CN102324890A - 电梯门机开关门到位转矩控制方法及电梯门机装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电梯门机开关门到位转矩控制方法，包括如下步骤：计算电机的同步频率f，并将所述同步频率f积分得到坐标变换角度θ；计算M-T旋转坐标系下与预期转矩对应的M轴电压Um；计算M-T旋转坐标系下与预期转矩对应的T轴电压Ut；根据所述T轴电压Ut、M轴电压Um以及坐标变换角度θ进行PARK反变换得到两相静止坐标下的电压；将两相静止坐标下的电压经过空间矢量脉冲宽度调制得到6路驱动信号；所述6路驱动信号经过智能功率模块后输出到电机获得预期转矩。上述的转矩控制方法可根据需要随意调整电机转矩，因此可以在门机关门保持和开门保持时控制电机的发热量。另外由于是开环控制，不需要矢量控制类的编码器，因此结构简单。

Description

电梯门机开关门到位转矩控制方法及电梯门机装置

【技术领域】

本发明涉及电梯门机领域，尤其是涉及一种电梯门机开关门到位转矩控制方法。

【背景技术】

在电梯门机领域，电机一般没有专门的散热装置，因此电机的散热效果很差，尤其当门机处于开关门到位、电机堵转运行时，电机散热效果更差。电机发热是一个很严重的问题，轻者影响电机性能，严重地可以将电机烧坏。而影响电机发热的一个主要因素是电机电流大小，电机电流大小除了与负载有关外，与所用的门机变频器也有很大关系。

电梯门机所采用的变频器绝大多数为VVVF(Variable Voltage VariableFrequency，可变电压可变频率)变频器，这种变频器只控制电机电压，对电流没有限制。当开关门到位状态时，VVVF门机变频器由于没有对电流进行解耦控制，在低频时，为了克服定子电阻的影响，一般通过手动转矩提升的方法人为的增加输出电压。然而由于电压增加，频率不变，输出电流会增加，电机的发热量随之增加。

电梯门机采用的另外一部分变频器为矢量控制类型门机专用，虽然能够对电流进行控制，但矢量控制门机专用变频器需要由编码器配合组成闭环控制。矢量控制类型门机专用变频器需要外接编码器信号，然而编码器增加了系统的成本，同时也成为系统的一个故障点。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种能够减少电机发热量且系统结构简单的电梯门机开关门到位转矩控制方法。

一种电梯门机开关门到位转矩控制方法，包括如下步骤：计算电机的同步频率f，并将所述同步频率f积分得到坐标变换角度θ；计算M-T旋转坐标系下与预期转矩对应的M轴电压Um；计算M-T旋转坐标系下与预期转矩对应的T轴电压Ut；根据所述T轴电压Ut、M轴电压Um以及坐标变换角度θ进行PARK反变换得到两相静止坐标下的电压；将两相静止坐标下的电压经过空间矢量脉冲宽度调制得到6路驱动信号；所述6路驱动信号经过智能功率模块后输出到电机获得预期转矩。

优选地，所述计算电机的同步频率f的步骤具体包括：计算电机额定转矩电流It：

其中I_o为电机空载电流，I为电机额定电流；计算电机额定转差频率fs：

其中N为电机额定转速、fe为电机额定频率、Np电机极对数；计算电机的输出频率fo：

其中ItRef为预设的转矩电流参考值；当电机速度为零时，同步频率f＝fo。

优选地，所述计算M-T旋转坐标系下预期转矩对应的M轴电压Um的步骤具体为：获取电机的三相电流；根据所述三相电流计算得到M-T旋转坐标系下的励磁电流反馈值Imfed；根据预设的励磁电流参考值ImRef和所述励磁电流反馈值Imfed计算偏差电压ΔUm；根据预设的励磁电流参考值ImRef、转矩电流参考值ItRef、定子电阻Rs、同步频率f以及漏感La计算M轴电压参考值UmRef：UmRef＝Rs×ImRef-2×π×f×ItRef×La；将所述偏差电压ΔUm和M轴电压参考值UmRef相加获得M轴电压Um：Um＝UmRef+ΔUm。

优选地，所述获取电机的三相电流的步骤具体为：检测电机的三相电流，或检测电机的两相电流然后根据两相电流计算第三相电流。

优选地，根据所述三相电流计算得到M-T旋转坐标系下的励磁电流反馈值Imfed的步骤具体为：将所述三相电流进行CLARKE变换得到两相静止坐标系下的电流进行；根据所述两相静止坐标系下的电流以及坐标变换角度θ进行PARK变换得到M-T旋转坐标系下的励磁电流反馈值Imfed。

