CN104098004B - 电梯控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电梯控制方法，包括如下步骤：第一步，生成常规速度图形；第二步，选择常规速度图形作为电梯控制用速度图形；第三步，根据常规速度图形对电梯进行控制，使电梯进入常规运行模式；第四步，记录计算电梯后续运行的最高速度和/或最大加速度所需的电梯常规运行数据；第五步，根据第四步记录的电梯常规运行数据，计算得出电梯后续运行的最高速度和/或最大加速度。本发明还公开了应用该方法实现电梯可变速运行的电梯控制装置。本发明能够通过调整电梯的最高速度和/或最大加速度来提高电梯运载效率、缩短乘客侯梯时间，同时还能克服现有可变速控制技术存在的不能充分利用电梯驱动系统容量和无法预先确定电梯后续运行速度图形等缺点。

Description

电梯控制方法及装置

技术领域

本发明涉及一种电梯的控制方法，具体涉及一种能够根据电梯实际运行状况改变运行速度和/或加速度的电梯控制方法以及应用该控制方法的电梯控制装置。

背景技术

包括驱动电机和电气系统在内的电梯驱动系统通常是根据电梯在额定负载以额定速度和额定加速度运行时所需要的最大驱动转矩来设计的，但在实际运行中，电梯在很多情况下所需的实际驱动转矩会小于、甚至是远远小于其最大驱动转矩(如在平衡负载附近)，因此可以根据电梯的实际负载情况通过适当调整电梯运行的最高速度和/或最大加速度等运行参数的方式来充分挖掘不同负载条件下电梯驱动电机和电气系统等的有效容量，从而在不增加电梯台数、不提高电梯额定运行速度的情况下提高电梯的运载效率、缩短乘客的侯梯时间，进而实现节能的目的，该技术通常称为可变速控制技术，应用了该技术的电梯通常称为可变速电梯。

目前可变速控制技术主要有两类：第一类可变速控制技术是在电梯启动前根据负载称量结果预先计算出可实现的最高速度和/或最大加速度并据此生成速度图形，之后控制电梯按照该速度图形运行，如中国发明专利ZL02804733.8(申请日2002年12月9日，授权号CN1302975C，授权日2007年3月7日)；第二类可变速控制技术是在电梯运行时的电流检测值实时调整电梯运行速度和/或加速度，使得电梯驱动系统始终运行在其有效容量允许的最大值附近，如中国发明专利ZL200410055740.1(申请日2004年07月28日，授权号CN100398426C，授权日2008年7月2日)。对于第一类可变速控制技术而言，由于电梯负载的称量结果往往会存在较大误差，且未考虑驱动系统效率、摩擦等因素，因此其计算得出的最高速度和/或最大加速度以及由此生成的电梯速度图形较为保守，导致电梯驱动系统容量不能充分利用。对于第二类可变速控制技术而言，虽然其克服了第一类可变速控制技术因最高速度和/或最大加速度计算结果保守而导致的电梯驱动系统容量不能充分利用的缺点，但由于是根据电流检测值实时调整的最高速度和/或最大加速度，因此无法预先确定电梯后续运行的速度图形，这会给电梯的速度控制(特别是停靠阶段控制)带来很大困难。

此外，中国发明专利申请201080065027.9(申请日2010年12月08日)提出了一种可变速优化控制技术，其利用两种不同负载或空载时驱动电机的转矩电流或其指令值来辨识行进模型参数——电梯行进时的损耗及系统的效率，之后再根据行进模型来变更速度模式。但该技术仅仅消除了电梯行进损耗和系统效率所导致的电梯驱动系统容量利用不充分，但仍存在负载称量不准确所导致的电梯驱动系统容量利用不充分这一缺点。

由上述分析可知，目前现有可变速控制技术存在因最高速度和/或最大加速度计算结果保守而导致电梯驱动系统容量不能充分利用或因电梯运行的最高速度和/或最大加速度的实时调整而无法预先确定电梯后续运行速度图形的缺点。因此，提出一种可以通过调整电梯运行的最高速度和/或最大加速度来提高电梯运载效率、缩短乘客侯梯时间，同时还能克服现有可变速控制技术存在的变速结果保守、不能充分利用电梯驱动系统容量和无法预先确定电梯后续运行速度图形等缺点的可变速控制技术就成为本领域中一个有待解决的重要技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提出一种电梯控制方法，它可以通过调整电梯运行的最高速度和/或最大加速度来提高电梯运载效率缩短乘客候梯时间，同时还能克服现有可变速控制技术存在的变速结果保守、不能充分利用电梯驱动系统容量和无法预先确定电梯后续运行速度图形等缺点。

