CN103287937A - 电梯起动转矩自动调节方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电梯起动转矩自动调节方法及系统，其包括：频率设定模块，用于设定给定频率，并根据所述给定频率获得给定速率Wset1；负反馈调节处理模块，用于根据所述给定速率Wset1，对电机进行基于速度环比例积分运算的负反馈调节处理；以及，位置环运算控制模块，用于根据在曳引机轴上获得的脉冲变化值对所述给定速率Wset1进行补偿处理。本发明通过在原有变频器矢量控制系统中引入位置环运算控制模块，进行位置环PI运算控制处理，以对给定频率进行补偿，从而有效地对电机进行矢量控制，避免溜车，在电梯无称重装置的情况下获取电梯起动时刻的舒适性。

Description

电梯起动转矩自动调节方法及系统

技术领域

本发明涉及电梯控制技术领域，具体涉及电梯起动转矩自动调节方法及系统。

背景技术

目前，在电梯系统中，电梯起动时，电机先是以零速运行，对电机进行励磁，然后打开抱闸，电梯轿厢和对重的重量往往不一致，此时变频器不能迅速调节出足够的力矩防止电梯溜车，会影响电梯起动时刻的舒适性。这种情况在无齿轮曳引机系统中表现得尤为明显，有齿轮曳引机系统中由于有减速齿轮缓冲，对舒适性影响不是特别明显。

目前一般有两种方法来补偿抱闸打开瞬间的力矩。一种是在轿厢底部安装称重装置，变频器通过称重装置获取轿厢的重量，在抱闸打开之前，变频器就可以根据重量预先给电机一个起动力矩，这样就可以防止电梯起动溜车。第二种就是不需要称重装置，根据编码器信号，在抱闸打开瞬间自动计算出防止电梯倒溜的力矩，防止电梯起动倒溜。在电梯无称重装置的情况下进行力矩补偿方法，通常是通过检测到编码器模拟量的变化，确定补偿力矩的方向和大小，但是这种方法只能应用在配置正余弦编码器的曳引机上，存在一定的局限性。

因此现有技术的问题有待进一步的解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，在电梯无称重装置的情况下如何有效实现电机控制以获取电梯起动时刻的平稳力矩以增加乘坐着的。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种电梯起动转矩自动调节方法，其包括以下步骤：

