萬東45型胃腸床起臥運(yùn)行速度曲線的修定

劉曉軍 郭永平 徐月萍 高建全 張春潮 葉 踐 王 魏

1 萬東45型胃腸床起臥運(yùn)行曲線參數(shù)設(shè)計(jì)

1.1 萬東45型胃腸床起臥運(yùn)行特性

萬東45型 胃腸床在起臥運(yùn)行過程中需要頻繁啟動(dòng)與制動(dòng)，而且負(fù)荷隨著角度的變化而變化，通常對其有如下技術(shù)要求：①具有間斷重復(fù)工作、變速、啟動(dòng)頻繁及正反轉(zhuǎn)工作等運(yùn)動(dòng)特征；②滿負(fù)荷啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流盡量小，避免過大電流對電機(jī)繞組的沖擊；③啟動(dòng)力矩足夠大，能滿足重載負(fù)荷啟動(dòng)、加速的要求；④機(jī)械特性較硬，當(dāng)45胃腸床載重變化時(shí)，其運(yùn)行速度不會(huì)產(chǎn)生劇烈變化；⑤具有較低的振動(dòng)、噪聲和較高的傳動(dòng)效率。

1.2 萬東45型胃腸床起臥運(yùn)行速度曲線

根據(jù)不同的機(jī)械負(fù)載，啟動(dòng)過程的要求不同，除了控制加速時(shí)間以外，還應(yīng)通過加速方式的設(shè)置，對不同時(shí)段的加速度進(jìn)行控制。通常啟動(dòng)有3種方式：①線性方式，即在加速過程中，速度與時(shí)間成線性上升；②S形方式，即在開始階段和結(jié)束階段，加速的過程比較緩慢；在中間階段，按線性方式加速；③半S形方式，即加速過程呈半S形。從人體對速度的感受來講，不宜采用線性方式啟動(dòng)，因?yàn)橥蝗坏乃俣茸兓梭w會(huì)感覺不適，另外,如果速度變化過快，電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速會(huì)跟不上同步轉(zhuǎn)速的上升，結(jié)果使轉(zhuǎn)差增大，加速電流增大，甚至有可能超過上限值，損壞電機(jī)。因此，萬東45型胃腸床的起臥采用了非線性方式啟動(dòng)[5]。

理想的萬東45型胃腸床起臥速度曲線應(yīng)設(shè)計(jì)成為拋物線形狀，啟動(dòng)時(shí)緩慢加速運(yùn)行，然后平滑地過渡到穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)，如圖1所示。圖1為萬東45型胃腸床起臥速度運(yùn)行曲線，其中加速斜率b1，減速斜率b2決定了整個(gè)速度曲線的緩急，K1為穩(wěn)速段速度值。胃腸床每次啟動(dòng)前會(huì)根據(jù)換速距離確定對應(yīng)的穩(wěn)速段速度K1，胃腸床床臺(tái)由靜止開始緩慢加速，以加速度變化率P1由靜止緩慢過渡到加速運(yùn)行狀態(tài)，以加速度b1持續(xù)加速，當(dāng)將要達(dá)到最高速度時(shí)，以加速度變化率P2平滑過渡到勻速狀態(tài)，運(yùn)行一定時(shí)間后再以加速度變化率P3進(jìn)入減速階段，以加速度b2減速運(yùn)行，最后以加速度變化率P4過渡到停止?fàn)顟B(tài)。

圖1 萬東45型胃腸床起臥給定速度曲線

1.3 萬東45型胃腸床起臥加速度曲線

由于床臺(tái)減速過程就是加速過程的逆變化，在加減速參數(shù)設(shè)置相同時(shí)，曲線形狀是完全對稱的，因此僅討論萬東45型胃腸床床臺(tái)的加速過程即可。對于速度曲線的加速段而言，在t1時(shí)間段內(nèi)，是變加速運(yùn)動(dòng)，加速度斜率為P1，加速度是不斷變化的；在t2時(shí)間段內(nèi)，是勻加速運(yùn)動(dòng)，加速度斜率為0，加速度為b1；在t3時(shí)間段內(nèi)，是變加速運(yùn)動(dòng)，加速度斜率為P2，加速度是不斷變化的。由此加速度a的曲線如圖2所示。

