電梯控制系統(tǒng)的速度控制策略研究

孫建領(lǐng)

（南京科技職業(yè)學(xué)院 江蘇 南京 210048）

電梯控制系統(tǒng)的速度控制策略研究

孫建領(lǐng)

（南京科技職業(yè)學(xué)院 江蘇 南京 210048）

通過建立電梯運行速度曲線的數(shù)學(xué)模型，文章研究了根據(jù)設(shè)定時間參數(shù)與樓層間距自動生成的速度曲線，發(fā)現(xiàn)一種提高電梯運行時人在電梯廂的舒適感與運行效率的改進方法，結(jié)果表明除了控制電梯控制系統(tǒng)的運行速度外，為提高電梯啟動時的舒適感還需要在負載補償中應(yīng)用一種基于速度的控制技術(shù)。

數(shù)學(xué)模型；速度曲線；速度控制

1 速度模塊的設(shè)計原理

電梯主控制器采用了32位RISC芯片LPC2378作為微處理器。速度模擬量接口電路是由運算放大器TL084C構(gòu)成的，它本身就是一個同相比例放大電路，其輸入電壓信號DA_OUT來自于微處理器的D/A模擬通道輸出。LPC2378控制主芯片內(nèi)集成了一路10位的模擬量輸出通道，具有緩沖輸出鎖存器?？赏ㄟ^軟件編程設(shè)定相應(yīng)寄存器的值來確定LPC2378自帶的轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率和轉(zhuǎn)換功率，其最高轉(zhuǎn)換速率可達1 MHz。根據(jù)放大電路的基本知識可得速度模擬量的輸出電壓與輸入電壓之間的數(shù)學(xué)表達式如下。

負載補償模擬量輸出電路是一個由TL084C構(gòu)成的差分式減法放大電路，其輸入信號分別來自MAX515數(shù)模轉(zhuǎn)化器和MC1403電壓基準(zhǔn)芯片。MAX515內(nèi)部緩沖放大器其固定增益值為2，則該放大電路輸入輸出關(guān)系的數(shù)學(xué)表達式推導(dǎo)如下所示。

而本文DA電路中VREF值為2.5 V，所以經(jīng)MAX515放大后，輸出電壓最大為4.99 V，最小為0 V。

結(jié)合本文所提的差分式減法放大電路其輸入輸出數(shù)學(xué)表達式，再根據(jù)虛短和虛短原理有：

由以上3式得出如下表達式其中Vp和Vn分別是指TL084的同相輸入端電壓和其反相輸入端電壓，V1為MAX515的輸出電壓，V2為2.5 V的輸入電壓，Vo為輸出電壓。因為MAX515的輸出電壓DA_OUT2的變化范圍是0～5 V，所以輸出電壓Vo的變化范圍是-10～10 V，且兩者成線性比例關(guān)系。

2 電梯運行速度控制研究

電梯速度控制的原則是既要滿足電梯快速運行的要求，也要保證電梯運行時人在廂內(nèi)的舒適性?？傮w的控制流程是先通過主控制器通過變頻器，再由變頻器實現(xiàn)對電機的速度控制。

目前國內(nèi)大部分的電梯曳引機一般采用交軸電機，調(diào)速方式為VVVF。無論異步還是同步電機。電磁轉(zhuǎn)矩控制的關(guān)鍵是電流矢量的控制。本文將在下面的內(nèi)容中建立電動機矢量控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并對此加以分析。

（1）電壓方程。

上式中RS為定子電阻，Ld，Lq分別為等效兩相電子繞組d，q軸自感，Lmd為d軸定子與轉(zhuǎn)子繞組間的互感，If為轉(zhuǎn)子虛擬等效勵磁繞組的電流，Ψf為轉(zhuǎn)子磁鋼在定子繞組上的耦合磁鏈，ωm為機械角速度，ω為電角速度。

應(yīng)用常用控制策略id=0，cscφ=1，代入簡化得后面3式：

得出轉(zhuǎn)速結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 矢量控制轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)

3 橋廂加速度研究

加速度進入系統(tǒng)時只是一組數(shù)字，需要經(jīng)過相應(yīng)的處理，才能分析出數(shù)據(jù)，我們用到了快速傅里葉變換和低通濾波算法。

