CN100430308C

CN100430308C - 电梯控制装置

Info

Publication number: CN100430308C
Application number: CNB2004100628835A
Authority: CN
Inventors: 西尾哲哉
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Shanghai Electric Elevator Co Ltd
Priority date: 2004-03-08
Filing date: 2004-07-05
Publication date: 2008-11-05
Anticipated expiration: 2024-07-05
Also published as: KR100682220B1; KR20050090312A; CN1666946A; JP2005247574A

Abstract

本发明能获得一种可正确地测量并抑制电气控制盘产生的转矩脉动和永磁同步电动机的转矩脉动分量的电梯控制装置。根据转矩电流指令(Iq*)和用三相/两相交换器(11)对电流检测器(10)得到的反馈电流值进行变换的反馈转矩电流(Iq)之差、由编码器(4)及速度·位置信号处理器(12)检测出的电角度相位(θe)、及转矩电流指令(Iq2*)，利用脉动测量运算器(19)测量电气控制盘产生的转矩脉动。根据脉动测量运算器(19)得到的各频率分量的振幅及相位和转矩电流指令(Iq2*)，生成抑制表，脉动补偿值生成器(18)从抑制表推导出与转矩电流指令(Iq1*)对应的各频率分量的转矩脉动，算出转矩脉动(Iq**)，以相反相位与转矩电流指令(Iq1*)叠加，从而抑制电气控制盘产生的转矩脉动。

Description

电梯控制装置

技术领域

本发明涉及用变频器驱动连接曳引机的永磁同步电动机使轿厢升降的电梯控制装置，特别涉及控制永磁同步电动机(变频器)产生的转矩脉动的技术。

背景技术

对于现有的电梯控制装置曾提出过实时抑制转矩脉动的方案(例如参照专利文献1)。

但是，转矩脉动不只是由永磁同步电动机产生的，包括变频器在内的电气控制盘也会产生。

例如，由于短路防止时间的影响，变频器产生电角度基频6倍分量的转矩脉动。另外，由于为了使流过永磁同步电动机的电流反馈而各相使用的电流检测器的增益不平衡，也会产生基频2倍分量的转矩脉动。

在上所专利文献1所述的现有装置中，必须预先测量转矩脉冲制并形成作为参数，将和转矩指令一致的脉动部分和转矩指令值等叠加，为了抑制永磁同步电动机产生的转矩脉动，在现场将出厂的电气控制盘和永磁同步电动机组合，预先测量转矩脉动。

专利文献1特开2002-223582号公报

发明内容

现有的电梯控制装置因为在抑制转矩脉动时采用抑制参数，所以虽然要预先测量转矩脉动，但是在现场不测量转矩脉动，所以存在的问题是为了测量转矩脉动既要有设备又花时间。

另外的问题是，在现场如果是和与出厂的电气控制盘不同的电气控制盘组合测量转矩脉动，则电气控制盘产生的转矩脉动与永磁同步电动机产生的转矩脉动合成，不能正确地在现场测量出的厂的永磁同步电动机的转矩脉动。

再有的问题是，在该状态下，即使在现场抑制转矩脉动，但再次与位于现场的电气控制盘产生的转矩脉动部分合成，会有双重误差存在，不能正确地抑制转矩脉动。

本发明之目的在于获得一种能正确地测量并抑制转矩脉动的电梯控制装置。

本发明的电梯控制装置为一种驱动控制与曳引机连接的永磁同步电动机使轿厢升降的电梯控制装置，包括根据对轿厢的速度指令值及轿厢的速度反馈信号生成对永磁电动机的转矩指令值并控制轿厢速度的速度控制器；将流过永磁同步电动机的电流作为电流反馈信号进行反馈用的电流检测器；根据转矩指令值、速度反馈信号及电流反馈信号生成对于永磁同步电动机的电压粘合的电压控制器、响应电压指令并驱动永磁同步电动机的变频器；计算转矩指令值和电流反馈信号间的转矩差的转矩差运算器；根据转矩指令值、速度反馈信号及转矩差至少测量永磁同步电动机产生的转矩脉动的脉动测量运算器；根据转矩脉动算出与转矩指令值对应的脉动补偿值的脉动抑制运算器；及在所述轿厢以比通常运行时低的速度运行的脉动测量方式中将所述转矩指令值输入所述脉动测量运算器用的转矩指令切换器。