为解决上述技术问题，本发明电梯控制方法的技术解决方案为，包括如下步骤：

第一步，根据电梯的额定速度和额定加速度生成常规速度图形，并发送至速度图形选择单元；

第二步，速度图形选择单元选择常规速度图形作为电梯控制用速度图形，并发送至驱动控制单元；

第三步，驱动控制单元根据常规速度图形对电梯进行控制，电梯进入常规运行模式；

第四步，记录计算电梯后续运行的最高速度和/或最大加速度所需的电梯常规运行数据；

第五步，根据第四步记录的电梯常规运行数据，计算得出电梯后续运行的最高速度和/或最大加速度；

第六步，根据第五步得到的所述电梯后续运行的最高速度和/或最大加速度生成特别速度图形；

第七步，速度图形选择单元选择特别速度图形作为电梯控制用速度图形，并发送至驱动控制单元；

第八步，驱动控制单元根据特别速度图形对电梯进行控制，电梯进入特别运行模式。

所述第一步所生成的常规速度图形中的最高速度和最大加速度不大于电梯的额定速度和额定加速度，且所述常规速度图形至少满足如下条件中的一个：

条件1：存在至少两个时刻，且两时刻对应的角加速度不相等；

条件2：存在至少两个等长时间段，且两时间段内对应的角速度变化量不同。

所述第五步包括如下步骤：

步骤1，利用电梯常规运行数据计算当前负载情况下的驱动系统转动惯量；

步骤2，利用所述当前负载情况下的驱动系统转动惯量计算不平衡转矩和摩擦转矩或二者之和；

步骤3，利用最大输出转矩、所述当前负载情况下的驱动系统转动惯量与所述不平衡转矩、所述摩擦转矩或二者之和计算电梯的初始最高速度和/或最大加速度；

步骤4，利用所述初始最高速度和/或最大加速度确定电梯后续运行的最高速度和/或最大加速度。

所述步骤1中当前负载情况下的驱动系统转动惯量的计算采用以下方法：

当所述常规速度图形满足所述条件1时，根据电梯驱动系统运动方程式，利用电梯常规运行中不同角加速度及其对应的驱动电机输出转矩计算当前负载情况下的驱动系统转动惯量J；

当前负载情况下的驱动系统转动惯量J的计算公式为

$J=\frac{T\left(k_2\right)-T\left(k_1\right)}{{\mathrm{\ω}}^{\′}\left(k_2\right)-{\mathrm{\ω}}^{\′}\left(k_1\right)}$     公式3

其中，J是当前负载情况下的驱动系统转动惯量；

T(k₁)和T(k₂)分别是第一时刻k₁和第二时刻k₂的驱动电机输出转矩；

ω’(k₁)和ω’(k₂)分别是第一时刻k₁和第二时刻k₂的驱动电机角加速度，且ω’(k₁)≠ω’(k₂)；

根据已知量T(k₁)、T(k₂)、ω’(k₁)、ω’(k₂)计算得出J；

当所述常规速度图形满足所述条件2时，根据电梯驱动系统运动方程式，利用电梯常规运行中两个等长时间段内驱动电机的输出转矩对时间的积分以及对应等长时间段内电梯驱动系统角速度增量之差来计算当前负载情况下的驱动系统转动惯量J；

所述电梯驱动系统运动方程式为

$J=\frac{{\∫}_{t_3}^{t_4}T\left(t\right)dt-{\∫}_{t_1}^{t_2}T\left(t\right)dt}{{\mathrm{\Δ\ω}}_2-{\mathrm{\Δ\ω}}_1}$     公式8

其中，J是当前负载情况下的驱动系统转动惯量；

t_i(i＝1,2,3,4)分别是第一时段和第二时段的起止时间点，且t₄-t₃＝t₂-t₁；

T(t)是驱动电机输出转矩；

△ω是对应时间段内电机转速的变化量，ω_k(k＝1,2,3,4)分别是第一时段和第二时段起止时间点对应的驱动电机角速度，且△ω₁＝ω₂－ω₁,△ω₂＝ω₄－ω₃，△ω₁≠△ω₂；

根据已知量T(t)、△ω₁、△ω₂计算得出J。

所述步骤2中不平衡转矩和摩擦转矩或二者之和的计算方法为：利用所述步骤1的计算结果，根据驱动电机输出转矩、不平衡转矩、摩擦转矩和驱动电机角加速度间的关系计算得出不平衡转矩与摩擦转矩之和；或者进一步利用电梯负载质量M_load与电梯无负载时的驱动系统自身的转动惯量J_system与当前负载情况下的驱动系统转动惯量J间的函数关系计算电梯负载质量M_load，再利用电梯负载质量M_load计算不平衡转矩T_umb，最后由当前负载情况下的驱动系统转动惯量J和不平衡转矩T_umb计算出摩擦转矩T_fr。

所述不平衡转矩和摩擦转矩之和T_umb+T_fr通过如下公式进行计算：

T_umb+T_fr＝T(t)-Jω'(t)    公式9

其中，T_umb是不平衡转矩；

T_fr是摩擦转矩；

ω'(t)是驱动电机角加速度；

T(t)是驱动电机输出转矩；

J是当前负载情况下的驱动系统转动惯量；

根据已知量ω'(t)、T(t)、J计算得出T_umb+T_fr；

不平衡转矩T_umb的计算公式为：

T_umb＝(M_load-M_cg)×g×R_Tr

M_load＝f(J_load)＝f(J-J_system)

其中，M_cg是对重质量；

g是重力加速度；

R_Tr是驱动绳轮半径；

f(*)是表示质量与转动惯量间数学关系的函数；

J_system和J分别是电梯无负载情况下的驱动系统转动惯量和当前负载情况下的驱动系统转动惯量；

然后根据T_umb+T_fr的值计算得出摩擦转矩T_fr。

所述步骤3中根据电梯驱动系统运动方程式，利用电梯驱动系统的最大输出转矩以及当前负载情况下的驱动系统转动惯量、所述不平衡转矩与所述摩擦转矩或二者之和来计算电梯的初始最高速度和/或最大加速度。

最大加速度的计算公式如下：

ω‘(t)＝(T_max-T_umb-T_fr)/J     公式13

其中，T_max是电梯驱动系统的最大输出转矩；

在得到T_max、J、T_umb+T_fr以及电梯当前负载质量M_load后，即可轻易算得电梯的初始最高速度；

根据已知量T_max、J、T_umb+T_fr以及电梯当前负载质量M_load，即可计算得出电梯的初始最高速度。

所述步骤4中确定电梯后续运行的最高速度和/或最大加速度的方法为：直接将所述步骤3中所得的初始最高速度和/或最大加速度作为电梯后续运行的最高速度和/或最大加速度；或者对初始最高速度和/或最大加速度进行补偿，并将补偿结果作为电梯后续运行的最高速度和/或最大加速度；补偿方法为：

根据电梯轿厢的当前位置、下次停靠位置计算当前负载情况下的驱动系统转动惯量、不平衡转矩、摩擦转矩、效率中的至少一项在电梯轿厢由当前位置移动至下次停靠位置这一过程中的变化量，并进一步计算对应于该变化量的第一速度分量和/或第一加速度分量；