电梯零速率运行之后，抱闸打开，通过安装在曳引机轴上的编码器信号，得到脉冲变化值；

当所述脉冲变化值大于预设值时，加入位置环运算控制流程进行速率补偿，所述位置环运算控制流程包括以下步骤：

累加所述脉冲变化值获得脉冲变化量△P，

对所述脉冲变化量△P的累加次数进行计数，获得计数值Cnt；

对所述脉冲变化量△P进行比例积分运算，获得第一速率值Wset3；

根据所述计数值Cnt的大小设定速率减幅比例K，将所述第一速率值Wset3乘以所述速率减幅比例K用以进行递减处理，得到第二速率值Wset2；

将所述第二速率值Wset2叠加到原电梯变频控制系统的频率给定值所对应的给定速率Wset1上，进行基于速度环比例积分运算的负反馈调节处理，用以控制电机运转。

其中，所述方法的位置环运算控制流程中，在对所述第一速率值Wset3进行递减计算前，还包括对所述第一速率值Wset3进行限幅处理的步骤。

其中，当所述脉冲变化值小于所述预设值时，继续通过安装在曳引机轴上的编码器信号获取脉冲变化值。

其中，所述方法还包括以下步骤：

判断所述零速率运行保持时间是否到达预定时间；

若是，则撤销所述位置环运算控制流程，直接利用原电梯变频控制系统的频率给定值所对应的给定速率Wset1进行基于速度环比例积分运算的负反馈调节处理；

若否，则继续进行所述位置环运算控制流程。

其中，所述方法的位置环运算控制流程中，所述方法的位置环运算控制流程中，根据所述计数值Cnt的大小设定速率减幅比例K时，

当Cnt＜100时，K=1；

当50×n≤Cnt＜50×(n+1)时，

n=2、3…。

其中，所述方法的位置环运算控制流程中，根据所述计数值Cnt的大小设定速率减幅比例K时，当Cnt≥500时，Wset2=1/256×Wset3。

基于上述方法，本发明还提供了一种电梯起动转矩自动调节系统，其包括：

频率设定模块，用于设定给定频率，并根据所述给定频率获得给定速率Wset1；

负反馈调节处理模块，用于根据所述给定速率Wset1，对电机进行基于速度环比例积分运算的负反馈调节处理；以及，

位置环运算控制模块，用于根据在曳引机轴上获得的脉冲变化值对所述给定速率Wset1进行补偿处理；

所述位置环运算控制模块包括：

累加器，用于累加所述脉冲变化值获得脉冲变化量△P；

计数器，用于对所述脉冲变化量△P的累加次数进行计数，获得计数值Cnt；

比例积分运算单元，用于对所述脉冲变化量△P进行比例积分运算，获得第一速率值Wset3；

减速处理单元，用于根据所述计数值Cnt的大小设定速率减幅比例K，将所述第一速率值Wset3乘以所述速率减幅比例K，得到第二速率值Wset2，并将所述第二速率值Wset2叠加到所述给定速率Wset1上。

基于上述系统，所述减速处理单元中，根据所述计数值Cnt的大小设定速率减幅比例K的方法采用以下公式：

当Cnt＜100时，K=1；

当50×n≤Cnt＜50×(n+1)时，

n=2、3…。

基于上述系统，所述减速处理单元中，根据所述计数值Cnt的大小设定速率减幅比例K时，当Cnt≥500时，Wset2=1/256×Wset3。

本发明通过在原有变频器矢量控制系统中引入位置环运算控制模块，进行位置环PI运算控制处理，以对给定频率进行补偿，从而有效地对电机进行矢量控制，避免溜车，在电梯无称重装置的情况下获取电梯起动时刻的平稳力矩以增加乘坐着的舒适性。

附图说明

图1为本发明的流程示意图；

图2为位置环运算控制流程的流程示意图；

图3为位置环运算控制流程的一实施例示意图；

图4为电梯变频控制系统的闭环矢量控制示意图；

图5为图4中位置环运算控制模块3的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作出详细的说明。

如图4所示，给出了电梯变频控制系统的闭环矢量控制示意图，通常的原电梯变频控制系统主要是包括：

频率设定模块1，用于设定给定频率，并根据所述给定频率获得给定速率Wset1；

负反馈调节处理模块2，用于根据所述给定速率Wset1，对电机进行基于速度环比例积分运算的负反馈调节处理。在负反馈调节处理模块2中，在没有转矩补偿的时候，变频器运行频率由设定频率Wset1决定，通常在抱闸打开前，变频器就已经以零速度在运行，通过励磁给定反馈控制，给电机充分的励磁，当抱闸打开瞬间，电梯溜车，变频器通过编码器得到速度变化值，通过对速度变化进行PI计算调节出力矩电流给定，产生力矩使得电梯保持静止，但是实践表明仅仅靠速度环调节，往往不能够快速调节出防止电梯溜车的力矩，在抱闸打开瞬间，电梯会向负载重的一侧溜车，电机只有在产生足够的平衡力矩后，电梯才能停止溜车保持静止。

所以，基于图4所示的闭环矢量控制系统，如图1所示，本发明提供了一种电梯起动转矩自动调节方法，用以有效的对电机进行矢量控制，避免溜车，在电梯无称重装置的情况下获取电梯起动时刻的舒适性。其具体包括以下步骤：

步骤100：电梯零速率运行；

步骤200：抱闸打开，通过安装在曳引机轴上的编码器信号，得到脉冲变化值；

步骤300：判断所述脉冲变化值是否大于预设值，若是，则执行步骤400，加入位置环运算控制流程进行速率补偿；若否，则继续通过安装在曳引机轴上的编码器信号获取脉冲变化值。这里的预设值经验取值在2～8之间。

上述方法中，通过设定步骤300的判断步骤，可以有效的控制运算程序的有效性，避免误操作，增加矢量控制系统的抗干扰性能，并且在上述方法中通过引入步骤400的位置环运算控制流程可以有效的对原电梯变频控制系统的频率给定值所对应的给定速率Wset1进行补偿，从而在电梯无称重装置的情况下有效实现电机控制以获取电梯起动时刻的输出平稳力矩，从而增加乘坐者的舒适性。