根据本发明能正确测量永磁同步电动机产生的转矩脉动。

附图说明

图1表示本发明实施形态1的电梯控制装置的方框构成图。

图2表示用CPU构成本发明实施形态1的电梯控制装置的方框构成图。

图3为表示本发明实施形态1的抑制表的说明图。

图4为表示本发明实施形态1的抑制表的说明图。

图5为表示本发明实施形态2的电梯控制装置的方框构成图。

标号说明

1轿厢、2对重、3电动机(永磁同步电动机)、4编码器、5称重装置、6速度控制器、7补偿器、8两相/三相变换器、9变频器、10电流检测器、11三相/两相变换器、12速度·位置信号处理器、13b减法器、13d、13q转矩差运算器、14、14A数据保存器、15傅里叶解析器、16脉动运算器、17抑制表生成器、18、18A脉动补偿值生成器、19、19A脉动测量运算器、20、20A脉动抑制运算器、21转矩变换器、22电流变换器、Id、Iq电流反馈信号、Iq’反馈转矩电流值、Id*、Iq*转矩电流指令(转矩指令值)、Iq**脉动补偿值、SW转矩指令切换器、θe电角度相位(速度反馈信号)、ωm角速度(速度反馈信号)。

具体实施方式

实施形态1

图1为表示本发明实施形态1的方框构成图，表示抑制包括变频器在内的电气控制盘产生的转矩脉动的电梯控制装置。

这里，表示只注重dq轴转矩电流指令Id*、Iq*中的q轴转矩电流指令Iq*的情形。

图1中，电梯控制装置包括与使轿厢1和对重2一起升降驱动的曳引机(未图示)连接的永磁同步电动机(以下简称为电动机)3、检测电动机3的转速的编码器4、及测量轿厢1的荷重We的称重装置5。

另外，图1的电梯控制装置包括控制轿厢1运行速度的速度控制器6、补偿dq轴方向转矩电流指令I q*及Id*(与转矩指令值对应)的补偿器7、从dq轴坐标变换为uvw轴的两相/三相变换器8、三相驱动电动机3用的变频器9、检测变频器9的三相输出电流的电流检测器10、从uvw轴坐标变换为dq轴的三相/两相变换器8、及处理编码器4来的检测信号并对电动机3的角速度ωm及变频器9的电角度相位θ进行运算的速度·位置信号处理器12。

另外，图1的电梯控制装置还包括计算第一转矩电流指令(以下简称为转矩电流指令)Iq1*和脉动补偿值Iq**之差的减法器13a、根据运行方式切换转矩电流指令Iq1*一侧和第二转矩电流指令(以下简称为转矩电流指令)的Iq2*一侧的转矩指令切换器SW、计算出dq轴的转矩电流指令和电流反馈信号Id及Iq之间的转矩差的转矩差运算器13d及13q、及计算转矩电流指令值和电流反馈信号Iq间的转矩差的转矩差运算器13q。

补偿器7、两相/三相变换器8、及差分运算器13d、13q构成对电动机3的电压控制器，根据转矩电流指令Iq*、Id*(转矩指令值)、电角度相位θe(速度反馈信号)、电流反馈信号Id、Iq生成对变频器9的控制信号(相当于对电动机3的电压指令)。

还有，转矩电流指令Iq1*为电梯通常运行时的转矩指令值。

另外，转矩电流指令Iq2*为转矩指令值，是在电梯设定为转矩脉动测量方式(第一运行方式)，以极低速(例如4[米/分]等)行驶的状态下，通过从图1的状态切换转矩指令切换器SW，从而输入脉动测量运算器19。

另外，图1的电梯控制装置还包括速度·位置信号处理器12、与转矩差运算器13q及转矩指令切换器SW相关并只在规定时间跟踪和保存与转矩电流指令Iq2*相关的数据的数据保存器14、对保存的数据作傅里叶解析的傅里叶解析器15、根据傅里叶解析的数据算出脉动的脉动运算器16、抑制脉动用的抑制表生成器17、及生成被抑制的脉动补偿值Iq**的脉动补偿值生成器18。

