CN103130051B

CN103130051B - 升降机控制方法和装置及使用其的升降机装置

Info

Publication number: CN103130051B
Application number: CN201210483066.1A
Authority: CN
Inventors: 李恩雨
Original assignee: LS Industrial Systems Co Ltd
Current assignee: LS Electric Co Ltd
Priority date: 2011-11-24
Filing date: 2012-11-23
Publication date: 2015-08-05
Anticipated expiration: 2032-11-23
Also published as: CN103130051A; US9233815B2; KR20130057902A; EP2597062A3; US20130146397A1; JP2013112529A; ES2621276T3; EP2597062B1; JP5466285B2; EP2597062A2

Abstract

本发明提供升降机控制方法和装置及使用其的升降机装置。根据一个实施例的升降机装置包括：升降机驱动电动机；电动机位置测量单元，其计算电动机的位置值并且将电动机的位置值传送到升降机控制装置；位置存储单元，其存储电动机的位置值；状态反馈位置控制单元，其每第一周期接收来自位置存储单元的电动机的位置值，接收电动机的速度，并且输出转矩控制值以控制电动机；状态估算单元，其每第二周期基于转矩控制值和位置值来估算电动机速度，并且将结果传送到状态反馈位置控制单元；向量控制单元，其基于转矩控制值来产生电流控制值并根据电流控制值和电动机的驱动电流来输出电压控制值；以及电动机驱动单元，其根据电压控制值来控制电动机的驱动电源。

Description

升降机控制方法和装置及使用其的升降机装置

相关申请的交叉引用

本申请基于35U.S.C.119和35U.S.C.365要求于2011年11月24日提交的序号为10-2011-0123880的韩国专利申请的的优先权，该申请的全部内容通过引用合并于此。

技术领域

实施例涉及升降机控制方法和装置及使用升降机控制方法和装置的升降机。更特别地，实施例涉及升降机控制方法和装置以及使用能够提高控制性能的升降机控制方法和装置的升降机。

背景技术

一般地，升降机被用于在高层建筑物中使得人们进入并且运载他们上下或者被用于装载和运送货物。升降机通过在高层建筑物中安装的升降机轴中的提升器（一种驱动装置）的驱动而上行和下行。此外，具有供人们进入或者货物装载的给定空间的升降机车厢被连接至或安装至该提升器。

此外，通常代替直流电动机并且用于升降机驱动电动机的三相工业逆变器通过向量控制对交流电动机进行转矩控制。

可以通过逆变器的控制来控制升降机的制动器。当这种升降机的制动器断开时，车厢振动，这被称作回降（rollback）。测力传感器（一种用于测量重量的传感器装置）通常用于减少回降，并且可以使用这种测力传感器的重量感测来减少升降机车厢的回降。

然而，近期正在开发一种提高测力传感器的速度控制的可靠性和效率的方法，该方法可以通过在用于升降机的速度控制的逆变器本身中载入控制算法来减少回降，而不使用测力传感器。

为减少回降，重要的是快速跟踪对应于负载大小的转矩，这被称作是负载补偿。

图1是用于描述根据现有技术的用于减少这种负载补偿的速度控制装置的示例的图。

参照图1，根据现有技术的升降机控制装置，例如P-PI结构，可以包括：位置控制单元10、速度控制器11、电动机速度测量单元12以及逆变器14。

所述位置控制单元10获得用于控制位置的位置控制值θ和实际位置值θ*，取得它们之间的差，将该差值乘以比例增益值KPP，并且输出速度控制值。

此外，所述速度控制器11将比例增益KP和积分增益KI应用于所述速度控制值与自所述电动机速度测量单元12接收到的速度值之间的差，加上该值，并且将其输出以作为转矩控制值T*。

所述逆变器14接收所述转矩控制值，即由于在升降机处的车厢、绳索和乘客等的重量而施加到电动机的负载T1，并且控制升降机的速度。此外，如果实际速度ω和实际位置θ是通过所述逆变器14控制的电动机测量到的，它们被反馈以作为所述位置控制单元10和所述速度控制器11的输入。