圖2 萬東45型胃腸床起臥加速度曲線

2 萬東45型胃腸床起臥運(yùn)行控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

交流異步電動(dòng)機(jī)是給萬東45型胃腸床床臺(tái)提供動(dòng)力的來源，使用的變頻器是通用變頻器，采用的控制方式為U/F控制方式。U/F控制方式是指在變頻調(diào)速過程中為了保持主磁通的恒定，而使U/F=常數(shù)的控制方式。在系統(tǒng)中，通過控制輸出電壓和輸出頻率，使穩(wěn)態(tài)情況下磁通近似恒定，從而得到不同轉(zhuǎn)速下的穩(wěn)定運(yùn)行，這是通用變頻器的基本控制方式。因?yàn)檫@種控制只與一種變量的幅值有關(guān)系，因此又稱為標(biāo)量控制。U/F控制變頻器結(jié)構(gòu)非常簡單，但是這種變頻器采用開環(huán)控制方式，不能達(dá)到較高的控制性能，而且在低頻時(shí)必須進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，以改變低頻轉(zhuǎn)矩特性。在U/F控制方式下，由于輸出頻率較低時(shí)輸出電壓下降，定子繞組電流減小而導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩不足，提高變頻器的輸出電壓即可補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩不足。不同的工作場合對變頻器的輸出轉(zhuǎn)矩要求不同，因此需要轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償。

表1 初始DELTA變頻器參數(shù)設(shè)定值及其相應(yīng)定義

根據(jù)上述分析，對萬東45型胃腸床起臥運(yùn)行控制系統(tǒng)的補(bǔ)償如下：

(1)在額定電壓和基本頻率下,線性補(bǔ)償—啟動(dòng)電壓從0提升到最大值的20%，通過步進(jìn)的方法設(shè)置。

(2)在額定電壓和基本頻率下,分段補(bǔ)償—啟動(dòng)過程中分段補(bǔ)償，有正補(bǔ)償、負(fù)補(bǔ)償兩種：①正補(bǔ)償：補(bǔ)償曲線在標(biāo)準(zhǔn)曲線U/F曲線的上方，適用于高轉(zhuǎn)矩起動(dòng)運(yùn)行的場合；②負(fù)補(bǔ)償：補(bǔ)償曲線在標(biāo)準(zhǔn)曲線U/F曲線的下方，適用于低轉(zhuǎn)矩起動(dòng)運(yùn)行的場合。

(3)平方率補(bǔ)償,補(bǔ)償曲線為拋物線，低頻時(shí)在標(biāo)準(zhǔn)曲線U/F曲線的下方，高頻時(shí)在標(biāo)準(zhǔn)曲線U/F曲線的上方，多用于風(fēng)機(jī)負(fù)載的補(bǔ)償。

3 萬東45型胃腸床起臥運(yùn)行曲線參數(shù)優(yōu)化實(shí)例分析

萬東45型胃腸床床臺(tái)從0～90o向上運(yùn)動(dòng)過程中，有時(shí)出現(xiàn)在中間角度位置停下，再次啟動(dòng)時(shí)會(huì)頻繁出現(xiàn)電機(jī)無法正常帶動(dòng)胃腸床臺(tái)運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。通過實(shí)際檢測，床臺(tái)從90～0o運(yùn)行，測得的電壓峰峰值為520 mV，對應(yīng)的電流有效值為5.2÷2÷=1.84 A，在此情況下胃腸床能正常的運(yùn)行。當(dāng)床臺(tái)從0o啟動(dòng)向90o運(yùn)行、且中間位置不停、連續(xù)運(yùn)動(dòng)直到90o時(shí)，剛啟動(dòng)時(shí)所需要的力較大，因此電流的輸出較大，電壓峰峰值達(dá)到了1020 mV，換算成額定電流為10.2÷2÷=3.6 A,在此情況下胃腸床能正常的運(yùn)行，待穩(wěn)定運(yùn)行后，電壓峰峰值降低到800 mV，此時(shí)的額定電流為8÷2÷=2.82 A；床臺(tái)從中間位置約為45o附近啟動(dòng)，此時(shí)承受的力最大，需要輸出更高的輸出功率，此時(shí)測到的電壓峰峰值為1580 mV,換算成電流即為15.8÷2÷=5.58 A,此時(shí)電機(jī)無法帶動(dòng)胃腸床正常啟動(dòng)，并且此時(shí)變頻器提示過流報(bào)錯(cuò)。

根據(jù)上述分析，通過正補(bǔ)償處理可以解決此問題，補(bǔ)償后的曲線在標(biāo)準(zhǔn)曲線U/F曲線的上方，適用于高轉(zhuǎn)矩起動(dòng)運(yùn)行的場合,見表1。