首先對現(xiàn)場回來的一組數(shù)據(jù)，經(jīng)過離散應(yīng)用FT，得到

再通過低通濾波器，過濾震動加速度，因為要求在其通帶頻率內(nèi)有最大平坦度，再考慮到實時性要求，這里本文選擇截止頻率10 Hz，采樣頻率512 kHz，2階的巴特沃茲濾波器。

4 速度控制的實現(xiàn)

按國標(biāo)GB/T 24474-2009規(guī)定，用數(shù)學(xué)表達式總結(jié)如下：

其中a代表加速度，ρ代表加加速度，本文采用S速度曲線作為電機的目標(biāo)速度軌跡，如圖2所示。

經(jīng)過計算可以獲得各個數(shù)據(jù)點的速度信息，在電機速度實現(xiàn)中，主控器生成速度曲線的數(shù)字量，D/A轉(zhuǎn)換后，傳遞給變頻器，通過變頻器來控制電機。在時，因為電機電磁轉(zhuǎn)矩與交軸電流成比例關(guān)系，所以就轉(zhuǎn)化為對電流的控制，電流的響應(yīng)速度很快，采用實時計算即可，主控器只需發(fā)送目標(biāo)速度信息。

以圖2的0—t3段為例，iq0為交軸電流。由于摩擦力等誤差的存在，轉(zhuǎn)化后的電流曲線和理想肯定有偏差，因此在電流曲線結(jié)束前加入速度環(huán)閉環(huán)控制。在段中，選取t3時刻的速度為目標(biāo)速度，提高此段速度環(huán)的比例系數(shù)，減少抖動，到t4時刻再減少比例系數(shù)，加強恒速控制的平穩(wěn)性。后面的減速階段與類似。圖3為電流環(huán)框圖。其中Uqlripple為電機和驅(qū)動引起的電壓擾動之和，Uqlcouple為電流環(huán)中耦合總量，Uqldecouple為環(huán)中解耦量綜合，理想狀態(tài)下Uqlcouple=Uqldecouple。

圖2 電機的目標(biāo)速度軌跡

圖3 電流環(huán)示意

5 結(jié)語

本文主要研究電梯控制系統(tǒng)中的速度控制策略，即如何在保證乘客舒適的情況下，提高電機運行性能。需要注意的是電梯拽引繩對加速度的影響隨著轎廂及對重物的運動，電機兩邊的拽引繩長度不斷地變化，電機受力情況也隨著改變，而繩索的重量與長度成正比，按照運行距離估算，對于繩索的補償力矩實施疊加在電流環(huán)的給定中，此外還需將繩索的轉(zhuǎn)動慣量疊加到系統(tǒng)中。

[1]BECKER A.Microcontroller based elevator system[C].30th International Spring Seminar, 2008：451-455.

[2]XIAOYUAN H, ZHENGYU L.A novel scaling method for sinusoidal quadrature encode[C].Wuhan：International Power Electronics and Motion Control Conference，2009：826-829.

[3]李時杰，李耀華，陳睿.背靠背變流系統(tǒng)中優(yōu)化前饋控制策略的研究[J].中國電機工程學(xué)報，2006（22）：74-79.

[4]高國賢，馬福軍.電梯正弦運行速度曲線的分析與設(shè)計[J].自動化技術(shù)及應(yīng)用，2007（26）：19-20.

[5]李時杰.基于Back-to-Back變流技術(shù)的調(diào)速系統(tǒng)的研究[D].北京：中國科學(xué)院電工研究所，2006.

Research on speed control strategy of elevator control system

Sun Jianling
（Nanjing Polytechnic Institute, Nanjing 210048, China）

Through the establishment of mathematical model of elevator running speed curve, this paper studies the speed curve automatically generated according to the set time parameters and fl oor space, an improved method for improving the comfort people in the elevator car and operation ef fi ciency when the elevator is running, the results showed that besides controlling the operation speed of elevator control system, in order to improve lift start comfort, a kind of control technology based on speed is also needed to applied in load compensation.

mathematical model; velocity curve; speed control

項目名稱：江蘇省“六大人才高峰”；項目編號：2014-wlw-011。

孫建領(lǐng)（1966— ），男，江蘇豐縣，碩士，研究員級高工，副教授；研究方向：電氣工程，高等職業(yè)技術(shù)教育。