所述逆变器14根据转矩控制值通过向量控制得出实际转矩并且控制速度。可以对已经分成磁通控制分量和转矩控制分量的电流进行向量控制。J表示惯量值，S表示拉普拉斯（Raplace）算子，并且1/S表示积分。

根据现有技术的所述升降机控制装置的传递函数由下面的方程式1表示。

<方程式1>

θ = - \frac{S}{{Js}^{3} + K_{P} s^{2} + (K_{I} + K_{PP} K_{P}) s + K_{PP} K_{I}} T_{l}

如果在根据现有技术的所述升降机控制装置的情况下设计极点，存在的问题是难以自由地布置该极点。传递函数的系数并不是相互独立而是包括增益的乘积与和。因此，如果增益改变，则两个或更多个系数改变。结果是，自由设计极点是不可能的。

此外，在三重根的情况下，存在的问题是不可能布置极点本身。原因在于，如果在三重根的假设下应用判别式，则不存在这样的根值：使得方程式1中右边项的三次方程式的判别式与对该三次方程式进行微分所得到的二次方程式的判别式均为零。

发明内容

实施例提供了可以增强控制效率的升降机控制方法。

实施例还提供了可以减少未装有测力传感器的升降机的回降现象的控制装置和控制方法。

实施例还提供了升降机控制装置和方法，以及包括有升降机控制装置的升降机，其可以通过状态估算单元来有效地减少回降现象。

在一个实施例中，升降机控制方法包括：每第一周期计算升降机驱动电动机的位置值；基于计算出的所述位置值和每第二周期计算出的所述电动机的转速而在每第三周期产生用于控制所述电动机的控制信号；并且基于所产生的所述控制信号来控制所述电动机的驱动电源。

此外，所述控制信号的产生可以进一步包括：根据计算出的所述位置值，每第二周期通过所述控制信号来估算所述电动机的转速。

此外，所述控制信号的产生可以包括：对所述位置控制值与计算出的所述电动机的所述位置值之间的差进行比例和积分运算；基于从通过比例和积分运算得到的值减去所述转速乘以第一常数得到的值以及位置值乘以第二常数得到的值来计算转矩控制值；以及根据计算出的所述转矩控制值来产生转矩控制信号。

此外，所述转矩控制信号的产生可以在每第二周期接收和计算由电动机速度测量装置测量到的所述电动机的速度。

此外，所述转矩控制信号的产生可以根据所述转矩控制值来产生电流控制值，基于所产生的所述电流控制值和所述电动机的电流感测值来执行向量控制从而产生电压控制值，并且基于所产生的所述电压控制值来产生所述转矩控制信号。

在另一个实施例中，升降机控制装置包括：位置存储单元，其存储升降机驱动电动机的位置值；控制信号处理单元，其每第一周期接收来自所述位置存储单元的所述电动机的所述位置值，每第二周期计算所述电动机的速度，并且每第三周期产生用于控制所述电动机的控制信号；以及电动机驱动单元，其基于所述控制信号来控制所述电动机的驱动。

此外，所述升降机可以包括：电动机；电动机位置测量单元，其计算所述电动机的位置值并且将所述电动机的位置值传送到所述升降机控制装置；位置存储单元，其存储所述电动机的所述位置值；状态反馈位置控制单元，其每第一周期接收来自所述位置存储单元的所述电动机的位置值，接收所述电动机的速度，并且输出转矩控制值以控制所述电动机；状态估算单元，其每第二周期基于所述转矩控制值和所述位置值来估算所述电动机的速度，并且将结果传送至所述状态反馈位置控制单元；向量控制单元，其基于所述转矩控制值产生电流控制值并且根据所述电流控制值和所述电动机的驱动电流来输出电压控制值；以及电动机驱动单元，其根据所述电压控制值来控制所述电动机的驱动电源。

