

5.1 場(chǎng)景等效

在MATLAB/Simulink 仿真軟件平臺(tái)中搭建了伺服永磁同步電機(jī)矢量控制模型，進(jìn)行常見(jiàn)回收?qǐng)鼍跋碌母邏号f電纜回收模擬仿真，電機(jī)的參數(shù)如表2 所示。根據(jù)電纜盤(pán)和電機(jī)之間的轉(zhuǎn)速比q 和裝置傳動(dòng)的總效率η，再通過(guò)實(shí)際回收?qǐng)鼍暗臓恳 可以計(jì)算出系統(tǒng)中電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩T，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

表2 伺服永磁同步電機(jī)主要參數(shù)

式中：n 為電機(jī)轉(zhuǎn)速；R 為電纜盤(pán)半徑；V 為電纜回收速度。

由式（6）可知，電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與牽引力成線性關(guān)系，與轉(zhuǎn)速比成反比。由于實(shí)際回收?qǐng)鼍翱傞L(zhǎng)度較長(zhǎng)，電纜回收速度范圍為0～9 m/min，導(dǎo)致實(shí)際回收?qǐng)鼍胺抡婺M時(shí)間在數(shù)10 min 之內(nèi)，而在仿真軟件平臺(tái)中仿真時(shí)間以秒為單位，實(shí)際仿真過(guò)程中時(shí)間會(huì)更長(zhǎng)，這并不合理，故必須采用等效試驗(yàn)的方法，將回收?qǐng)鼍斑M(jìn)行等效，模擬各種實(shí)際回收?qǐng)鼍皬?fù)雜的應(yīng)力環(huán)境[17]。本文將實(shí)際回收?qǐng)鼍斑M(jìn)行了等效，把場(chǎng)景總長(zhǎng)度縮小了1 000 倍，仿真時(shí)間相應(yīng)地縮小了，但是為了使實(shí)際場(chǎng)景下的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與模擬環(huán)境中的保持一致，在轉(zhuǎn)速比不變的情況下，則需要保持實(shí)際回收?qǐng)鼍跋碌臓恳εc模擬環(huán)境中的一樣，故在模擬環(huán)境中計(jì)算牽引力時(shí)，時(shí)間需要乘以100 倍的系數(shù)。

5.2 場(chǎng)景仿真分析

本文設(shè)計(jì)了3 種轉(zhuǎn)速運(yùn)行控制曲線模型仿真對(duì)比分析，并假設(shè)場(chǎng)景正方向?yàn)閺淖蟮接摇?/p>

5.2.1 直線場(chǎng)景

在直線場(chǎng)景下，從不同的方向牽引高壓舊電纜，總的牽引力不會(huì)發(fā)生變化，所以可從正方向回收電纜或者從反方向牽引電纜。本場(chǎng)景總長(zhǎng)度為342 m，按照給定的梯形轉(zhuǎn)速運(yùn)行曲線進(jìn)行反方向回收高壓舊電纜模擬仿真，仿真結(jié)果如圖9所示。

圖9 直線場(chǎng)景下梯形運(yùn)行曲線控制電機(jī)仿真結(jié)果

由圖9 仿真結(jié)果可知，電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速出現(xiàn)負(fù)值，大約為25 r/min，相對(duì)較小，可能是仿真過(guò)程中系統(tǒng)迭代所產(chǎn)生的誤差，不會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成影響，并且在實(shí)際中不會(huì)出現(xiàn)電機(jī)反轉(zhuǎn)的情況。電機(jī)啟動(dòng)后能夠按照梯形轉(zhuǎn)速運(yùn)行曲線工作，在0～1 s 電機(jī)勻加速，加速度為960 r/min2，1 s 時(shí)到達(dá)最大額定轉(zhuǎn)速，在1～2.42 s 電機(jī)以最大額定轉(zhuǎn)速勻速運(yùn)行，2.42 s 時(shí)電機(jī)開(kāi)始減速，在2.42～3.42 s 電機(jī)勻減速運(yùn)行，加速度為960 r/min2，最后停下。電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩在速度分段銜接處產(chǎn)生了突變，可能會(huì)給電機(jī)帶來(lái)柔性沖擊。然而電機(jī)在啟動(dòng)和停止時(shí)相對(duì)于電機(jī)恒速運(yùn)行時(shí)更加穩(wěn)定。

