CN104340810A - 控制升降机系统的操作的方法、控制单元和升降机系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种控制升降机系统的操作的方法、控制单元和升降机系统。方法控制升降机系统的操作。该方法接收在升降机的运行期间确定的升降机绳索的摇摆的幅度和升降机绳索的摇摆的速度。该方法根据摇摆的幅度和速度的函数修改连接到升降机绳索的半主动阻尼器致动器的衰减系数。该方法的步骤能够由处理器执行。

Description

控制升降机系统的操作的方法、控制单元和升降机系统

技术领域

本发明一般地涉及升降机系统，并且更具体地涉及减少升降机系统中的升降机绳索的摇摆。 

背景技术

通常的升降机系统包括在竖直的升降机井上沿着导轨在地上和地下移动的轿厢和对重。轿厢和对重借助于卷扬绳索彼此连接。卷扬绳索围绕位于升降机井的顶部或底部的机房中的槽轮缠绕。轮能够利用电动马达来移动，或者对重能够利用直线马达来提供动力。 

绳索摇摆是指升降机井中的卷扬和/或补偿绳索的振荡。振荡能够是使用绳索的升降机系统中的显著问题。振荡能够例如由在升降机系统的运行期间引起建筑物偏转和/或绳索的振动的风引起。如果振荡的频率接近或进入了绳索的自然谐振，则振荡能够大于移位。在这样的情况下，绳索能够与升降机井中的其它设备纠缠，或者离开轮的槽。如果升降机系统使用多个绳索并且绳索异相振荡，则绳索能够变为纠缠，从而带来了安全性风险，并且升降机系统会被损坏。 

各种传统方法通过向绳索施加张力来控制升降机绳索的摇摆。然而，这些方法使用恒定控制动作来减少绳索摇摆。例如，在美国专利5861084和美国专利公开2012/0125720中描述的方法通过在检测到绳索的振动之后在绳索上施加恒定张力来最小化升降机补偿绳索的水平振动。然而，向绳索施加恒定张力是次优的，这是因为恒定张力会对绳索引起不必要的应力。 

在美国专利公开2009/0229922中描述的另一方法使用伺服致动器，其使轮移动以改变补偿绳索的固有频率，从而避免补偿绳索与建筑物的固有频率的谐振。伺服致动器由使用绳索的末端的绳索振动的速度的反馈控制。然而，该方法仅解决了补偿绳索振动摇摆衰减的问题。此外，该方法需要绳索的末端处的绳索摇摆速度的测量，这在实际应用中是困难的。 

美国专利7793763中描述的方法使用安装在轿厢的顶部上的被动阻尼器来使得升降机系统的主绳索的振动。阻尼器连接到轿厢和绳索。预先确定阻尼器的衰减系统的距离和值并且使用其来减少绳索摆动。然而，阻尼器是被动的并且持续与绳索接合，这能够引起绳索上的不必要的额外应力。 

其它方法(例如参见美国专利4460065和美国专利5509503)单纯地使用机械方案来通过物理地限制绳索的横向运动来限制摇摆振幅。这几种方案能够在成本上有效地安装和保持。 

因此，需要减少升降机绳索的摇摆的更优方案。 

发明内容

本发明要解决的技术问题 

本发明的一些实施方式的目的在于提供一种系统和方法，其用于通过向绳索施加衰减力来减少升降机系统中连接到升降机轿厢的升降机绳索的摆动。例如，本发明的一个实施方式使用连接在升降机绳索与升降机轿厢之间的半主动阻尼器致动器来在升降机绳索上施加衰减力。另一实施方式使用连接在升降机绳索与升降机对重之间的半主动阻尼器致动器来在升降机绳索上施加衰减力。 

实施方式的另一目的在于提供一种方法，其最佳地(例如，仅在需要时)施加衰减力，从而能够减少升降机系统的组件的维护。例如，本发明的一个实施方式根据摇摆的幅度和速度的函数更新半主动阻尼器致动器的衰减系数。实施方式通过在绳索上施加随着时间改变的衰减力来减少升降机绳索的横向绳索摇摆。 