优选地，所述根据预设的励磁电流参考值ImRef和所述励磁电流反馈值Imfed计算偏差电压ΔUm的步骤具体为：计算励磁电流参考值ImRef和励磁电流反馈值Imfed之间的差值；将所述差值进行比例积分得到所述偏差电压ΔUm。

优选地，所述计算M-T旋转坐标系下预期转矩对应的M轴电压Ut的步骤具体为：根据预设的转矩电流参考值ItRef、定子电阻Rs、同步频率f以及定子自感Ls计算T轴电压Ut：Ut＝Rs×ItRef+2×π×f×ImRef×Ls。

优选地，当关门保持时，所述预期转矩为关门最终保持力矩，所述电梯门机开关门到位转矩控制方法进一步包括：关门保持时间累加；判断关门保持时间是否到达切换时间，若是则将关门保持力矩设定为最终保持力矩，否则保持当前的关门初始保持力矩并返回关门保持时间累加的步骤；其中，关门保持力矩从关门初始保持力矩切换到关门最终保持力矩采用滤波处理。

优选地，当开门保持时，所述预期转矩为开门最终保持力矩，所述电梯门机开关门到位转矩控制方法进一步包括：开门保持时间累加；判断开门保持时间是否到达切换时间，若是则将开门保持力矩设定为开门最终保持力矩，否则保持当前的开门初始保持力矩并返回开门保持时间累加的步骤；其中，开门保持力矩从开门初始保持力矩切换到开门最终保持力矩采用滤波处理。

此外，还提供一种电梯门机装置。

一种电梯门机装置，其特征在于，包括：

同步频率计算模块，用于根据预设的转矩电流参考值ItRef计算电机的同步频率f，具体计算步骤包括：计算电机额定转矩电流It：

其中I_o为电机空载电流，I为电机额定电流；计算电机额定转差频率fs：

其中N为电机额定转速、fe为电机额定频率、Np电机极对数；计算电机的输出频率fo：

其中ItRef为预设的转矩电流参考值；当电机速度为零时，同步频率f＝fo；

积分模块，用于将同步频率f积分获得坐标变换角度θ；

反馈模块，用于根据电机的三相电流获得励磁电流反馈值Imfed，具体计算步骤包括：获取电机的三相电流，将所述三相电流进行CLARKE变换得到两相静止坐标系下的电流，根据所述两相静止坐标系下的电流以及坐标变换角度θ进行PARK变换得到M-T旋转坐标系下的励磁电流反馈值Imfed；

M轴电压计算模块，用于计算M-T旋转坐标系下与预期转矩对应的M轴电压Um，具体计算步骤包括：计算励磁电流参考值ImRef和励磁电流反馈值Imfed之间的差值，将所述差值进行比例积分得到偏差电压ΔUm，根据预设的励磁电流参考值ImRef、转矩电流参考值ItRef、定子电阻Rs、同步频率f以及漏感La计算M轴电压参考值UmRef：UmRef＝Rs×ImRef-2×π×f×ItRef×La，将所述偏差电压ΔUm和M轴电压参考值UmRef相加获得M轴电压Um：Um＝UmRef+ΔUm；

T轴电压计算模块，根据预设的转矩电流参考值ItRef、定子电阻Rs、同步频率f以及定子自感Ls计算T轴电压Ut：Ut＝Rs×ItRef+2×π×f×ImRef×Ls；

PARK反变换模块，用于根据所述T轴电压Ut、M轴电压Um以及坐标变换角度θ进行PARK反变换得到两相静止坐标下的电压；

空间矢量脉冲宽度调制模块，用于将两相静止坐标下的电压经过空间矢量脉冲宽度调制得到6路驱动信号；以及

智能功率模块，将所述6路驱动信号经过处理输出到电机获得预期转矩。

上述的转矩控制方法和电梯门机装置可根据需要随意调整电机转矩，因此可以在门机关门保持和开门保持时控制电机的发热量。另外由于是开环控制，不需要矢量控制类的编码器，因此结构简单。

【附图说明】

图1为一实施例的电梯门机开关门到位转矩控制方法流程图；

图2为获得M轴电压Um的处理流程图；

图3为一实施例的电梯门机装置的功能模块图。

【具体实施方式】

如图1所示，为一实施例的电梯门机开关门到位转矩控制方法流程图。该方法包括如下步骤：

S110：计算电机的同步频率f，并将所述同步频率f积分得到坐标变换角度θ。电机的同步频率f与电机的实际转速和转差频率有关。当电机速度为零时，电机的同步频率即为转差频率，也为电机的输出频率fo。当电机预期的转矩确定时，电机的输出频率fo确定，并具体与电机的额定转差频率fs具有如下关系：