根据电梯常规运行速度和后续运行速度分别计算电梯轿厢升降时的风阻转矩及相应的风阻转矩变化量，并根据所述风阻转矩变化量计算相应的第二速度分量和/或第二加速度分量；

将初始最高速度和/或最大加速度以及第一速度分量和/或第一加速度分量与第二速度分量和/或第二加速度分量中的至少一项求和，得出电梯后续运行的最高速度和/或最大加速度。

补偿后得出的所述电梯后续运行的最高速度和/或最大加速度是一电梯轿厢的当前位置、下次停靠位置、速度和加速中的一项或多项为自变量的函数。

所述常规速度图形与所述特别速度图形在二者衔接点处保持数学意义上的连续；或进一步限定为光滑。

本发明还提供一种电梯控制装置，其技术解决方案为：包括

常规速度图形生成单元，根据电梯的额定速度和额定加速度生成电梯常规运行控制所需的常规速度图形，并将信号送至速度图形选择单元；

最高速度和/或最大加速度计算单元，根据电梯常规运行数据计算电梯后续运行的最高速度和/或最大加速度，并将计算结果送至特别速度图形生成单元；

特别速度图形生成单元，根据所述最高速度和/或最大加速度计算单元计算得到的所述最高速度和/或最大加速度生成用于控制电梯后续运行的特别速度图形，并将信号传送至速度图形选择单元；

速度图形选择单元，选择常规速度图形和特别速度图形中的一个作为电梯控制用速度图形；

驱动控制单元，根据所述速度图形选择单元选定的电梯控制用速度图形对电梯进行控制，使其实际运行速度跟踪选定的电梯控制用速度图形。

电梯启动时，所述常规速度图形生成单元根据额定速度和额定加速度生成常规速度图形，所述速度图形选择单元选定常规速度图形为电梯控制用速度图形。

所述最高速度和/或最大加速度计算单元根据来自所述驱动控制单元的常规运行数据，确定电梯后续运行的最高速度和/或最大加速度，并将计算结果送至所述特别速度图形生成单元。

所述特别速度图形生成单元根据来自所述最高速度和/或最大加速度计算单元的所述最高速度和/或最大加速度生成电梯后续控制用特别速度图形。

所述速度图形选择单元在所述特别速度图形生成单元生成所述特别速度图形后，将所述特别速度图形作为电梯后续控制用速度图形，所述驱动控制单元根据所述特别速度图形对电梯进行控制。

当所述驱动控制单元根据常规速度图形对电梯进行控制时，电梯处于常规运行模式；当所述驱动控制单元根据特别速度图形对电梯进行控制时，所述电梯处于特别运行模式。

所述电梯控制装置在特别速度图形生成单元生成所述特别速度图形后立即遵循特别速度图形控制电梯，电梯由所述常规运行模式进入所述特别运行模式。

本发明与现有技术的区别在于：本发明引入了常规运行模式和特别运行模式，并利用常规运行模式中的电梯常规运行数据来计算特别运行模式中电梯所能实现的最高速度和/或最大加速度并生成特别速度图形，由速度图形选择单元的选定实现电梯运行时的速度图形由常规速度图形到特别速度图形的切换，藉此实现电梯的可变速控制，而非现有技术简单地根据负载称量值粗略估算电梯最高速度和/或最大加速度或是根据电流检测值来实时调整电梯最高速度和/或最大加速度或是根据电流值对电梯最高速度和/或最大加速度进行实时调整。

显然，本发明中电梯最高速度和/或最大加速度的计算是基于常规运行模式中的电梯运行数据，保证了电梯最高速度和/或最大加速度计算结果的准确性，克服了现有第一类可变速控制技术存在的变速结果保守、不能充分利用电梯驱动系统容量的缺点；本发明中在速度图形选择单元的选择下电梯首先进入常规运行模式，之后再进入特别运行模式，对于停靠控制所在的特别运行模式而言，特别速度图形的生成以及生成特别速度图形所需的电梯最高速度和/或最大加速度的计算均完成于常规运行模式，是预先确定的，因此克服了现有第二类可变速控制技术存在的无法预先确定电梯后续运行速度图形使得电梯速度控制(特别是停靠阶段的速度控制)困难的缺点。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明：

图1是本发明电梯控制装置的一实施例的结构示意图；

图2是本发明电梯控制方法的一实施例的流程示意图；

图3是本发明电梯控制方法的一实施例中计算最高速度和/最大加速度的流程图；

图4是本发明电梯控制方法的一实施例中对于初始最高速度和/最大加速度的补偿方法示意图。

具体实施方式

为便于叙述，后续说明中对速度与角速度、加速度与角加速度不加区分地应用。

实施例

参见图1所示的本发明电梯控制装置的一实施例的结构示意图，本发明的电梯控制装置包括：常规速度图形生成单元、最高速度和/或加速度计算单元、特别速度图形生成单元、速度图形选择单元和驱动控制单元。常规速度图形生成单元根据电梯的额定速度和额定加速度生成用于电梯常规运行控制所需的常规速度图形；最高速度和/或最大加速度计算单元根据电梯常规运行数据计算电梯后续运行的最高速度和/或最大加速度，并将计算结果送至所述特别速度图形生成单元；特别速度图形生成单元：根据所述最高速度和/或最大加速度计算单元计算得到的电梯后续运行的最高速度和/或最大加速度生成用于控制电梯运行的特别速度图形；速度图形选择单元选择常规速度图形和特别速度图形中的一个作为电梯控制用速度图形；驱动控制单元根据所述速度图形选择单元选定的电梯控制用速度图形对电梯进行控制，使其实际运行速度能够跟踪速度图形。

参见图2所示的本发明电梯控制装置控制电梯的一实施例的流程图，电梯控制装置控制电梯的过程如下：

第一步、生成常规速度图形；

电梯控制装置实时判断是否接收到启动指令，在判定接收到电梯启动指令后，常规速度图形生成单元根据电梯的额定速度、额定加速度，辅以电梯轿厢的当前位置、停靠位置等必要信息生成电梯的常规速度图形，并将生成的常规速度图形发送至速度图形选择单元。