本发明的技术方案 

本发明的实施方式基于施加到升降机绳索的衰减力能够用于稳定升降机系统的实现。因此，能够使用升降机系统的模型基于升降机系统的稳定性来分析衰减力。实施方式能够使用各种类型的稳定性用于描述表示升降机系统的动力学系统的微分方程的解。 

例如，一些实施方式要求表示升降机系统的动力学系统是李雅普诺夫稳定的。具体地，能够利用控制李雅普诺夫函数描述升降机系统的稳定，其中，利用控制规则来确定使得升降机系统稳定的升降机绳索的衰减力，从而由控制规则控制的升降机系统的动力学的李雅普诺夫函数的导数为负定的。表示动力学系统的假设模式的拉格朗日 变量及其时间导数与摇摆和摇摆的速度相关。控制李雅普诺夫函数是拉格朗日变量的函数，并且因此，使用控制李雅普诺夫函数确定的控制规则能够与摇摆和摇摆的速度相关。 

一个实施方式使用李雅普诺夫控制理论基于升降机绳索的衰减力来确定稳定升降机系统的状态的控制规则。这样的方法使得能够最优地(例如，仅在需要衰减力时)施加衰减力，这减少了维护成本和系统上的整体能耗。 

一个实施方式基于没有外部扰动的升降机系统的模型来确定控制规则。该实施方式在外部扰动最小或快速消失时是有利的。另一实施方式利用扰动去除分量来修改控制规则以强制李雅普诺夫函数的倒数为负定。该实施方式对于具有稳定扰动的系统来说是有利的。在该实施方式的一个变形例中，在升降机系统的运行期间测量外部扰动。在另一变形例中，基于外部扰动的边界确定扰动去除分量。该实施方式允许在没有测量扰动的情况下补偿扰动。这是由于一般来说，扰动测量是不容易可用的(例如，用于外部扰动的传感器是昂贵的)而是有利的。 

而且，在一个实施方式中，衰减力具有最大衰减值，并且基于摇摆幅度和摇摆速度的值在最佳时间切换到最小值(例如，零)。在另一实施方式中，衰减的幅度是摇摆的幅度的函数并且随着摇摆和摇摆的速度的减小而减小。与一些其它实施方式相比，该实施方式使用更少的能量。 

因此，一个实施方式公开了一种用于控制升降机系统的操作的方法。该方法接收在升降机的运行期间确定的升降机绳索的摇摆的幅度和升降机绳索的摇摆的速度。该方法根据摇摆的幅度和速度的函数修改连接到升降机绳索的半主动阻尼器致动器的衰减系数。该方法的步骤能够由处理器执行。 

另一实施方式公开了一种控制单元，其用于控制连接到升降机系统的升降机绳索的半主动阻尼器致动器的操作。该控制单元包括处理器，其用于根据升降机绳索的摇摆的幅度和升降机绳索的摇摆的速度的函数确定半主动阻尼器致动器的衰减系数。 

又一实施方式公开了一种升降机系统，其包括升降机轿厢和升降机轿厢的对重；升降机绳索，该升降机绳索连接到升降机轿厢或连接到对重；半主动阻尼器致动器，该半主动阻尼器致动器连接到升降机绳索；摇摆单元，用于确定升降机绳索的摇摆的幅度和升降机绳索的摇摆的速度；以及控制单元，用于根据升降机绳索的摇摆的幅度和速度的函数确定半主动阻尼器致动器的衰减系数。 

附图说明

图1A是使用本发明的各种实施方式的升降机系统的示意图； 

图1B是使用本发明的各种实施方式的升降机系统的示意图； 

图1C是使用本发明的各种实施方式的升降机系统的示意图； 

图1D是使用本发明的各种实施方式的升降机系统的示意图； 

图1E是根据本发明的一个实施方式的半主动阻尼器致动器的布置的示意图； 

图2是根据本发明的实施方式的升降机系统的模型的示意图； 

图3A是根据本发明的一些实施方式的通过改变半主动阻尼器致动器的衰减系数来控制升降机系统的操作的方法的框图； 

图3B是根据本发明的实施方式的控制升降机系统的操作的方法的框图； 

图4A是根据本发明的各种实施方式的基于李雅普诺夫理论确定控制规则的方法的框图；以及 

图4B是根据本发明的各种实施方式的基于李雅普诺夫理论确定控制规则的方法的框图。 

具体实施方式

机械系统中的振动减少由于包括系统的安全性和效率的各种原因而是重要的。特别地，升降机系统中的升降机绳索的振动(例如，横向摇摆)与乘客的称作质量和安全性直接相关，并且因此应该减少这样的振动。 