数据保存器14、傅里叶解析器15及脉动运算器16构成脉动测量运算器19。

另外，抑制表生成器17及脉动补偿值生成器18构成脉动抑制运算器20。

电梯的轿厢1通过主钢丝绳与对重2连接，同时吊在曳引轮(未图示)上。

利用永磁体做成一体的电动机3驱动曳引轮，通过这样轿厢1和对重2一起在井道(未图示)内升降运行。

称重装置5检测出轿厢1内的载荷We，输入速度控制器6。

速度·位置信号处理器12处理编码器4检测出的电动机3的速度信号(转速)，算出角速度ωm(实际速度)，反馈输入速度控制器6。另外。速度·位置信号处理器12根据电动机3的实际速度，计算变频器9的电角度相位θe，输入两相/三相变换器8、三相/两相变换器11、和数据保存器14。

速度控制器6取入电动机3的角速度ωm(速度信号)和轿厢1的荷重We，根据电动机3的角速度ωm(实际速度)和速度指令值间的速度偏差信号、和荷重We，计算dq轴的转矩电流指令I d*、Iq*(转矩指令值)。

q轴的转矩电流指令Iq*通过转矩指令切换器SW、减法器13a及转矩差运算器13q输入补偿器7，d轴的转矩电流指令Id*通过转矩差运算器13d输入补偿器7。

dq轴各转矩电流指令通过补偿器7输入两相/三相变换器8，形成三相(u、v、w轴)的控制信号，控制变频器9，通过这样旋转驱动电动机3。

供给电动机3的三相电流利用电流检测器10检测，通过三相/两相变换器11变成两相(dq轴)的电流反馈信号(反馈转矩电流指令)Id、Iq，分别反馈输入转矩差运算器13d、13q的减法端。

脉动测量运算器19取入速度控制器6的转矩电流指令Iq2*、来自转矩差运算器13q的差信号(＝Iq2*-Iq)、及变频器9的电角度相位θe，测量包括变频器9的电气控制盘在内所产生的转矩脉动。

但是，不能测量由于电流检测器10的影响所产生的转矩脉动分量。

图2为表示用CPU电路构成图1中的控制部(构成要素6～8及11～20)的方框图。

图2中，控制部由CPU30、ROM31、RAM32、输出电路33、A/D变换器34及编码器信号取入电路35构成。

ROM31及RAM32属于CPU30，输出电路33、A/D变换器34及编码器信号取入电路35接CPU30。

RAM32起到作为脉动测量运算器19内的数据保存器14的作用。

输出电路33输出控制变频器9的信号。

A/D变换器34取入电流检测器10来的信号(电动机3的各相电流)，编码器信号取入电路35取入来自编码器4的信号(电动机3的旋转信号)。

图3及图4为表示图1中抑制表生成器17的数据内容(抑制表)的说明图。

图3、图4中，横轴为转矩电流指令，正的转矩电流指令与电动机3动力运行状态对应，负的转矩电流指令与电动机3的再生状态对应。

图3中纵轴为检测信号(电流的振幅)，图4中纵轴为检测电流的相位，在各图中黑色圆点为测量值。

如图3及图4所示，电动机3的速度·位置信号要根据多个转矩电流指令进行测量。

以下，参照图2、图3及图4对图1示出的本发明实施形态1的电梯控制装置的具体处理动作进行说明。

再有，作为本发明实施形态1的处理，根据转矩指令切换器SW的切换状态有利用抑制表抑制电气控制盘系统的转矩脉动的通常运行处理(第一运行方式)、和生成抑制表用的测量处理(第二运行方式)。电梯轿厢1可按照第一及第二运行方式公用运行。

首先说明下述的处理，该处理是根据图中示出的状态切换转矩指令切换器SW，按照电气控制盘系统的转矩测量方式(第二运行方式)生成转矩电流指令Iq2*，并编制抑制表。

这时，转矩测量运算器19内，数据保持器14(图2中的RAM32)仅在规定时间内跟踪保存转矩电流指令Iq2*、转矩电流指令Iq2*和电流反馈信号(反馈转矩电流指令)Iq间的转矩差(＝Iq2*-Iq)、及电角度相位θe。