另外，上述常规速度图形生成单元所生成的常规速度图形的最高速度和最大加速度不大于电梯的额定速度和额定加速度，而且基于后续第五步当前负载情况下的驱动系统转动惯量计算的需要，生成的常规速度图形至少须满足如下条件中的一个：

条件1：存在至少两个时刻，且两时刻对应的角加速度不相等；

条件2：存在至少两个等长时间段，且两时间段内对应的角速度变化量不同。

第二步、选择常规速度图形；

速度图形选择单元在收到常规速度图形生成单元生成的常规速度图形后，选定常规速度图形作为接下来的电梯控制用速度图形，并将选择结果发送至驱动控制单元。

第三步、电梯进入常规运行模式；

电梯驱动控制单元根据速度图形选择单元选择的常规速度图形对电梯进行控制，电梯进入常规运行模式。

第四步、记录电梯常规运行数据；

在电梯进入常规运行模式后，驱动控制单元在控制电梯遵循常规速度图形运行的同时，记录常规运行模式中的电梯运行数据，并将记录得到的电梯运行数据发送至最高速度和/或最大加速度计算单元。电梯运行数据为所述最高速度和/或最大加速度计算单元利用最高速度和/或最大加速度计算方法(详见后续描述)计算电梯后续运行的最高速度和/或最大加速度所需的相关电梯常规运行模式中的运行数据(后续称之为常规运行数据)。电梯的常规运行数据根据最高速度和/或最大加速度计算方法的不同而有所不同，一般而言，电梯的常规运行数据是指电梯处于常规运行状态中的相关运行数据，包括但不限于电梯运行的速度、加速度、输出转矩或其指令值、转矩电流或其指令值、时间、轿厢位置、下次停靠位置中的部分或全部。

第五步、计算最高速度和/或最大加速度；

最高速度和/或最大加速度计算单元根据驱动控制单元记录的常规运行模式中的电梯常规运行数据，利用最高速度和/或最大加速度计算方法(详见后续描述)计算电梯后续运行的最高速度和/或最大加速度。

第六步、生成特别速度图形；

特别速度图形生成单元根据最高速度和/或最大加速度计算单元计算得到的电梯后续运行的最高速度和/或最大加速度，辅以电梯轿厢的当前位置、停靠位置等必要信息生成电梯的特别速度图形，并将特别速度图形发送至速度图形选择单元。

另外，第一步中常规速度图形生成单元生成的常规速度图形与第六步中特别速度图形生成单元生成的特别速度图形满足如下条件：

常规速度图形与所述特别速度图形在二者衔接点(即驱动控制单元控制电梯由常规运行模式转入特别运行模式的时刻所对应的速度图形上的点，该点可以看作是常规速度图形的终点和特别速度图形的起点)处保持数学意义上的连续，即二者在衔接点处大小相等，或进一步限定为光滑，即二者连接在一起构成的曲线在衔接点的导数连续。

第七步、选择特别速度图形；

速度图形选择单元在收到特别速度图形生成单元生成的特别速度图形后，立即选择特别速度图形作为接下来的电梯控制用速度图形，并将选择结果发送至驱动控制单元。

第八步、电梯进入特别运行模式；

电梯驱动控制单元根据速度图形选择单元选择的特别速度图形对电梯进行控制，电梯进入常规运行模式。

接下来详细描述第五步中最高速度和/或最大加速度计算单元根据驱动控制单元记录的电梯常规运行数据计算电梯后续运行的最高速度和/或最大加速度的方法。

电梯在启动至停靠在目的楼层这一运行过程中，电梯轿厢位置、运行速度、加速度等相关运行数据对转动惯量、不平衡转矩和摩擦转矩的影响很小，可以近似认为转动惯量、不平衡转矩和摩擦转矩在电梯由启动至停靠在目的楼层这一运行过程中保持不变。本发明的最高速度和/或最大加速度计算方法正是基于这一基本特性，首先利用描述电梯驱动电机的输出转矩、不平衡转矩、摩擦转矩和转速或角加速度间关系的电梯驱动系统运动方程式，由电梯的常规运行数据通过计算得出电梯驱动系统的转动惯量、不平衡转矩和摩擦转矩或二者之和，然后再根据计算结果、辅以电梯驱动系统的最大输出转矩等相关参数计算电梯在当前负荷、摩擦等情况下所能实现的电梯初始最高速度和/或最大加速度，最后再根据计算所得的电梯初始最高速度和/或最大加速度经适当处理(如：预留适当的安全余量、补偿等)后得出电梯后续运行的最高速度和/或最大加速度。其中，常规运行是指驱动控制单元遵循常规速度图形控制下的电梯的运行，所述常规运行数据是指电梯处于常规运行状态中的相关运行数据，如速度、加速度、轿厢位置、驱动电机输出转矩或转矩指令值、持续时间、下次停靠位置等的一项或多项，所述最大输出转矩是指由电气系统和驱动电机构成的电梯驱动系统所能输出的最大输出转矩。

一般情况下，本发明的最高速度和/或最大加速度计算方法得出的电梯后续运行的最高速度和/或最大加速度不同于电梯额定速度和/额定加速度，也就是说，得出的电梯后续运行最高速度和/或最大加速度高于电梯额定速度和/额定加速度。

本发明的最高速度和/或最大加速度计算方法是根据电梯的常规运行数据计算电梯驱动系统的转动惯量以及不平衡转矩和摩擦转矩或者二者之和，并根据计算结果以及由电气系统和驱动电机构成的电梯驱动系统所能输出的最大输出转矩来改变所述电梯后续运行中的最高速度和/或最大加速度。具体而言，本发明的最高速度和/或最大加速度计算方法首先根据电梯的常规运行数据计算电梯驱动系统的转动惯量、不平衡转矩与摩擦转矩的一项或多项，再根据计算结果以及所述最大输出转矩来改变所述电梯运行最高速度和/或最大加速度，更具体地，是首先根据所述电梯运行数据计算所述转动惯量，然后再根据计算结果进一步计算所述不平衡转矩、所述摩擦转矩或所述不平衡转矩与所述摩擦转矩之和，最后根据所述最大输出转矩与上述计算结果来确定所述最高速度和/或最大加速度。