此外，所述状态反馈位置控制单元可以对所述位置控制值和计算出的所述电动机的所述位置值之间的差值进行比例和积分运算，并且可以将从通过比例和积分运算得到的值减去所述转速乘以第一常数得到的值以及位置值乘以第二常数得到的值而得到的值输出以作为转矩控制值。

此外，所述控制信号处理单元可以包括状态反馈位置控制单元，所述状态反馈位置控制单元根据所述计算出的位置值和所述电动机的转速来输出所述电动机的所述转矩控制值，并且所述控制信号处理单元可以基于所述转矩控制值来输出所述电动机的转矩的控制信号。

此外，所述状态反馈位置控制单元可以对所述位置控制值与计算出的所述电动机的位置值之间的差值进行比例和积分运算，并且可以将从通过比例和积分运算得到的值减去所述转速乘以第一常数得到的值以及位置值乘以第二常数得到的值而得到的值输出以作为转矩控制值。

此外，所述升降机控制装置可以包括：电流传感器，其感测所述电动机的驱动电流；以及向量控制单元，其基于所述电流控制值和从电流传感器接收到的所述电动机的驱动电流来输出电压控制信号，并且所述状态反馈位置控制单元可以产生根据所述转矩控制值的电流控制值并且将根据所述转矩控制值的电流控制值传送到所述向量控制单元。

此外，所述控制信号处理单元可以包括速度估算单元，所述速度估算单元每第二周期根据所述控制信号和计算出的位置值来估算所述电动机的转速。

此外，所述控制信号处理单元可以获取由电动机速度测量装置测量到的所述电动机的速度。

附图说明

图1是根据现有技术的用于减少负载补偿的速度控制装置的示例的图。

图2是示意地图示了根据一个实施例的包括升降机的速度控制装置的整个升降机系统的图。

图3是图示了根据一个实施例的升降机控制装置100的控制信号处理单元110的配置的图。

图4是概念地图示了根据一个实施例的状态反馈位置控制单元111的配置的控制图。

图5是图示了根据一个实施例的升降机控制装置100的状态估算单元113的运算的控制图。

图6是描述了根据一个实施例的使用包括升降机控制装置100的样本电动机进行的实验的图。

图7是图示了使用该样本电动机模拟和控制升降机的结果的曲线图。

图8是图示了根据一个实施例的升降机的速度控制方法的流程图。

具体实施方式

在说明书和权利要求中所使用的术语或词语不应当被狭义地解释为典型的或外延的含义。而应当基于发明人正确定义术语的概念以最佳方式描述他们的发明的原则被解释为与实施例的技术精神匹配的含义或概念。

因此，因为说明书中描述的实施例和附图中图示的配置仅是最优选的示例并且不能完全代表实施例的技术精神，应当理解的是，存在有代替提交本申请时的实施例的各种等同方案和变型例。

图2是示意地图示了根据一个实施例的变电装置的图。

参照图2，包括有根据一个实施例的速度控制装置100的升降机系统包括升降机驱动电动机200、用于控制电动机200的控制装置100、用于测量电动机的旋转状态的编码器210以及用于根据编码器210的脉冲输出测量电动机位置(旋转角度)的电动机位置测量装置200。

控制装置100包括控制信号处理单元110、脉宽调制选通信产生单元120以及脉宽调制逆变器单元130。

控制信号处理单元110可以产生用于减少未装有测力传感器的升降机的回降现象的控制信号。控制信号处理单元110利用将在下面描述的状态反馈位置控制且利用状态估算来执行信号处理以用于控制电动机。