$\mathrm{fo}=\frac{\mathrm{ItRef}\×\mathrm{fs}}{\mathrm{It}}.$

其中ItRef为转矩电流参考值，与预期转矩相对应，可预先设定。

额定转差频率fs为电机本身的固有参数，参考下式计算：

其中N为电机额定转速、fe为电机额定频率、Np电机极对数。

电机额定转矩电流其中I_o为电机空载电流，I为电机额定电流。

得到的坐标变换角度θ用于PARK变换和PARK反变换。

S120：计算M-T旋转坐标系下与预期转矩对应的M轴电压Um。M轴电压Um是用于PARK反变换得到预期转矩的其中一个参数。具体采用如下步骤获得，如图2所示：

S121：获取电机的三相电流。获取电机三相电流的方式可以是直接检测得到电机的三相电流，也可以是检测电机的两相电流，然后根据三相电流和为零计算第三相电流。

S122：根据所述三相电流计算得到M-T旋转坐标系下的励磁电流反馈值Imfed。具体方式是：首先将所述三相电流进行CLARKE变换得到两相静止坐标系下的电流进行；然后根据所述两相静止坐标系下的电流以及坐标变换角度θ进行PARK变换得到M-T旋转坐标系下的励磁电流反馈值Imfed。

S123：根据预设的励磁电流参考值ImRef和所述励磁电流反馈值Imfed计算偏差电压ΔUm。具体方式是：首先计算励磁电流参考值ImRef和励磁电流反馈值Imfed之间的差值；然后将所述差值进行比例积分得到所述偏差电压ΔUm。对电流差值的积分可采用PI调节器完成。

S124：根据预设的励磁电流参考值ImRef、转矩电流参考值ItRef、定子电阻Rs、同步频率f以及漏感La计算M轴电压参考值UmRef：UmRef＝Rs×ImRef-2×π×f×ItRef×La。

S125：将所述偏差电压ΔUm和M轴电压参考值UmRef相加获得M轴电压Um：Um＝UmRef+ΔUm。

S130：计算M-T旋转坐标系下与预期转矩对应的T轴电压Ut。具体为：根据预设的转矩电流参考值ItRef、定子电阻Rs、同步频率f以及定子自感Ls计算T轴电压Ut：Ut＝Rs×ItRef+2×π×f×ImRef×Ls。

上述计算M轴电压和T轴电压的步骤不分先后。

S140：根据所述T轴电压Ut、M轴电压Um以及坐标变换角度θ进行PARK反变换得到两相静止坐标下的电压。

S160：将两相静止坐标下的电压经过空间矢量脉冲宽度调制得到6路驱动信号。

S170：所述6路驱动信号经过智能功率模块后输出到电机获得预期转矩。

上述的转矩控制方法可根据需要随意调整电机转矩，因此可以在门机关门保持和开门保持时控制电机的发热量。当门机开门保持或关门保持时，电机并没有转动但是仍然在运行，为了控制电机的发热量，需要将电机的转矩进行控制调整。

当关门保持时，可以为电机设定关门初始保持力矩和关门最终保持力矩，其中关门初始保持力矩较大，能够保证在关门过程中在力矩控制下门机完全停在关门到位位置上，关门最终保持力矩较小，可保持关门并减少电机发热量。当关门保持时，上述实施例中的预期转矩为关门最终保持力矩，即需要控制的转矩。因此该电梯门机开关门到位转矩控制方法进一步包括：

关门保持时间累加。关门保持开始后，累加关门保持时间。累加的时间表示关门保持持续的时间。

判断关门保持时间是否到达切换时间，若是则将关门保持力矩设定为最终保持力矩，否则保持当前的关门初始保持力矩并返回关门保持时间累加的步骤。

同样的，当开门保持时，可以为电机设定开门初始保持力矩和开门最终保持力矩，其中开门初始保持力矩较大，能够保证在开门过程中在力矩控制下门机完全停在开门到位位置上，开门最终保持力矩较小，可保持开门并减少电机发热量。当开门保持时，上述实施例中的预期转矩为开门最终保持力矩，即需要控制的转矩。因此该电梯门机开关门到位转矩控制方法进一步包括：

开门保持时间累加。开门保持开始后，累加开门保持时间。累加的时间表示开门保持持续的时间。

判断开门保持时间是否到达切换时间，若是则将开门保持力矩设定为开门最终保持力矩，否则保持当前的开门初始保持力矩并返回开门保持时间累加的步骤。

进一步地，为使关门初始保持力矩能够平滑地切换到关门最终保持力矩，以及使开门初始保持力矩能够平滑地切换到开门最终保持力矩，在切换时进行滤波处理。

如图3所示，为一实施例的电梯门机装置的功能模块图。该电梯门机装置包括：同步频率计算模块100、积分模块200、反馈模块300、M轴电压计算模块400、T轴电压计算模块500、PARK反变换模块600、空间矢量脉冲宽度调制模块700以及智能功率模块800。其中：