如图2所示，上述步骤400中的位置环运算控制流程包括以下步骤：

步骤401，累加所述脉冲变化值获得脉冲变化量△P，对所述脉冲变化量△P的累加次数进行计数，获得计数值Cnt；

步骤402，对所述脉冲变化量△P进行比例积分运算，获得第一速率值Wset3；

$\mathrm{Wset}3=\mathrm{Kp}*\mathrm{\ΔP}+\mathrm{Ki}*{\∫}_0^t\mathrm{\ΔP}$

其中，Kp和Ki可由用户设定，Kp是比例积分电路的比例增益，Ki是比例积分电路的积分增益，t是时间变量。

步骤403，根据所述计数值Cnt的大小设定速率减幅比例K，将所述第一速率值Wset3乘以所述速率减幅比例K用以进行递减处理，得到第二速率值Wset2；

步骤404，将所述第二速率值Wset2叠加到原电梯变频控制系统的频率给定值所对应的给定速率Wset1上，进行基于速度环比例积分运算的负反馈调节处理，用以控制电机运转。

本发明在上述过程通过递减处理过程，可以有效降低在引入位置环PI运算后的系统干扰问题，既可以满足抱闸打开瞬间可以快速调节出平衡力矩，又可以避免引入位置环后导致的振荡。

如图2所示，上述步骤400中的位置环运算控制流程中，在对所述第一速率值Wset3进行递减计算前，也就是步骤402和403之间还包括对所述第一速率值Wset3进行限幅处理的步骤405。这里的限幅处理指的是，设定最大速率值，当计算获得第一速率值Wset3大于设定的最大速率值时，使第一速率值Wset3限定在最大速率值用以后续运算控制，主要起到对电机的保护作用，避免因速率取值过大，影响电机的零速率运行态。

如图2所示，上述步骤400中的位置环运算控制流程中，步骤403根据所述计数值Cnt的大小设定速率减幅比例K的方法采用以下公式：

当Cnt＜50×(n+1)时，

n=1、2、3…。

如图3所示给出了一个最优实施例，其具体方式为：

在步骤403中，分多个阶段实施第二速率值Wset2的值的获取，当Cnt<100时，K=1，Wset2=Wset3，此时n=1，定义为第一阶段；第一阶段的设定在于保证速率补偿的运算能够更加平滑，避免干扰。

第二阶段是，n≥2，当50×n≤Cnt＜50×(n+1)时，

n=2、3…；Wset2=KWset3。

如图3所示，当n≥2时，第二阶段时，可以采用如下所示获取第二速率值Wset2的值。

当100≤Cnt＜150时，K=1/2，Wset2=1/2×Wset3，此时n=2；

当150≤Cnt＜200时，K=1/4，Wset2=1/4×Wset3，此时n=3；

当200≤Cnt＜250时，K=1/8，Wset2=1/8×Wset3，此时n=4；

…

在第二阶段中，Wset2可以根据计数情况获取多个阶段性值，从而能够更加有效的实施速率补偿，使采用位置环运算控制流程进行补偿后能够为电机输出更加平稳的力矩，从而保证在电梯启停时获得更加舒适的体验。

在上述两个阶段的基础上，通过设定第三阶段，当n≥9时，对Wset2进行最小值限定，即当Cnt≥500时，Wset2=1/256×Wset3，使得运算控制方法始终有效，避免运算量过小，导致控制失误，或对电机造成损伤。

如图1所示，在上述方法的基础上，上述电梯起动转矩自动调节方法还包括以下步骤500：判断所述零速率运行保持时间是否到达预定时间；

若是，则执行步骤600：撤销所述位置环运算控制流程，直接利用原电梯变频控制系统的频率给定值所对应的给定速率Wset1进行基于速度环比例积分运算的负反馈调节处理；

若否，则继续进行所述位置环运算控制流程。

这样可以有效的将位置环运算控制流程控制在零速率运行态时，限定在只对电梯启停进行补偿处理，而不对其他时候的电梯运算控制影响，避免对控制器造成不必要的运算损耗，避免产生不必要的频率给定，影响整个系统的控制结果，提高系统的抗干扰性能。