脉宽调制选通信号产生单元120可以根据控制信号处理单元110中所处理的信号将驱动信号输入至电动机。

可以根据已经由脉宽调制选通信号产生单元120产生的驱动信号来转换脉宽调制逆变器单元130。

这些脉宽调制选通信号产生单元120和脉宽调制逆变器单元130可以用作为根据电压控制信号来控制电动机的驱动的电动机驱动单元。

同时，编码器210可以连接至电动机200，根据电动机200的旋转来输出脉冲，并且将它们传送到电动机位置测量装置220。

电动机位置测量装置220测量电动机位置值或者旋转角度θ，并且将其传送到控制信号处理单元110。此时，电动机位置测量装置220基于自编码器210接收到的脉冲信号来计算电动机的位置值、旋转角度。电动机位置测量装置220可以使用例如手动变速箱（M/T）模式。M/T模式是一种使用特定时间和根据电动机200的驱动由编码器210测量到的脉冲信号的模式。M/T模式使得电动机200的转速和旋转角度被测量为数字值。因此，电动机位置测量装置220可以通过对一定时间内的脉冲进行计数来测量当前位置(旋转角度)。此外，这种电动机位置测量模式可以包括测量脉冲数目或者脉冲之间的间隔的方法。应当注意的是，能够在本实施例中使用的M/T模式是一种通过结合脉冲数目和脉冲的间隔来弥补测量脉冲的数目和脉冲的间隔的模式的缺陷的模式。

同时，电流传感器230感测当前在电动机200中流动的电流值以用于如下将要描述的控制信号处理单元110的电流向量控制，并且将它们传送至控制信号处理单元110。

图3是更详细地图示出根据一个实施例的升降机控制装置100的控制信号处理单元110的配置的示例性图。

参照图3，升降机控制装置100的控制信号处理单元110可以包括：状态反馈位置控制单元111，其根据电动机的当前位置和估算的电动机速度来产生用于控制电动机的转矩的控制信号；位置存储单元112，其存储电动机的当前位置并且以一定周期更新电动机位置；状态估算单元113，其根据所存储的电动机位置和自状态反馈位置控制单元111接收到的转矩控制值来估算电动机的速度；以及向量控制单元114，其接收所感测的电流和电流控制值并且输出电压控制信号。

状态反馈位置控制单元111接收来自电动机位置测量装置220的电动机的位置值，接收来自状态估算单元113的电动机的估算速度，并且输出用于减少升降机的回降现象的电动机的电流控制值。

状态估算单元113基于存储在位置存储单元112中的电动机的位置值和自状态反馈位置控制单元111接收到的转矩控制值来估算电动机的速度。

向量控制单元114接收来自电流传感器230的当前的电动机的驱动电流测量，最终基于驱动电流测量和自状态反馈位置控制单元111接收到的电流控制值来控制升降机的电动机电压，并且输出电压控制信号以作为用于减少回降现象的信号。

向量控制单元114可以响应于第一周期的中止而运行。此外，状态估算单元113可以响应于第二周期的中止而定期地运行。状态反馈位置控制单元111可以响应于第三周期的中止而运行。此时，状态估算单元113必须对于位置的改变执行快速计算。因此，状态估算单元113的中止周期可以被设计为比其它中止的中止周期短。状态反馈位置控制单元111可以设计为每中止一毫秒时执行而不频繁地执行。然而，因为在设计每个周期的情况下的相对效应可能是不同的，本实施例可以根据升降机的逆变器的设计方法来不同地设定中止的周期。

此外，第二周期可以被设定为与第一周期相同，并且可以进行设计以能够包括彼此的周期。

图4是图示了根据一个实施例的状态反馈位置控制单元111的配置的控制图。

参照图4，描述了根据一个实施例的状态反馈位置控制单元。

状态反馈位置控制单元111可以如图4图示进行配置。输入θ*表示待控制的位置。例如，常规升降机处的待控制的位置值变为零以减少回降现象。换句话说，用户可以根据本实施例来设定待控制的电动机的最终位置。

此外，状态反馈位置控制单元111可以计算以该方式输入的位置控制值θ*与电动机的当前位置值θ之间的差值，并且根据比例常数K1进行比例和积分运算。如果从根据K1进行比例和积分运算得到的值减去由电动机的速度ω乘以K2得到的值和和由电动机的当前位置值θ乘以K3得到的值，则产生用于控制的转矩控制值T*。此时，状态反馈位置控制单元111可以基于所产生的值T*来产生电流控制值并且将该结果传送至向量控制单元114。