5.2.2 直線+斜坡×1 場(chǎng)景

按照給定的拋物線形轉(zhuǎn)速運(yùn)行曲線進(jìn)行反方向回收高壓舊電纜模擬仿真，仿真結(jié)果如圖10所示。

圖10 直線+斜坡場(chǎng)景下拋物線曲線控制系統(tǒng)仿真結(jié)果

由圖10 仿真結(jié)果可知，電機(jī)啟動(dòng)之后能按照拋物線形轉(zhuǎn)速運(yùn)行曲線進(jìn)行工作，在0～1 s 內(nèi)電機(jī)減加速運(yùn)行，初速度為0，初加速度值1 440 r/min2，加速度變化率為960 r/min3，1 s 時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)了最大額定轉(zhuǎn)速，然后慢慢到達(dá)最大額定轉(zhuǎn)速，隨后以最大額定轉(zhuǎn)速勻速運(yùn)行，2.42 s 時(shí)電機(jī)開(kāi)始加減速運(yùn)行，3.42 s 時(shí)停止運(yùn)行。相對(duì)于梯形轉(zhuǎn)速運(yùn)行曲線，電機(jī)在拋物線形轉(zhuǎn)速運(yùn)行曲線下的電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩在速度分段銜接處更加平穩(wěn)一點(diǎn)，不會(huì)產(chǎn)生較大突變，但是也可能會(huì)給電機(jī)帶來(lái)柔性沖擊。

5.2.3 直線+90°轉(zhuǎn)彎×2 場(chǎng)景

按照給定的3 種轉(zhuǎn)速運(yùn)行控制曲線進(jìn)行正方向回收高壓舊電纜模擬仿真，為了增加其對(duì)比性，把加速、減速及勻速運(yùn)行時(shí)間設(shè)為相同，仿真過(guò)程時(shí)間如表3 所示，仿真對(duì)比結(jié)果如圖11所示。

表3 3 種轉(zhuǎn)速運(yùn)行控制曲線控制電機(jī)加減速過(guò)程時(shí)間

圖11 直線+轉(zhuǎn)彎場(chǎng)景下3 種運(yùn)行控制曲線對(duì)比仿真結(jié)果

由圖11 的仿真結(jié)果可知，對(duì)比3 種運(yùn)行控制曲線升降速策略下的電機(jī)運(yùn)動(dòng)位置輸出曲線，拋物線形速度運(yùn)行控制曲線具有加速與減速快的特點(diǎn)，輸出轉(zhuǎn)角最大，而S 曲線和梯形曲線下電機(jī)運(yùn)動(dòng)位置相當(dāng)，加減速效率一般高。在1.5 s 時(shí)都開(kāi)始做勻速運(yùn)行，是一個(gè)轉(zhuǎn)速變化的銜接點(diǎn)，3.472 s 時(shí)停止運(yùn)行。在梯形運(yùn)行曲線仿真結(jié)果中，在轉(zhuǎn)速變化銜接處，電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩、定子繞組三相電流都會(huì)發(fā)生小突變，可能會(huì)給電機(jī)帶來(lái)柔性沖擊；拋物線形運(yùn)行曲線與S 形運(yùn)行曲線相比，S 形轉(zhuǎn)速運(yùn)行曲線下電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩在直線場(chǎng)景部分有S 形運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，說(shuō)明電機(jī)能輸出平穩(wěn)的電磁轉(zhuǎn)矩，而且定子繞組三相電流密度在電機(jī)啟動(dòng)及停止時(shí)比在拋物線形轉(zhuǎn)速運(yùn)行曲線下稀疏，說(shuō)明在啟動(dòng)和停止過(guò)程中比較穩(wěn)定，故可以選擇S 形運(yùn)行曲線來(lái)自動(dòng)回收高壓舊電纜。

6 裝置試驗(yàn)