由此繪制出的V/F曲線如圖3所示：

經(jīng)過分析設(shè)置新的參數(shù)見表2：

新的V/F曲線如圖4所示：

圖3 初始V/F曲線

圖4 修正后V/F曲線

表2 修正后DELTA變頻器參數(shù)設(shè)定值及其相應(yīng)定義

新參數(shù)重點(diǎn)修正了電機(jī)的V/F曲線，提升了電機(jī)的最低輸出頻率和電壓以及中間頻率和中間電壓，其意義在于增加了電機(jī)電壓提升的斜率，使得電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)就能得到較高的頻率和電壓，當(dāng)頻率上升到中間位置時(shí)，此時(shí)獲得的電壓則更大，使得電機(jī)的輸出功率增大，從而帶動(dòng)胃腸床旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的正常運(yùn)行。

4 結(jié)論

根據(jù)萬東45型胃腸床起臥工作原理，給出床臺(tái)起臥曲線的運(yùn)動(dòng)形式，分析及探討了萬東45型胃腸床床臺(tái)的特定運(yùn)行速度曲線，并分析了萬東45型胃腸床實(shí)際應(yīng)用中存在的問題，提出了切實(shí)可行的解決辦法，給出了相應(yīng)的曲線補(bǔ)償，確定了運(yùn)行參數(shù)變量。

分析研究結(jié)果表明，萬東45型胃腸床之所以無法正常起臥是因?yàn)樵O(shè)置的最低輸出電壓和中間位置電壓不足，造成了電機(jī)輸出功率不足以帶動(dòng)胃腸床的起臥運(yùn)動(dòng)，此時(shí)為了增大功率，電流被迫不斷增大而導(dǎo)致過流的情況出現(xiàn)，經(jīng)過修正，增大了變頻器的最低電壓和中間電壓，使得電壓的上升曲線斜率大大增強(qiáng)，從而使得電壓在中間位置能上升到足以提供胃腸床旋轉(zhuǎn)所需的功率，并能保證此時(shí)在額定電流下便可正常運(yùn)行，而且胃腸床的運(yùn)動(dòng)速度和啟動(dòng)時(shí)間也能得到保證。在此模式下,經(jīng)過200余次的帶人試驗(yàn)，胃腸床的起臥運(yùn)動(dòng)一切正常，驗(yàn)證了此種修正方案的正確性和可行性。

[1]陳曉麗,楊胡坤,蘇穎,等.直線電機(jī)抽油機(jī)運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].石油礦場機(jī)械,2009,38(9):46-49.

[2]姜民政,王建萍,鄭雪鋒,等.直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)抽油機(jī)的研究[J].石油礦場機(jī)械,2006,35(1):38-41.

[3]李立毅,吳紅星,寇寶泉,等.直接驅(qū)動(dòng)直線電磁抽油機(jī)系統(tǒng)的研究及試驗(yàn)[J].石油學(xué)報(bào),2003,24(5):88-92.

[4]肖文生,周小稀,谷玉洪,等.直線電機(jī)抽油機(jī)與游梁式抽油機(jī)性能對比[J].石油礦場機(jī)械,2006,35(5): 80-83.

[5]張俊武,王新,金寶彬,等.同步電動(dòng)機(jī)變頻啟動(dòng)控制系統(tǒng)[J].控制工程,2002,9(5):92-93.

[6]楊耕,羅應(yīng)力.電機(jī)與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2006:3.

[7]朱海云.同步電機(jī)的調(diào)頻同步啟動(dòng)[J].中國設(shè)備工程,2007(4):37.

[8]胡隆堯,明平戰(zhàn).島津BSX-50ACPAS胃腸機(jī)診斷床電路檢修一則[J].臨床放射學(xué)雜志,2010,29(6):808.

[9]申春華.島津ZS-5XP診斷床維修一例[J].醫(yī)療裝備,2005,18(10):8-9.

[10]馮云福,譚寧,張雷,等.電壓波動(dòng)造成TOSHIBA DFW-10B型X線機(jī)的故障與分析[J].中國醫(yī)學(xué)裝備,2006,3(5):47-48.

[11]王明書,徐志榮.CT床臺(tái)引起的系統(tǒng)故障快速檢修[C].大連:中華醫(yī)學(xué)會(huì)醫(yī)學(xué)工程學(xué)分會(huì)第一次醫(yī)學(xué)影像設(shè)備應(yīng)用技術(shù)研討會(huì)論文集,1999.

[12]燕芳,任曉穎.Ewb仿真實(shí)驗(yàn)在電路原理教學(xué)中的應(yīng)用[C].北京:全國第十三屆自動(dòng)化應(yīng)用技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集,2008.