图3所示是本发明电梯控制方法的一实施例中最高速度和/或最大加速度计算的流程图，可见，本发明的最高速度和/或最大加速度计算方法包括如下4个步骤：

步骤1、计算当前负载情况下的驱动系统转动惯量；

当前负载情况下的驱动系统转动惯量的计算是以电梯常规运行数据为基础，利用如下计算方法计算当前负载情况下的驱动系统转动惯量：

当所述常规速度图形满足前述条件1时，根据电梯驱动系统运动方程式，利用电梯常规运行中不同角加速度及其对应的驱动电机输出转矩计算当前负载情况下的驱动系统转动惯量J，具体如下：

由电梯驱动系统的运动方程式得到：

T(k₁)-T_umb-T_fr＝(J_system+J_load)ω‘(k₁)＝Jω‘(k₁)     公式1

T(k₂)-T_umb-T_fr＝Jω‘(k₂)       公式2

式中，J为当前负载情况下的驱动系统转动惯量，包括电梯无负载情况下的驱动系统转动惯量(即驱动系统自身的转动惯量)J_system和电梯负载带来的负载等效转动惯量J_load；T(k₁)和T(k₂)分别是第一时刻k₁和第二时刻k₂的驱动电机输出转矩；ω‘(k₁)和ω‘(k₂)分别是第一时刻k₁和第二时刻k₂的驱动电机角加速度；T_umb和T_fr分别是不平衡转矩和摩擦转矩。

所谓不平衡转矩是指电梯驱动电机为保持轿厢静止而需输出的保持转矩，其大小等于电梯轿厢和负载之和与对重所受重力之差在驱动轮上产生的等效转矩，对于无对重电梯，所述不平衡转矩的大小即为电梯轿厢与负载所受重力之和所产生的转矩。

因ω‘(k₁)≠ω‘(k₂)，故由公式2减去公式1并经简单整理后得到：

$J=\frac{T\left(k_2\right)-T\left(k_1\right)}{{\mathrm{\ω}}^{\′}\left(k_2\right)-{\mathrm{\ω}}^{\′}\left(k_1\right)}$     公式3

式中符号与前述相同。

当所述常规速度图形满足前述条件2时，根据电梯驱动系统运动方程式，利用电梯常规运行中两个等长时间段内驱动电机的输出转矩对时间的积分以及对应等长时间段内电梯驱动系统角速度增量之差来计算当前负载情况下的驱动系统转动惯量J，具体如下：

由电梯驱动系统的运动方程式得到：

T(t)-T_umb-T_fr＝Jω'(t)    公式4

式中符号与公式1相同。

对公式4双边积分，可得

${\∫}_{t_1}^{t_2}T\left(t\right)dt-T_{umb}(t_2-t_1)-T_{fr}(t_2-t_1)=J\×\[\mathrm{\ω}\left(t_2\right)-\mathrm{\ω}\left(t_1\right)\]=J\×{\mathrm{\Δ\ω}}_1$   公式5

${\∫}_{t_3}^{t_4}T\left(t\right)dt-T_{umb}(t_4-t_3)-T_{fr}(t_4-t_3)=J\×\[\mathrm{\ω}\left(t_4\right)-\mathrm{\ω}\left(t_3\right)\]=J\×{\mathrm{\Δ\ω}}_2$   公式6

式中t_i(i＝1,2,3,4)分别是第一时段和第二时段的起止时间点，△ω₁＝ω(t₂)-ω(t₁)和△ω₂＝ω(t₄)-ω(t₃)分别是第一时段和第二时段内驱动电机的角速度变化量。

因△ω₁≠△ω₂，故由公式6减去公式5整理后可得：

$J=\frac{\[{\∫}_{t_3}^{t_4}T\left(t\right)dt-{\∫}_{t_1}^{t_2}T\left(t\right)dt\]-(T_{umb}+T_{fr})\[(t_4-t_3)-(t_2-t_1)\]}{{\mathrm{\Δ\ω}}_2-{\mathrm{\Δ\ω}}_1}$   公式7

当两个时段等长时，即t₄-t₃＝t₂-t₁时，公式7简化为

$J=\frac{{\∫}_{t_3}^{t_4}T\left(t\right)dt-{\∫}_{t_1}^{t_2}T\left(t\right)dt}{{\mathrm{\Δ\ω}}_2-{\mathrm{\Δ\ω}}_1}$   公式8

至此得到当前负载情况下的驱动系统转动惯量J。

步骤2、利用所述当前负载情况下的驱动系统转动惯量J计算不平衡转矩和摩擦转矩或二者之和；

基本思想为利用步骤1计算所得的当前负载情况下的驱动系统转动惯量J，根据描述驱动电机输出转矩、不平衡转矩、摩擦转矩和电机角加速度间关系的电梯驱动系统运动方程式计算得到不平衡转矩T_umb和摩擦转矩T_fr或二者之和，具体计算方法如下：

将步骤1计算所得的所述当前负载情况下的驱动系统转动惯量J代入公式4，由驱动电机的输出转矩T(t)和角加速度ω'(t)，即可得到不平衡转矩T_umb与摩擦转矩T_fr之和，计算公式为：