同步频率计算模块100用于根据预设的转矩电流参考值ItRef计算电机的同步频率f，具体计算步骤包括：计算电机额定转矩电流It：其中I_o为电机空载电流，I为电机额定电流；计算电机额定转差频率fs：

其中N为电机额定转速、fe为电机额定频率、Np电机极对数；计算电机的输出频率fo：

其中ItRef为预设的转矩电流参考值；当电机速度为零时，同步频率f＝fo。当电梯关门和开门到位时，电机速度即为零。

积分模块200用于将同步频率f积分获得坐标变换角度θ。

反馈模块300用于根据电机的三相电流获得励磁电流反馈值Imfed，具体计算步骤包括：获取电机的三相电流，将所述三相电流进行CLARKE变换得到两相静止坐标系下的电流，根据所述两相静止坐标系下的电流以及坐标变换角度θ进行PARK变换得到M-T旋转坐标系下的励磁电流反馈值Imfed。

M轴电压计算模块400用于计算M-T旋转坐标系下与预期转矩对应的M轴电压Um，具体计算步骤包括：计算励磁电流参考值ImRef和励磁电流反馈值Imfed之间的差值，将所述差值进行比例积分得到偏差电压ΔUm，根据预设的励磁电流参考值ImRef、转矩电流参考值ItRef、定子电阻Rs、同步频率f以及漏感La计算M轴电压参考值UmRef：UmRef＝Rs×ImRef-2×π×f×ItRef×La，将所述偏差电压ΔUm和M轴电压参考值UmRef相加获得M轴电压Um：Um＝UmRef+ΔUm。

T轴电压计算模块500根据预设的转矩电流参考值ItRef、定子电阻Rs、同步频率f以及定子自感Ls计算T轴电压Ut：Ut＝Rs×ItRef+2×π×f×ImRef×Ls。

PARK反变换模块600用于根据所述T轴电压Ut、M轴电压Um以及坐标变换角度θ进行PARK反变换得到两相静止坐标下的电压。

空间矢量脉冲宽度调制模块700用于将两相静止坐标下的电压经过空间矢量脉冲宽度调制得到6路驱动信号。

智能功率模块800将所述6路驱动信号经过处理输出到电机获得预期转矩。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电梯门机开关门到位转矩控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

计算电机的同步频率f，并将所述同步频率f积分得到坐标变换角度θ；

计算M-T旋转坐标系下与预期转矩对应的M轴电压Um；

计算M-T旋转坐标系下与预期转矩对应的T轴电压Ut；

根据所述T轴电压Ut、M轴电压Um以及坐标变换角度θ进行PARK反变换得到两相静止坐标下的电压；

将两相静止坐标下的电压经过空间矢量脉冲宽度调制得到6路驱动信号；

所述6路驱动信号经过智能功率模块后输出到电机获得预期转矩。

2.如权利要求1所述的电梯门机开关门到位转矩控制方法，其特征在于，所述计算电机的同步频率f的步骤具体包括：

计算电机额定转矩电流It：

其中I_o为电机空载电流，I为电机额定电流；

计算电机额定转差频率fs：

其中N为电机额定转速、fe为电机额定频率、Np电机极对数；

计算电机的输出频率fo：其中ItRef为预设的转矩电流参考值；

当电机速度为零时，同步频率f＝fo。

3.如权利要求1所述的电梯门机开关门到位转矩控制方法，其特征在于，所述计算M-T旋转坐标系下预期转矩对应的M轴电压Um的步骤具体为：

获取电机的三相电流；

根据所述三相电流计算得到M-T旋转坐标系下的励磁电流反馈值Imfed；

根据预设的励磁电流参考值ImRef和所述励磁电流反馈值Imfed计算偏差电压ΔUm；

根据预设的励磁电流参考值ImRef、转矩电流参考值ItRef、定子电阻Rs、同步频率f以及漏感La计算M轴电压参考值UmRef：

UmRef＝Rs×ImRef-2×π×f×ItRef×La；

将所述偏差电压ΔUm和M轴电压参考值UmRef相加获得M轴电压Um：

Um＝UmRef+ΔUm。

4.如权利要求3所述的电梯门机开关门到位转矩控制方法，其特征在于，所述获取电机的三相电流的步骤具体为：检测电机的三相电流，或检测电机的两相电流然后根据两相电流计算第三相电流。