此时，电动机的速度ω可以基于当前负载TL和转矩控制值T*（图4中的附图标记400）通过积分运算来计算出。可选择地，也可以输入另一装置所观察的速度值。因此，ω可以是从外部输入的值。此外，ω可以是已经从状态估算单元113输出的速度估算值。

此外，尽管电动机的当前位置值θ可以通过对速度值进行积分运算而计算出，但是可以使用如上所述的自编码器210和电动机位置测量装置220测量到的位置值计算出。

同时，所如果这种状态反馈位置控制单元111被配置，电动机位置(旋转角度)的传递函数可以通过下面的方程式2取得。

<方程式2>

θ = \frac{K_{1}}{{Js}^{3} + K_{2} s^{2} + K_{3} s + K_{1}} θ^{*} - \frac{s}{{Js}^{3} + K_{2} s^{2} + k_{3} s + k_{1}} T_{l}

此时，如果状态反馈位置控制单元111的增益是α，则三重根的增益方程式可以是K1=-J*α^3、K2=-3*J*α以及K3=3*J*α^2。J表示惯量值，而且S表示拉普拉斯算子。惯量值由如升降机车厢、乘客和绳索的因素确定。增益α是极值并且优选地具有负值。此外，能够对每个系数设定的范围可以依据系统的配置而变化。

如在方程式2中，如果将负载转矩上的传递函数设计为与图4中的配置相同，则可以自由地设计K1、K2和K3。因此，尽管设计成具有三重根，但不会出现问题。

参照图5，状态估算单元113接收转矩控制值T*和电动机位置值θ作为输入，并且基于此输出速度估算值ω。

如此，状态估算单元113可以根据转矩控制值和电动机位置值来估算电动机的速度。这使得比实际测量和计算速度的处理更快地处理从而使能对升降机的有效控制。

同时，在图5的控制图中，可能的是1₁=-3*β，l₂=3*β^2，l₃=β^3*J。值β是状态估算单元113的增益，而J是指由如升降机、乘客和绳索的因素确定的惯量值。为了获得更有效的结果，状态估算单元113的增益β优选地使用比状态反馈位置控制单元的增益α更大的值。

图6是描述使用根据一个实施例的包括升降机控制装置100的样本电动机而进行的实验的图。

参见图6的配置图，样本电动机的编码器可以是2000脉冲正弦/余弦编码器。样本电动机的编码器可以每次旋转输出2000正弦/余弦信号。

正弦/余弦信号被输入至逆变器1中。可以使用解算器中使用的RD转换器将该信号转换成32768A/B脉冲。该转换的脉冲可以被应用于位置控制。系统的总惯量是0.084kgms。此外，样本电动机包括制动器并且可以用于模拟升降机的制动器。

同时，样本电动机的参数在下面的表1中示出。

<表1>

项	参数
		额定电压	220V
额定电流	20.2A
		Ld	1.11mH
Rs	0.059欧姆
		极点	8

图7是图示了使用所述样本电动机模拟和控制升降机的结果的曲线图。

参照图7，升降机控制装置100的位置控制偏差可以识别，其使用根据一个实施例的状态反馈位置控制单元111。

可以核对的是，根据本实施例的升降机控制装置100可以将回降的量控制在如图7所示的0.5度之内。

此外，在该实验中，状态估算单元113已经被用作为状态反馈位置控制单元111的速度反馈值。结果是，可以使用状态估算单元113来进一步增加控制带宽。同时，状态反馈位置控制单元111已经以1ms的中止周期运行，并且状态估算单元113已经以更短的125μs的脉宽调制中止周期执行。

参照图8，在步骤S100中，电动机位置值是根据连接至电动机200的编码器210而计算出的。

在步骤S110中，状态估算单元113通过上述的处理来估算电动机的速度。

在步骤S120中，状态反馈位置控制单元111基于估算的电动机速度和电动机位置值来产生转矩控制值。

在步骤S 130中，状态反馈位置控制单元111根据转矩控制值来产生电流控制信号。在步骤S140中，向量控制单元114接收电动机电流感测值并且根据电流控制信号来产生电压控制信号。