另外，傅里叶解析器15采用数据保存器14内保存的数据中的转矩差(＝Iq2*-Iq)及电角度相位θe进行傅里叶解析。

还有，脉动计算器16根据傅里叶解析结果，计算出电动机3的速度信号有关的各种频率分量的振幅及相位。

在该脉动测量方式中，如前所述，将转矩指令切换器SW根据图中示出的状态切换，有关转矩电流指令Iq2*的数据输入脉动测量运算器19。

另外，在使电动机3(曳引机)以极低速(4[米/分])旋转，极力抑制机械系统的脉动影响后，利用电流反馈信号Iq，计算包括转矩电流指令Iq2*在内的脉动。

由此，在脉冲抑制运算器20内的抑制表生成器17中编制出如图3及图4所示的表。

即抑制表生成器17根据由脉动运算器16得到的各频率分量的振幅及相位、和转矩电流指令Iq2*，生成具有转矩电流指令Iq2*和振幅间的关系(图3)、以及转矩电流指令Iq2*和相位间的关系(图4)的抑制表。

上述中，仅对构成抑制表的第一运行方式的处理进行了说明，在转矩指令切换开关SW切换成图1状态的通常运行时(第一运行方式)，采用脉动抑制运算器20内的抑制表，就能如以下所述那样，抑制电气控制盘系统发生的转矩脉动。

即，脉动补偿值生成器18参照通常运行时的转矩电流指令Iq1*和抑制表，从抑制表推导出与通常运行时的转矩电流指令Iq1*对应的各频率分量的转矩脉动。根据下式(1)算出脉动补偿值Iq**。

Iq**＝R1(1)×COS[1×θe+φ1(1)]+…

+R1(N)×COS(N×θe+φ1(N))…(1)

式1中，R1(N)表示电角度基频的N倍分量的振幅值，φ1(N)表示电角度基频的N倍分量的相位。

然后，脉动补偿值生成器18向减法器13a的减法端反馈输入利用式(1)算出的脉动补偿值Iq**，通过这样以相反相位与转矩电流指令Iq1*叠加。

这样，通过用相反相位(负极性)将用脉动抑制运算器20算出的脉动补偿值Iq**与转矩电流指令Iq*叠加，从而能抑制电气控制盘产生的转矩脉动。

另外，在抑制电气控制盘产生的转矩脉动的状态下，在脉动测量运算器19中测量转矩脉动，从而能正确地只算出电动机3产生的转矩脉动。

这里，关于具体转矩脉动的详细测量方法不再说明，例如可参见特开2001-309687号公报。

如上所述，图1内的脉动测量运算器19根据转矩电流指令Iq2*(转矩指令值)、转矩指令值和电流反馈信号Iq间的转矩差(＝Iq2*-Iq)、及电角度相位θe(速度反馈信号)测量转矩脉动。

另外，脉动抑制运算器20根据测得的转矩脉动，分别将转矩和振幅的关系(图3)、转矩和相位的关系(图4)制成表，通过根据表算出转矩指令值对应的转矩脉动，从而能抑制电气控制盘系统(变频器9)产生的转矩脉动。

因此，通过正确地测量并抑制电气控制盘产生的转矩脉动，从而能正确地测量电动机3产生的转矩脉动。

另外，因在消除电气控制盘产生的转矩脉动分量的状态下，能正确地测量并抑制电动机3的转矩脉动分量，所以即使测量电动机3的转矩脉动时用的电气控制盘和现场用的电气控制盘不同，依旧能正确地抑制转矩脉动。

其结果，即使在驱动电梯的电动机3的转矩发生脉动时，仍能改善乘用电梯的感受。

再有，即使预先未测量转矩脉动，因为能在现场测量转矩脉动，所以不需要转矩脉动测量设备，也能降低成本。

实施形态2

还有，上述实施形态1中是只抑制了电气控制盘系统的转矩脉动，但是也可以不仅抑制电气控制盘系统的转矩脉动，还能抑制包括电动机3的转矩脉动在内的转矩脉动。

以下，对能抑制电气控制盘系统及电动机3的转矩脉动的本发明实施形态2的处理进行说明。

图5为表示本发明实施形态2的电梯控制装置的方框构成图，对于与前述(参照图1)相同的部分附注和前述相同的标号，或另在标号后再加注「A」，其说明从略。

图5中，脉动测量运算器19A将来自速度控制器6的转矩电流指令Iq2*、来自三相/两相变换器11的电流反馈信号Iq、来自速度·位置信号处理器12的角速度ωm及电角度相位θe作为输入信号而取入。