基于上述电梯起动转矩自动调节方法，如图4所示，本发明还提供了一种电梯起动转矩自动调节系统，其包括：

频率设定模块1，用于设定给定频率，并根据所述给定频率获得给定速率Wset1；

负反馈调节处理模块2，用于根据所述给定速率Wset1，对电机进行基于速度环比例积分运算的负反馈调节处理；以及，

位置环运算控制模块3，用于根据在曳引机轴上获得的脉冲变化值对所述给定速率Wset1进行补偿处理；

如图5所示，所述位置环运算控制模块3包括：

累加器，用于累加所述脉冲变化值获得脉冲变化量△P；

计数器，用于对所述脉冲变化量△P的累加次数进行计数，获得计数值Cnt；

比例积分运算单元，用于对所述脉冲变化量△P进行比例积分运算，获得第一速率值Wset3；

减速处理单元，用于根据所述计数值Cnt的大小设定速率减幅比例K，将所述第一速率值Wset3乘以所述速率减幅比例K，得到第二速率值Wset2，并将所述第二速率值Wset2叠加到所述给定速率Wset1上。

有关位置环运算控制模块3具体运行执行流程参见上述关于位置环运算控制流程的描述内容。上述减速处理单元中，根据上述计数值Cnt的大小设定速率减幅比例K的方法采用以下公式：

当Cnt＜100时，K=1；

当50×n≤Cnt＜50×(n+1)时，n=2、3…。

基于上述系统，所述减速处理单元中，根据所述计数值Cnt的大小设定速率减幅比例K时，当Cnt≥500时，Wset2=1/256×Wset3。具体的实现方式可以参见图3及相关说明，在此不做累述。

在上述结构的基础上，如图5所示，所述位置环运算控制模块3还包括包括：限幅处理单元，用于对所述第一速率值Wset3进行限幅处理步骤，即进行上述步骤405的过程。这里的限幅处理指的是，设定最大速率值，当计算获得第一速率值Wset3大于设定的最大速率值时，使第一速率值Wset3限定在最大速率值用以后续运算控制，主要起到对电机的保护作用，避免因速率取值过大，影响电机的零速率运行态。

在上述系统中，负反馈调节处理模块2通常至少包括：

基于给定速率的速度环PI运算模块25，用于对给定速率进行速度比例积分运算；

电流PI运算模块26，用于对速度环PI运算模块25进行电流比例积分运算；

励磁给定单元21，用于给定励磁电流；

第二电流PI运算模块22，用于对励磁给定单元21的输出进行电流比例积分运算；

两个电流PI运算模块22和26的输出同时输入给电压矢量计算模块29进行运算，获得相应的PWM控制波24，用于控制电机运转；

通过安装在曳引机轴上的编码器PG获得脉冲信号，输入给测速模块27，将测速模块27获得的速率信息加入到速度环PI运算模块25的输入进行补偿，构成负反馈闭环控制，同时也将PG获得脉冲信号提供给位置环运算控制模块3作为脉冲变化值的输入；

测速模块27获得的速率信息还提供给同步角计算模块23作为一个反馈输入数据；

还包括，转差计算模块28，主要是为了控制异步电机；

从电机的三相输入电流依次通过3/2变换模块31、旋转变换模块30获得反馈数据，提供给电流PI运算模块22和26的输入作为电流反馈数据进行补偿运算；

同时，转差计算模块28还从旋转变换模块30获得用以转差计算的数据计算后输出给同步角计算模块23作为其另一个输入信号，而同步角计算模块23的输出又提供给旋转变换模块30的数据输入，形成一个有效的负反馈闭环控制，用以有效控制异步电机。这里的PI指比例积分运算。

图4为电机闭环矢量控制框图，对于异步电机和同步电机矢量控制原理基本一致，两者区别之一在于计算同步速时，异步电机需要计算转差，而同步电机则没有转差的概念。另一区别在于励磁电流的给定，同步电机由永磁体来产生一个固定磁场，因此不需要励磁，励磁电流给定通常设置为0，而异步电机则需要事先设定一个励磁电流给定值。所以，当本发明提供的位置环运算控制模块3加载到上述图4提供的矢量控制系统中时，利用上述电梯起动转矩自动调节方法对位置环运算控制模块3进行调用，则可以同时适用于对异步电机和同步电机的矢量控制。