在步骤S150中，包括例如脉宽调制信号发生器的电动机驱动单元120和130根据电压控制信号将脉宽调制信号输入至电动机200从而输入驱动动力源。

在步骤S160中，电动机200可以根据驱动动力源来执行转矩控制。

尽管已经基于示例性实施例在上面描述了本发明，这些仅为示例而不限定本发明，并且本领域技术人员可以领会的是，可在落在本发明的实质性特征内的范围内作出上面未说明的各种变型例和应用。例如，实施例中特别说明的各个部件可以改变。此外，与所述变型例和应用相关的差别应当被解释为包含在由随附的权利要求中限定的本发明的范围内。

Claims

1.一种升降机控制方法，包括：

每第一周期计算升降机驱动电动机的位置值；

基于计算出的所述位置值和每第二周期计算出的所述电动机的转速而在每第三周期产生用于控制所述电动机的控制信号；以及

基于在每第三周期所产生的所述控制信号来控制所述电动机的驱动电源，

其中，所述控制信号的产生包括：

对位置控制值与计算出的所述电动机的所述位置值之间的差进行比例和积分运算，所述位置控制值表示待控制的位置；

基于从通过所述比例和积分运算得到的值减去所述电动机的转速乘以第一常数得到的值以及位置值乘以第二常数得到的值来计算转矩控制值；以及

根据计算出的所述转矩控制值来产生转矩控制信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述控制信号的产生还包括：根据所计算出的所述位置值，每第二周期通过所述控制信号来估算所述电动机的转速。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述转矩控制信号的产生在每第二周期接收和计算由电动机速度测量装置测量到的所述电动机的速度。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述转矩控制信号的产生根据所述转矩控制值来产生电流控制值，基于所产生的所述电流控制值和所述电动机的电流感测值来执行向量控制从而产生电压控制值，并且基于所产生的所述电压控制值来产生所述转矩控制信号。

5.升降机控制装置，包括：

控制信号处理单元，其执行信号处理以控制电动机；

脉宽调制选通信号产生单元，其根据控制信号处理单元中所处理的信号将驱动信号输入至所述电动机；以及

脉宽调制逆变器单元，其根据已经由脉宽调制选通信号产生单元产生的驱动信号来转换，

其中所述控制信号处理单元包括：

位置存储单元，其存储所述电动机的所述位置值；

状态反馈位置控制单元，其每第一周期接收来自所述位置存储单元的所述电动机的位置值，且所述状态反馈位置控制单元接收所述电动机的速度，输出转矩控制值以控制所述电动机，并基于所述转矩控制值来产生电流控制值；

状态估算单元，其每第二周期基于所述转矩控制值和所述位置值来估算所述电动机的速度，并且将结果传送到所述状态反馈位置控制单元；以及

向量控制单元，其根据所述电流控制值和所述电动机的驱动电流来输出电压控制值，

其中，所述状态反馈位置控制单元对所述位置控制值和计算出的所述电动机的所述位置值之间的差值进行比例和积分运算，并且将从通过比例和积分运算得到的值减去电动机的速度乘以第一常数得到的值以及位置值乘以第二常数得到的值而得到的值输出以作为转矩控制值。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述控制信号处理单元基于所述转矩控制值来输出所述电动机的转矩的控制信号。

7.根据权利要求6所述的装置，还包括：

电流传感器，其感测所述电动机的驱动电流，

其中所述向量控制单元基于所述电流控制值和从电流传感器接收到的所述电动机的驱动电流来输出电压控制信号，并且

其中，所述状态反馈位置控制单元根据所述转矩控制值产生电流控制值并且将所述电流控制值传送到所述向量控制单元。

8.根据权利要求5所述的装置，其中，所述控制信号处理单元获取由电动机速度测量装置测量到的所述电动机的速度。