T_umb+T_fr＝T(t)-Jω'(t)    公式9

对电梯而言，其系统自身的转动惯量J_system是一恒定值，且可根据设计参数预先计算得出。当前负载情况下的驱动系统转动惯量J为系统自身的转动惯量J_system和负载等效转动惯量J_load之和，因此可由步骤1计算所得的当前负载情况下的驱动系统转动惯量J和系统自身的转动惯量J_system得到负载等效转动惯量J_load，并经计算进一步得到电梯当前负载质量M_load，之后可根据负载质量M_load辅以电梯设计参数计算得到不平衡转矩T_umb，最后根据描述驱动电机的输出转矩T(t)、角加速度ω'(t)和不平衡转矩T_umb间关系的电梯驱动系统运动方程式计算得到摩擦转矩T_fr。

不平衡转矩T_umb的计算公式如下：

T_umb＝(M_load-M_cg)×g×R_Tr    公式10

M_load＝f(J_load)＝f(J-J_system)    公式11

式中，M_cg是对重质量；g是重力加速度；R_Tr是驱动绳轮半径；f(*)是表示质量与转动惯量间数学关系的函数；J_system和J分别是电梯无负载情况下的驱动系统转动惯量(即驱动系统自身的转动惯量)和当前负载情况下的驱动系统转动惯量。

将不平衡转矩T_umb代入公式9，并经适当整理后可得如下摩擦转矩T_fr的计算公式：

T_fr＝T(t)-T_umb-Jω'(t)    公式12

至此完成不平衡转矩T_umb和摩擦转矩T_fr或二者之和的计算。

步骤3，利用最大输出转矩、所述转动惯量与所述不平衡转矩、所述摩擦转矩或二者之和计算电梯的初始最高速度和/或最大加速度；

基本思想为根据由电气系统和驱动电机构成的电梯驱动系统所能输出的最大输出转矩T_max以及步骤1计算所得的当前负载情况下的驱动系统转动惯量J与步骤2计算所得的所述不平衡转矩T_umb、所述摩擦转矩T_fr或二者之和来计算电梯的初始最高速度和/或最大加速度，具体计算方法如下：

将当前负载情况下的驱动系统转动惯量J、不平衡转矩T_umb与摩擦转矩T_fr或二者之和代入电梯驱动系统的运动方程式9，且以由电气系统和驱动电机构成的电梯驱动系统所能输出的最大输出转矩T_max替换公式9中驱动电机的输出转矩T(t)，即可计算得到电梯的初始最大加速度，计算公式为：

ω‘(t)＝(T_max-T_umb-T_fr)/J    公式13

在得到T_max、J、T_umb+T_fr以及电梯当前负载质量M_load后，即可轻易算得电梯的初始最高速度。

步骤4，利用所述初始最高速度和/或最大加速度确定电梯后续运行中的最高速度和/或最大加速度；

对于电梯后续运行中的最高速度和/或最大加速度的确定，可以采取如下任一方法：

方法1：直接将步骤3得到的初始最高速度和/或最大加速度作为电梯后续运行中的最高速度和/或最大加速度；

方法2：对步骤3得到的初始最高速度和/或最大加速度进行补偿，再将补偿结果作为电梯后续运行中的最高速度和/或最大加速度。

接下来对方法2进行详细说明。

步骤3中初始最高速度和/或最大加速度是在假定转动惯量、不平衡转矩和摩擦转矩在电梯由启动至停靠在目的楼层这一运行过程中保持近似不变且未考虑风阻效应等影响因素的基础上得到的，这些假定对低速且提升高度较小的电梯是成立的，因此可以直接将初始最高速度和/或最大加速度作为电梯后续运行中的最高速度和/或最大加速度，并按照其生成相应的速度图形。但对于运行速度高、提升高度大的中高速电梯而言，上述假定可能会导致较大误差，最终体现在得到的最高速度和/或最大加速度具有很大保守性。为了解决这一问题，需要对上述假定进行深入分析，利用相关的电梯运行数据和设计参数计算转动惯量、不平衡转矩、摩擦转矩、风阻效应和效率等影响电梯运动方程式的相关因素，并利用计算结果对初始最高速度和/或最大加速度进行补偿，从而得到最终的电梯后续运行最高速度和/或最大加速度。

本发明中，对于初始最高速度和/或最大加速度的补偿主要是两个方面：一是根据电梯轿厢的当前位置、下次停靠位置计算当前负载情况下的驱动系统转动惯量、不平衡转矩、摩擦转矩、效率中的至少一项在电梯轿厢由当前位置移动至下次停靠位置这一过程中的变化量，并进一步计算对应于该变化量的第一速度分量和/或第一加速度分量；二是根据电梯常规运行时的速度和后续运行时的速度分别计算电梯轿厢运行时的风阻转矩及相应的风阻转矩变化，并根据所述风阻转矩变化计算对应于所述风阻转矩变化的第二速度分量和/或第二加速度分量。

如图4所示的本发明电梯控制方法的一实施例中对于初始最高速度和/或最大加速度的补偿方法示意图，可见本发明电梯控制方法的当前负载情况下的驱动系统转动惯量、不平衡转矩、摩擦转矩、效率的至少一项计算单元根据电梯轿厢的当前位置、下次停靠位置、速度、加速度中的至少一项计算当前负载情况下的驱动系统转动惯量、不平衡转矩、摩擦转矩、效率中的至少一项在电梯轿厢由当前位置移动至下次停靠位置这一过程中的变化量(如随行电缆引起的不平衡转矩变化和转动惯量的变化、轿厢位置不同导致的导靴与导轨间的摩擦变化以及整个系统效率的变化等)，第一速度分量和/或第一加速度分量计算单元根据来自当前负载情况下的驱动系统转动惯量、不平衡转矩、摩擦转矩、效率中的至少一项计算单元的计算结果计算出对应当前负载情况下的驱动系统转动惯量、不平衡转矩、摩擦转矩、效率在电梯轿厢由当前位置移动至下次停靠位置这一过程中的变化量的第一速度分量和/或第一加速度分量；与之相似地，本发明电梯控制方法的风阻转矩计算单元根据电梯轿厢的当前位置、下次停靠位置、速度、加速度中的至少一项计算轿厢在风阻转矩由当前位置移动至下次停靠位置这一过程中的变化量，第二速度分量和/或第二加速度分量计算单元根据风阻转矩的变化量计算对应风阻转矩变化量的第二速度分量和/或第二加速度分量；用于执行补偿计算的补偿单元则根据初始最高速度和/或最大加速度，将其与第一速度分量和/或第一加速度分量以及第二速度分量和/或第二加速度分量中的至少一项求和，得出最终的电梯后续运行中的最高速度和/或最大加速度。在上述当前负载情况下的驱动系统转动惯量、不平衡转矩、摩擦转矩、效率中的至少一项和/或风阻转矩的计算中，可能会用到最终的电梯后续运行中的最高速度和/或最大加速度，而其最终的电梯后续运行中的最高速度和/或最大加速度的计算又依赖于不平衡转矩、摩擦转矩、效率中的至少一项和/或风阻转矩的计算，这一问题可借助一些数学工具加以解决，或者将计算中需要的最终的电梯后续运行中的最高速度和/或最大加速度近似替换为初始最高速度和/或最大加速度。