依據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)高壓舊電纜回收裝置系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)組裝，如圖12 所示，模擬直線加斜坡再加轉(zhuǎn)彎場(chǎng)景（如圖13 所示）開(kāi)展裝置測(cè)試。在試驗(yàn)過(guò)程中采用直徑大小為3 m、電壓等級(jí)為110 kV 的電纜盤(pán)；回收舊電纜的總長(zhǎng)度為35 m，電壓等級(jí)為380 V。

圖12 回收裝置系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)組裝場(chǎng)景

圖13 斜坡+直線+水平轉(zhuǎn)彎場(chǎng)景

為了保證試驗(yàn)過(guò)程的安全性，在試驗(yàn)安全范圍內(nèi)分別測(cè)得電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，電纜的回收速度為9 m/min，6 m/min，3 m/min 牽引力變化波形，并記錄好相應(yīng)數(shù)據(jù)。試驗(yàn)是在直線+斜坡+轉(zhuǎn)彎場(chǎng)景下進(jìn)行的，給定電機(jī)合適的轉(zhuǎn)速讓電纜盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)舊電纜被拉緊回收，等待幾秒穩(wěn)定后，立即紀(jì)錄此時(shí)的牽引力大小、示波器輸出牽引力變化波形及變頻器輸出電流波形，然后使電機(jī)反轉(zhuǎn)，同時(shí)舊電纜逐漸被釋放，記錄牽引力變化波形。

（1）電機(jī)轉(zhuǎn)速為529.4 r/min，電纜回收速度為9 m/min 時(shí)，牽引力變化波形見(jiàn)圖14。

圖14 電纜回收速度為9 m/min 時(shí)牽引力變化波形

（2）電纜回收速度為6 m/min，電機(jī)轉(zhuǎn)速為352.9 r/min 時(shí)，牽引力變化波形見(jiàn)圖15。

圖15 電纜回收速度為6 m/min 時(shí)牽引力變化波形

（3）電纜回收速度為3 m/min，電機(jī)轉(zhuǎn)速為176.5 r/min 時(shí)，牽引力變化波形見(jiàn)圖16。

圖16 電纜回收速度為3 m/min 時(shí)牽引力變化波形

由圖14—16 可知，不同的電纜回收速度，牽引力的變化幅度不同，電纜回收速度越大，牽引力的變化幅度也越大，達(dá)到牽引力峰值的時(shí)間越短，此過(guò)程中牽引力的峰值在210～230 N，同時(shí)表明了在實(shí)際的高壓舊電纜回收過(guò)程中，選擇合適的回收速度至關(guān)重要。當(dāng)電纜在進(jìn)行釋放時(shí)，此時(shí)的牽引力從最大值處迅速減小，當(dāng)完全釋放后，牽引力回到最低值。

7 結(jié)語(yǔ)

回收過(guò)程中牽引力的特性是從大到小，對(duì)電纜回收裝置的速度控制提出要求。本文提出了一種用速度運(yùn)行控制曲線控制伺服永磁同步電機(jī)的方法。模擬多種場(chǎng)景分析控制策略有效性。仿真結(jié)果表明在啟停過(guò)程中電機(jī)按照轉(zhuǎn)速曲線運(yùn)行時(shí)相對(duì)于電機(jī)恒速運(yùn)行時(shí)更加穩(wěn)定；梯形、拋物線形轉(zhuǎn)速運(yùn)行控制曲線可能會(huì)給電機(jī)帶來(lái)柔性沖擊，適用于簡(jiǎn)單的高壓舊電纜回收?qǐng)鼍?；S 形轉(zhuǎn)速運(yùn)行控制曲線相對(duì)平滑，不會(huì)給電機(jī)帶來(lái)柔性沖擊，也不容易造成電機(jī)故障，適用于復(fù)雜的高壓舊電纜回收?qǐng)鼍啊Ｍㄟ^(guò)回收裝置的現(xiàn)場(chǎng)型式試驗(yàn)測(cè)試，驗(yàn)證了控制策略可以有效地抑制電纜啟動(dòng)時(shí)牽引力的突變，避免安全事故的發(fā)生，為電纜回收的安全施工奠定了基礎(chǔ)。