脉动测量运算器19A除了前述的要素14A、15、16外，还包括对角速度ωm乘以惯性增益Js而变换成转矩值的转矩变换器21、对变换后的转矩值乘以电流增益而变换成反馈转矩电流Id’的电流变换器22、及从转矩电流指令Iq2*减去电流反馈信号(反馈转矩电流指令)Iq及反馈转矩电流Id’的减法器13b。

脉动测量运算器19A根据转矩电流指令Iq2*、电流反馈信号Iq、角速度ωm及电角度相位θe，测量电动机3产生的转矩脉动。

这时，脉动测量运算器19A内的数据保存器14A除了前述的转矩电流指令Iq2*及电角度相位θe外，还取入来自减法器13b的转矩差信号。

另外，脉动抑制运算器20A内的脉动补偿值生成器18A参照各表(图3、图4)算出与转矩指令值对应的脉动补偿值Iq**，使其抑制只由电动机3产生的转矩脉动的振幅及相位。

以下，说明图5示出的本发明实施形态2的电梯控制装置的具体处理动作。

首先，脉动测量运算器19A内的转矩变换器21及电流变换器22对电动机3的角速度ωm乘以惯性增益Js及电流增益，计算反馈转矩电流值Iq’。

接着，减法器13b从转矩电流指令Iq2*减去电流反馈信号(反馈转矩电流)Iq，再算出减去反馈转矩电流值Iq’后的转矩差(＝Iq2*-Iq-Iq’)，将其输入数据保存器14A。

数据保存器14A在规定时间内将来自减法器13b的转矩差、转矩电流指令Iq2*、及电角度相位θe保存在数据保存器14A中。

此后，和前述一样，傅里叶解析器15采用数据保存器14A内保存数据只的转矩差(＝Iq2*-Iq-Iq’)及电角度相位θe，进行傅里叶解析，脉动运算器16算出各频率分量的振幅及相位，输入抑制表生成器17。

这样，通过采用再引入根据角速度ωm的反馈转矩电流值Iq’的转矩差(＝Iq2*-Iq-Iq’)，从而能在包括电气控制盘产生的转矩脉动的状态下测量电动机3的转矩脉动，能生成抑制表。

因此，在采用转矩脉动测量值的脉动抑制运行方式中，能正确抑制电动机3产生的转矩脉动分量。

还有，转矩脉动的具体抑制方法同前述的实施形态1。

另外，图5中，是采用来自速度·位置信号处理器12的角速度ωm计算反馈转矩电流值Iq’，但也可以利用机械角相位θm计算反馈转矩电流值Iq’(反馈转矩)。

这时，速度·位置信号处理器12计算电动机3的机械角相位θm，输入脉动测量运算器19A，脉动测量运算器19A对机械角相位θm进行两次微分得角加速度后，乘以惯量J算出反馈转矩，再乘以电流增益算出反馈转矩电流值Iq’。

如上所述，图5的脉动测量运算器19A根据转矩电流指令Iq2*(转矩指令值)、电流反馈信号Iq、及由角速度ωm(速度反馈信号)算出的反馈转矩电流值Iq’测量转矩脉动。

另外，脉动抑制运算器20A利用测得的转矩脉动，分别将转矩和振幅间的关系(图3)、转矩和相位间的关系(图4)做成表，根据该表算出与转矩指令值对应的转矩脉动，抑制仅由电动机3产生的转矩脉动。

其结果和前述一样，能正确测量电动机3产生的转矩脉动，即使测量电动机3的转矩脉动时用的电气控制盘和现场用的电气控制盘不同，也能正确抑制转矩脉动，改善电梯的乘用感受，同时不需要转矩脉动测量设备等，能够实现降低成本。