由上述计算过程可以看出，当前负载情况下的驱动系统转动惯量、不平衡转矩、摩擦转矩、效率、风阻转矩在电梯轿厢由当前位置移动至下次停靠位置这一过程中的变化量是以轿厢的当前位置、下次停靠位置、速度、加速度中的一项或多项为自变量的函数，显然经补偿后的电梯后续运行中的最高速度和/或最大加速度在一次运行周期内不再是一恒定值，而是以轿厢的当前位置、下次停靠位置、速度、加速中的一项或多项为自变量的函数。

在实际应用中，对于补偿后得到的结果，还应考虑其它因素的影响，在进一步预留一定的安全余量后，才能得出电梯后续运行中的最高速度和/或最大加速度。

本发明的电梯控制方法计算得到的最高速度和/或最大加速度不同于(通常是大于)电梯的额定速度和/额定加速度。

在本发明的电梯控制方法和电梯控制装置控制下，在电梯启动前电梯控制装置首先按照额定速度和额定加速度生成常规速度图形，之后按照常规速度图形控制电梯，使其进入常规运行模式，记录常规运行模式中的电梯运行数据，再根据常规运行模式中的电梯运行数据计算出在当前运行条件(包括负载、摩擦、效率、温升等)下电梯驱动系统驱动电梯所能实现的最高速度和/或最大加速度，并根据该最高速度和/或加速度生成特别速度图形，然后由速度图形选择单元选定特别速度图形，使电梯在后续运行中遵循特别速度图形，进入特别运行模式。由于特别速度图形中的最高速度和/或最大加速度通常会大于常规速度图形中的最高速度和/或加速度，因此可以提高电梯的运载效率、缩短乘客的侯梯时间，进而实现节能的目的。可见，本发明控制下的电梯在从启动至完成本次运行停止这一过程中分为常规运行和特别运行两个先后衔接的不同阶段，在常规运行阶段完成当前运行条件(包括负载、摩擦、效率、温升等)下电梯驱动系统驱动电梯所能实现的最高速度和/或最大加速度的精确计算并完成后续运行所需的特别速度图形的生成，在特别运行阶段通过按照特别速度图形运行实现电梯运载效率的提高、乘客侯梯时间的缩短。

在本发明的电梯控制方法和电梯控制装置控制下的电梯，其处于常规运行模式的时间通常远远短于其处于特别运行模式的时间。

需要说明的是，本发明的核心思想是利用电梯常规运行数据计算电梯驱动系统的转动惯量以及不平衡转矩和摩擦转矩，再利用其不变性(不同运行条件下保持基本不变)，辅以电梯驱动系统的最大输出转矩计算出电梯可以达到的最高速度和/或最大加速度，藉此实现电梯最高速度和/或最大加速度的改变，从而实现电梯的可变速控制。任何不脱离本发明的核心思想而在本发明基础上所做出的变化均应为本发明的自然延伸与扩展，均应被视为本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种电梯控制方法，其特征在于，所述控制方法对电梯的控制包括如下步骤：

第一步，根据电梯的额定速度和额定加速度生成常规速度图形，并发送至速度图形选择单元；

第二步，速度图形选择单元选择常规速度图形作为电梯控制用速度图形，并发送至驱动控制单元；

第三步，驱动控制单元根据常规速度图形对电梯进行控制，电梯进入常规运行模式；

第四步，记录计算电梯后续运行的最高速度和/或最大加速度所需的电梯常规运行数据；

第五步，根据第四步记录的电梯常规运行数据，计算得出电梯后续运行的最高速度和/或最大加速度；

第六步，根据第五步得到的所述电梯后续运行的最高速度和/或最大加速度生成特别速度图形；

第七步，速度图形选择单元选择特别速度图形作为电梯控制用速度图形，并发送至驱动控制单元；

第八步，驱动控制单元根据特别速度图形对电梯进行控制，电梯进入特别运行模式。

2.根据权利要求1所述的电梯控制方法，其特征在于，所述第一步所生成的常规速度图形中的最高速度和最大加速度不大于电梯的额定速度和额定加速度，且所述常规速度图形至少满足如下条件中的一个：

条件1：存在至少两个时刻，且两时刻对应的角加速度不相等；

条件2：存在至少两个等长时间段，且两时间段内对应的角速度变化量不同。

3.根据权利要求2所述的电梯控制方法，其特征在于，所述第五步包括如下步骤：

步骤1，利用电梯常规运行数据计算当前负载情况下的驱动系统转动惯量；

步骤2，利用所述当前负载情况下的驱动系统转动惯量计算不平衡转矩和摩擦转矩或二者之和；

步骤3，利用最大输出转矩、所述当前负载情况下的驱动系统转动惯量与所述不平衡转矩、所述摩擦转矩或二者之和计算电梯的初始最高速度和/或最大加速度；

步骤4，利用所述初始最高速度和/或最大加速度确定电梯后续运行的最高速度和/或最大加速度。

4.根据权利要求3所述的电梯控制方法，其特征在于：所述步骤1中当前负载情况下的驱动系统转动惯量的计算采用以下方法：

当所述常规速度图形满足所述条件1时，根据电梯驱动系统运动方程式，利用电梯常规运行中不同角加速度及其对应的驱动电机输出转矩计算当前负载情况下的驱动系统转动惯量J；

当所述常规速度图形满足所述条件2时，根据电梯驱动系统运动方程式，利用电梯常规运行中两个等长时间段内驱动电机的输出转矩对时间的积分以及对应等长时间段内电梯驱动系统角速度增量之差来计算当前负载情况下的驱动系统转动惯量J。