基于上述说明，可以看出，如图4所示，本发明的方法中，在抱闸打开之前，变频器以零速运行，给电机充分励磁，当抱闸打开后，位置环运算控制模块3的加入，此时实际频率给定Wset是由设定频率Wset1和位置环运算控制模块3调节出的Wset2相加得到，因此在抱闸打瞬间，频率给定不再是零速，而是经过位置环运算控制模块3调节出来的频率，速度环PI运算模块25就会快速调节出一个平衡力矩。当零速保持时间到，电机开始加速时，位置环运算控制模块3撤销，变频器按照正常的速度调节运行。本发明通过以上方法和系统的矢量控制措施，既可以满足抱闸打开瞬间可以快速调节出力矩，又可以避免引入位置环后导致的振荡。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电梯起动转矩自动调节方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

电梯零速率运行之后，抱闸打开，通过安装在曳引机轴上的编码器信号，得到脉冲变化值；

当所述脉冲变化值大于预设值时，加入位置环运算控制流程进行速率补偿，所述位置环运算控制流程包括以下步骤：

累加所述脉冲变化值获得脉冲变化量△P，

对所述脉冲变化量△P的累加次数进行计数，获得计数值Cnt；

对所述脉冲变化量△P进行比例积分运算，获得第一速率值Wset3；

根据所述计数值Cnt的大小设定速率减幅比例K，将所述第一速率值Wset3乘以所述速率减幅比例K用以进行递减处理，得到第二速率值Wset2；

将所述第二速率值Wset2叠加到原电梯变频控制系统的频率给定值所对应的给定速率Wset1上，进行基于速度环比例积分运算的负反馈调节处理，用以控制电机运转。

2.根据权利要求1所述的自动调节方法，其特征在于，所述方法的位置环运算控制流程中，在对所述第一速率值Wset3进行递减计算前，还包括对所述第一速率值Wset3进行限幅处理的步骤。

3.根据权利要求1所述的自动调节方法，其特征在于，当所述脉冲变化值小于所述预设值时，继续通过安装在曳引机轴上的编码器信号获取脉冲变化值。

4.根据权利要求1所述的自动调节方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

判断所述零速率运行保持时间是否到达预定时间；

若是，则撤销所述位置环运算控制流程，直接利用原电梯变频控制系统的频率给定值所对应的给定速率Wset1进行基于速度环比例积分运算的负反馈调节处理；

若否，则继续进行所述位置环运算控制流程。

5.根据权利要求1所述的自动调节方法，其特征在于，所述方法的位置环运算控制流程中，根据所述计数值Cnt的大小设定速率减幅比例K时，

当Cnt＜100时，K=1；

当50×n≤Cnt＜50×(n+1)时，n=2、3…。

6.根据权利要求5所述的自动调节方法，其特征在于，所述方法的位置环运算控制流程中，根据所述计数值Cnt的大小设定速率减幅比例K时，当Cnt≥500时，Wset2=1/256×Wset3。

7.一种电梯起动转矩自动调节系统，其特征在于，所述系统包括：

频率设定模块，用于设定给定频率，并根据所述给定频率获得给定速率Wset1；

负反馈调节处理模块，用于根据所述给定速率Wset1，对电机进行基于速度环比例积分运算的负反馈调节处理；以及，

位置环运算控制模块，用于根据在曳引机轴上获得的脉冲变化值对所述给定速率Wset1进行补偿处理；

所述位置环运算控制模块包括：

累加器，用于累加所述脉冲变化值获得脉冲变化量△P；

计数器，用于对所述脉冲变化量△P的累加次数进行计数，获得计数值Cnt；

比例积分运算单元，用于对所述脉冲变化量△P进行比例积分运算，获得第一速率值Wset3；

减速处理单元，用于根据所述计数值Cnt的大小设定速率减幅比例K，将所述第一速率值Wset3乘以所述速率减幅比例K，得到第二速率值Wset2，并将所述第二速率值Wset2叠加到所述给定速率Wset1上。

8.根据权利要求7所述的自动调节系统，其特征在于，所述减速处理单元中，根据所述计数值Cnt的大小设定速率减幅比例K的方法采用以下公式：

当Cnt＜100时，K=1；

当50×n≤Cnt＜50×(n+1)时，

n=2、3…。

9.根据权利要求8所述的自动调节系统，其特征在于，所述减速处理单元中，根据所述计数值Cnt的大小设定速率减幅比例K时，当Cnt≥500时，Wset2=1/256×Wset3。

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