Claims

1.一种电梯控制装置，驱动控制连接曳引机的永磁同步电动机并使轿厢升降，其特征在于，包括

根据对所述轿厢的速度指令值及所述轿厢来的速度反馈信号生成对所述永磁同步电动机的转矩指令值并控制所述轿厢速度的速度控制器；

将流过所述永磁同步电动机的电流反馈作为电流反馈信号用的电流检测器；

根据所述转矩指令值、所述速度反馈信号及所述电流反馈信号生成对所述永磁同步电动机的电压指令的电压控制器；

响应所述电压指令并驱动所述永磁同步电动机的变频器；

计算出所述转矩指令值和所述电流反馈信号间的转矩差的转矩差运算器；

根据所述转矩指令值、所述速度反馈信号及所述转矩差至少测量所述永磁同步电动机产生的转矩脉动的脉动测量运算器；

根据所述转矩脉动算出与所述转矩指令值对应的补偿值的脉动抑制运算器；及

在所述轿厢以比通常运行时低的速度运行的脉动测量方式中将所述转矩指令值输入所述脉动测量运算器用的转矩指令切换器。

2.如权利要求1所述的电梯控制装置，其特征在于，

所述脉动测量运算器包括数据保存器、傅里叶解析器及脉动运算器，所述数据保存器仅在规定时间跟踪并保存通过所述转矩指令切换器输入的转矩指令值及有关所述脉动测量方式的输入数据，

所述傅里叶解析器对保存在所述数据保存器中的数据进行傅里叶解析，

所述脉动运算器根据所述傅里叶解析器解析后的数据计算出所述转矩脉动。

3.如权利要求1或2所述的电梯控制装置，其特征在于，

所述脉动抑制运算器包括抑制表生成器及脉动补偿值生成器，

所述抑制表生成器生成将所述永磁同步电动机产生的转矩和所述转矩脉动的振幅间的关系制成表的第一表、及将所述转矩和所述转矩脉动的相位间关系制成表的第二表，

所述脉动补偿值生成器参照所述第一及第二表计算出与所述转矩指令值对应的脉动补偿值，使其能抑制所述转矩脉动的振幅及相位。

4.一种电梯控制装置，驱动控制与曳引机连接的永磁同步电动机并使轿厢升降，其特征在于，包括

根据对所述轿厢的速度指令值及所述轿厢来的速度反馈信号生成对所述永磁同步电动机的转矩指令值的速度控制器；

将流过所述永磁同步电动机的电流反馈作为所述电流反馈信号用的电流检测器；

根据所述转矩指令值、所述速度反馈信号及所述永磁同步电动机的电流反馈信号生成对所述永磁同步电动机的电压指令的电压控制器；

根据所述电压指令驱动所述永磁同步电动机的变频器；

根据所述电流反馈信号及所述速度反馈信号计算反馈转矩、同时根据所述转矩指令值及所述反馈转矩至少测量所述永磁同步电动机产生的转矩脉动的脉动测量运算器；

根据所述转矩脉动算出与所述转矩指令值对应的脉动补偿值的脉动抑制运算器；及

5.如权利要求4所述的电梯控制装置，其特征在于，

所述脉动测量运算器包括数据保存器、傅里叶解析器、脉动运算器、转矩变换器、电流变换器及减法器，

所述转矩变换器对所述速度反馈信号乘以惯性增益而变换成转矩值，

所述电流变换器对所述转矩值乘以电流增益而变换成反馈转矩电流，

所述减法器从所述转矩指令值减去所述电流反馈信号及所述反馈转矩而计算出转矩差，

所述数据保存器仅在规定时间跟踪并保存所述转矩差、通过所述转矩指令切换器输入的转矩指令值、及与所述脉动测量方式有关的输入数据，

所述傅里叶解析器对数据保存器内保存的数据进行傅里叶解析，

所述脉动运算器根据所述傅里叶解析器解析后的数据算出所述转矩脉动。

6.如权利要求4或5所述的电梯控制装置，其特征在于，

所述抑制表生成器生成将所述永磁同步电动机产生的转矩和所述转矩脉动的振幅间的关系制成表的第一表及将所述转矩和所述转矩脉动的相位间的关系制成表的第二表，

所述脉动补偿值生成器参照所述第一、第二表，算出与所述转矩指令值对应的脉动补偿值，使其抑制只由所述永磁同步电动机产生的转矩脉动的振幅及相位。