電梯關(guān)鍵技術(shù)診斷方法研究

竇巖 郭蘭中 李云波 季宇飛

摘 要：電梯的安全性關(guān)系著人的生命安全，不能讓其帶著故障運行；電梯是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，從電梯運行采集數(shù)據(jù)往往存在非線性，尋找一個能解決問題又能有效處理非線性系統(tǒng)的故障診斷和預(yù)測方法是電梯診斷方法的關(guān)鍵技術(shù)。利用支持向量機技術(shù)在電梯控制系統(tǒng)預(yù)判的特點是簡單的結(jié)構(gòu)卻具有泛化能力較高、靈活性較高、超強的信息處理能力、高維度數(shù)據(jù)處理能力，并簡化復(fù)雜低維度。

關(guān)鍵詞：電梯 診斷方法 關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號：TU857 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）01（a）-0-02

電梯是一個復(fù)雜的機電系統(tǒng)，系統(tǒng)的運行過程中會呈現(xiàn)明顯的非線性、時變性和不確定性，因此系統(tǒng)的故障存在模糊性、傳播性、放射性和相關(guān)性等特征，難以精確建模，給基于模型的故障診斷方法帶來挑戰(zhàn)。另一方面，電梯運行過程中以及維修時產(chǎn)生了大量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)中蘊含了電梯的運行機理和狀態(tài)的信息。如何將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)分析，為電梯設(shè)備性能監(jiān)控、視情維護(hù)維修等提供決策依據(jù)，對于提高電梯的安全性、可靠性具有重要的意義。利用電梯數(shù)據(jù)對電梯故障進(jìn)行診斷的本質(zhì)就是對電梯性能參數(shù)進(jìn)行分類和預(yù)測，而支持向量機在分類和數(shù)據(jù)的預(yù)測領(lǐng)域已經(jīng)表現(xiàn)出良好的表現(xiàn)。

支持向量機控制是非線性控制的一個分支，與傳統(tǒng)的控制區(qū)別為支持向量機并非系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，通過學(xué)習(xí)完成控制器設(shè)計，支持向量機為基于控制系統(tǒng)的輸入-輸出映射。控制器設(shè)計并不是針對模型進(jìn)行的，控制器是一種結(jié)構(gòu)比較特殊的非線性控制器。

1 基于支持向量機的建模

受電梯運行環(huán)境、傳感器測量噪聲等影響，運行數(shù)據(jù)中往往包含隨機噪聲，使得運行數(shù)據(jù)具有隨機性。在建模時需要考慮到隨機噪聲的影響，如圖1所示。

2 基于支持向量機的電梯電流模型預(yù)測控制

模型預(yù)測控制采用各類不同電流預(yù)測模型為基礎(chǔ)，使用在線滾動優(yōu)化指標(biāo)和電梯電流反饋自校正策略，努力有效地克服被控制對象的時變、時滯、不確定等因素影響，可以根據(jù)參考軌跡輸入，達(dá)到預(yù)期想要的達(dá)到的控制目標(biāo)，使得目標(biāo)電梯控制系統(tǒng)具有很好地穩(wěn)定性和魯棒性。

當(dāng)下時刻，利用已經(jīng)發(fā)生和即將發(fā)生的電梯電流電壓的輸入/輸出信息，根據(jù)電梯電流預(yù)測模型預(yù)測將要發(fā)生的電流電壓的輸出狀態(tài)，在電梯電流反饋校正后再與參考輸入輸出電流電壓做比較，對滾動時域下的目標(biāo)電流數(shù)學(xué)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，可以得到當(dāng)下時刻控制作用，完成整個電梯控制循環(huán)。利用支持向量機建立電梯控制系統(tǒng)的預(yù)測模型，即可構(gòu)成基于支持向量機的MPC電梯控制系統(tǒng)。

3 基于支持向量機的電梯電流模型算法控制

模型算法控制采用易于測取的脈沖響應(yīng)特性來建立系統(tǒng)動態(tài)模型，其特點具有簡單算法、小計算量、強魯棒性等。MAC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由電梯控制系統(tǒng)參考輸入電梯電流參考軌跡、滾動優(yōu)化、預(yù)測電梯電流模型和預(yù)測電梯輸出反饋校正4個部分組成。

利用支持向量機技術(shù)在電梯控制系統(tǒng)預(yù)判的特點是簡單的結(jié)構(gòu)卻具有泛化能力較高，靈活性較高，超強地信息處理能力，高維度數(shù)據(jù)處理能力，并簡化復(fù)雜低維度。支持向量機的運算復(fù)雜程度與維數(shù)沒有直接關(guān)系，為以防止出現(xiàn)維數(shù)災(zāi)難；支持向量機技術(shù)在進(jìn)行控制系統(tǒng)的優(yōu)化時，實現(xiàn)獲得唯一的極小值，此技術(shù)具有良好的學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)速度。

在電梯控制系統(tǒng)中，可以通過余度技術(shù)提高控制系統(tǒng)的可靠性，但由于控制系統(tǒng)的余度配置對于電梯執(zhí)行機構(gòu)和門機故障造成的危害不起到容錯作用。電梯曳引機的工作環(huán)境比較復(fù)雜、比較惡劣，經(jīng)常會遇到電磁干擾，電梯運行過程中經(jīng)常會夾雜著很多的各類噪聲，故電梯所使用傳感器采樣信號中會有噪聲存在。采樣信號夾雜大量噪聲會使數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜度增強，嚴(yán)重影響狀態(tài)模式識別的準(zhǔn)確性，需要自修復(fù)電梯控制系統(tǒng)解決這一問題。

4 基于支持向量機的電梯自修復(fù)控制系統(tǒng)研究

關(guān)鍵技術(shù)主要有：電梯故障檢測與隔離、對電梯執(zhí)行機構(gòu)及時提供故障信息、將電梯故障部位進(jìn)行有效隔離、切斷電梯故障部分對整個電梯控制系統(tǒng)的影響；自主維護(hù)診斷系統(tǒng)，利用信息對電梯故障進(jìn)行準(zhǔn)確定位和記錄，減輕檢修人員的負(fù)擔(dān)，提供運行效率。

由于電梯運行所處的工作環(huán)境比較差，結(jié)構(gòu)較精密，電梯的任何故障都肯能導(dǎo)致電梯控制系統(tǒng)所需要的信號錯誤，對于運行性能有所影響，電梯運行的可靠性是電梯控制系統(tǒng)需要解決的關(guān)鍵問題之一。

5 結(jié)語

電梯電流在各類干擾作用下對于電梯故障預(yù)測與控制有重要意義，其大小將影響電梯的運行效率和人身安全；首先需要建立電流與某一類干擾的數(shù)學(xué)模型，然后系統(tǒng)說明了支持向量機電梯電流模型算法的原理，最后采用支持向量機進(jìn)行電梯故障的預(yù)測仿真。

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