5.根据权利要求3所述的电梯控制方法，其特征在于：所述步骤2中不平衡转矩和摩擦转矩或二者之和的计算方法为：利用所述步骤1的计算结果，根据驱动电机输出转矩、不平衡转矩、摩擦转矩和驱动电机角加速度间的关系计算得出不平衡转矩与摩擦转矩之和；或者进一步利用电梯负载质量M_load与电梯无负载时的驱动系统自身的转动惯量J_system与当前负载情况下的驱动系统转动惯量J间的函数关系计算电梯负载质量M_load，再利用电梯负载质量M_load计算不平衡转矩T_umb，最后由当前负载情况下的驱动系统转动惯量J和不平衡转矩T_umb计算出摩擦转矩T_fr。

6.根据权利要求3所述的电梯控制方法，其特征在于：所述步骤3中根据电梯驱动系统运动方程式，利用电梯驱动系统的最大输出转矩以及当前负载情况下的驱动系统转动惯量、所述不平衡转矩与所述摩擦转矩或二者之和来计算电梯的初始最高速度和/或最大加速度。

7.根据权利要求3所述的电梯控制方法，其特征在于：所述步骤4中确定电梯后续运行的最高速度和/或最大加速度的方法为：直接将所述步骤3中所得的初始最高速度和/或最大加速度作为电梯后续运行的最高速度和/或最大加速度；或者对初始最高速度和/或最大加速度进行补偿，并将补偿结果作为电梯后续运行的最高速度和/或最大加速度；补偿方法为：

根据电梯轿厢的当前位置、下次停靠位置计算当前负载情况下的驱动系统转动惯量、不平衡转矩、摩擦转矩、效率中的至少一项在电梯轿厢由当前位置移动至下次停靠位置这一过程中的变化量，并进一步计算对应于该变化量的第一速度分量和/或第一加速度分量；

根据电梯常规运行速度和后续运行速度分别计算电梯轿厢升降时的风阻转矩及相应的风阻转矩变化量，并根据所述风阻转矩变化量计算相应的第二速度分量和/或第二加速度分量；

将初始最高速度和/或最大加速度以及第一速度分量和/或第一加速度分量与第二速度分量和/或第二加速度分量中的至少一项求和，得出电梯后续运行的最高速度和/或最大加速度。

8.根据权利要求7所述的电梯控制方法，其特征在于：补偿后得出的所述电梯后续运行的最高速度和/或最大加速度是一以电梯轿厢的当前位置、下次停靠位置、速度和加速中的一项或多项为自变量的函数。

9.根据权利要求1所述的电梯控制方法，其特征在于：所述常规速度图形与所述特别速度图形在二者衔接点处保持数学意义上的连续；或进一步限定为光滑。

10.一种应用权利要求1所述电梯控制方法的电梯控制装置，其特征在于：所述电梯控制装置包括

常规速度图形生成单元，根据电梯的额定速度和额定加速度生成电梯常规运行控制所需的常规速度图形，并将信号送至速度图形选择单元；

最高速度和/或最大加速度计算单元，根据电梯常规运行数据计算电梯后续运行的最高速度和/或最大加速度，并将计算结果送至特别速度图形生成单元；

特别速度图形生成单元，根据所述最高速度和/或最大加速度计算单元计算得到的所述最高速度和/或最大加速度生成用于控制电梯后续运行的特别速度图形，并将信号传送至速度图形选择单元；

速度图形选择单元，选择常规速度图形和特别速度图形中的一个作为电梯控制用速度图形；

驱动控制单元，根据所述速度图形选择单元选定的电梯控制用速度图形对电梯进行控制，使其实际运行速度跟踪选定的电梯控制用速度图形。

11.根据权利要求10所述的电梯控制装置，其特征在于：电梯启动时，所述常规速度图形生成单元根据额定速度和额定加速度生成常规速度图形，所述速度图形选择单元选定常规速度图形为电梯控制用速度图形。

12.根据权利要求11所述的电梯控制装置，其特征在于：所述最高速度和/或最大加速度计算单元根据来自所述驱动控制单元的常规运行数据，确定电梯后续运行的最高速度和/或最大加速度，并将计算结果送至所述特别速度图形生成单元。

13.根据权利要求12所述的电梯控制装置，其特征在于：所述特别速度图形生成单元根据来自所述最高速度和/或最大加速度计算单元的所述最高速度和/或最大加速度生成电梯后续控制用特别速度图形。

14.根据权利要求13所述的电梯控制装置，其特征在于：所述速度图形选择单元在所述特别速度图形生成单元生成所述特别速度图形后，将所述特别速度图形作为电梯后续控制用速度图形，所述驱动控制单元根据所述特别速度图形对电梯进行控制。

15.根据权利要求10所述的电梯控制装置，其特征在于：当所述驱动控制单元根据常规速度图形对电梯进行控制时，电梯处于常规运行模式；当所述驱动控制单元根据特别速度图形对电梯进行控制时，所述电梯处于特别运行模式。

16.根据权利要求10所述的电梯控制装置，其特征在于：所述电梯控制装置在特别速度图形生成单元生成所述特别速度图形后立即遵循特别速度图形控制电梯，电梯由所述常规运行模式进入所述特别运行模式。