5.如权利要求3所述的电梯门机开关门到位转矩控制方法，其特征在于，根据所述三相电流计算得到M-T旋转坐标系下的励磁电流反馈值Imfed的步骤具体为：

将所述三相电流进行CLARKE变换得到两相静止坐标系下的电流；

根据所述两相静止坐标系下的电流以及坐标变换角度θ进行PARK变换得到M-T旋转坐标系下的励磁电流反馈值Imfed。

6.如权利要求3所述的电梯门机开关门到位转矩控制方法，其特征在于，所述根据预设的励磁电流参考值ImRef和所述励磁电流反馈值Imfed计算偏差电压ΔUm的步骤具体为：

计算励磁电流参考值ImRef和励磁电流反馈值Imfed之间的差值；

将所述差值进行比例积分得到所述偏差电压ΔUm。

7.如权利要求1所述的电梯门机开关门到位转矩控制方法，其特征在于，所述计算M-T旋转坐标系下预期转矩对应的M轴电压Ut的步骤具体为：根据预设的转矩电流参考值ItRef、定子电阻Rs、同步频率f以及定子自感Ls计算T轴电压Ut：

Ut＝Rs×ItRef+2×π×f×ImRef×Ls。

8.如权利要求1所述的电梯门机开关门到位转矩控制方法，其特征在于，当关门保持时，所述预期转矩为关门最终保持力矩，所述电梯门机开关门到位转矩控制方法进一步包括：

关门保持时间累加；

判断关门保持时间是否到达切换时间，若是则将关门保持力矩设定为关门最终保持力矩，否则保持当前的关门初始保持力矩并返回关门保持时间累加的步骤；

其中，关门保持力矩从关门初始保持力矩切换到关门最终保持力矩采用滤波处理。

9.如权利要求1所述的电梯门机开关门到位转矩控制方法，其特征在于，当开门保持时，所述预期转矩为开门最终保持力矩，所述电梯门机开关门到位转矩控制方法进一步包括：

开门保持时间累加；

判断开门保持时间是否到达切换时间，若是则将开门保持力矩设定为开门最终保持力矩，否则保持当前的开门初始保持力矩并返回开门保持时间累加的步骤；

其中，开门保持力矩从开门初始保持力矩切换到开门最终保持力矩采用滤波处理。

10.一种电梯门机装置，其特征在于，包括：

同步频率计算模块，用于根据预设的转矩电流参考值ItRef计算电机的同步频率f，具体计算步骤包括：计算电机额定转矩电流It：其中I_o为电机空载电流，I为电机额定电流；计算电机额定转差频率fs：

其中N为电机额定转速、fe为电机额定频率、Np电机极对数；计算电机的输出频率fo：

其中ItRef为预设的转矩电流参考值；当电机速度为零时，同步频率f＝fo；

积分模块，用于将同步频率f积分获得坐标变换角度θ；

反馈模块，用于根据电机的三相电流获得励磁电流反馈值Imfed，具体计算步骤包括：获取电机的三相电流，将所述三相电流进行CLARKE变换得到两相静止坐标系下的电流，根据所述两相静止坐标系下的电流以及坐标变换角度θ进行PARK变换得到M-T旋转坐标系下的励磁电流反馈值Imfed；

M轴电压计算模块，用于计算M-T旋转坐标系下与预期转矩对应的M轴电压Um，具体计算步骤包括：计算励磁电流参考值ImRef和励磁电流反馈值Imfed之间的差值，将所述差值进行比例积分得到偏差电压ΔUm，根据预设的励磁电流参考值ImRef、转矩电流参考值ItRef、定子电阻Rs、同步频率f以及漏感La计算M轴电压参考值UmRef：UmRef＝Rs×ImRef-2×π×f×ItRef×La，将所述偏差电压ΔUm和M轴电压参考值UmRef相加获得M轴电压Um：Um＝UmRef+ΔUm；

T轴电压计算模块，根据预设的转矩电流参考值ItRef、定子电阻Rs、同步频率f以及定子自感Ls计算T轴电压Ut：Ut＝Rs×ItRef+2×π×f×ImRef×Ls；

PARK反变换模块，用于根据所述T轴电压Ut、M轴电压Um以及坐标变换角度θ进行PARK反变换得到两相静止坐标下的电压；

空间矢量脉冲宽度调制模块，用于将两相静止坐标下的电压经过空间矢量脉冲宽度调制得到6路驱动信号；以及

智能功率模块，将所述6路驱动信号经过处理输出到电机获得预期转矩。

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