由于例如诸如风或地震活动的外部扰动引起的振动能够由各种类型的悬挂系统来减少。一般来说，存在被动、半主动和主动型悬挂系统。被动悬挂系统具有不想要的乘坐品质。主动悬挂系统使用致动器，其能够在悬挂上施加独立的力以改进乘坐的舒适性并且能够提供想要的用于减少振动的性能。主动悬挂系统的缺点在于增加了成本、复杂性、质量和维护。 

半主动悬挂系统在系统成本和性能之间提供了更好的权衡。例如，半主动阻尼器致动器允许调整诸如粘性衰减系数或刚性的参数，并且能够用于减少振动，并且由于这样的致动器仅消散能量而是可靠的。 

本发明的一些实施方式基于其能够有利地使用半主动阻尼器致动器(即，半主动 阻尼器)通过将衰减力施加到升降机绳索来减少升降机绳索的摇摆的实现。衰减力的这样的施加能够改变升降机绳索的衰减并且减少摇摆。另外，与获得相同或类似性能的被动阻尼器的大小相比，半主动阻尼器的衰减系数的时间改变选择能够有助于减少半主动阻尼器的大小。 

然而，包括被动阻尼器的升降机系统能够被建模为线性系统，而具有半主动阻尼器的升降机系统能够由于作为升降机绳索的状态的函数(其更难以分析)的半主动阻尼器系数的改变而仅被建模为非线性系统。因此，半主动阻尼器的控制是更加困难的，并且不正确的控制能够增加升降机绳索的摇摆。 

本发明的各种实施方式基于下述实现，即能够使用施加到升降机绳索的衰减力来稳定升降机系统。此外，能够利用控制李雅普诺夫函数来描述升降机系统的稳定化，从而稳定升降机系统的升降机绳索的衰减力确保了控制李雅普诺夫函数的导数的负定。通过组合李雅普诺夫理论和绳索衰减致动，根据一些实施方式的切换控制器基于切换条件(例如，实际摇摆的幅度和速度)来优化控制开启和关闭的切换。基于李雅普诺夫理论来获得切换条件以及将要施加的正衰减的幅度。 

因此，切换控制允许仅在需要时(即，在满足切换条件时)向绳索施加衰减，这能够减少维护的开销和系统的整体能耗。 

图1A示出了根据本发明的一个实施方式的升降机系统的示意图。该升降机系统包括升降机轿厢12，其可操作地由至少一个升降机绳索连接到升降机系统的不同组件，例如，升降机轿厢和对重14借助于主绳索16-17和补偿绳索18彼此连接。升降机轿厢12能够包括十字头(crosshead)器30和安全板(safety plank)33。用于贯穿升降机井22移动升降机轿厢12和对重14的滑轮20能够位于升降机井22的顶部(或底部)的机房(未示出)中。升降机系统还能够包括补偿滑轮23。升降机井22包括前壁29、后壁31和一对侧壁32。 

升降机轿厢和对重具有重心，其位于x、y和z方向上的力矩的和为零的点处。换言之，轿厢12或对重14能够在理论上被在重心(x，y，z)处支撑并且平衡，这是因为围绕重心的所有力矩都被抵消。主绳索16-17通常连接到升降机轿厢12的十字头30，轿厢的重心的坐标被投射到该十字头处。主绳索16-17连接到对重14的顶部，对重14的重心的坐标被投射到该顶部。 

在升降机系统的运行期间，系统的不同组件受到内部和外部扰动，例如由于风导 致的摇摆，从而导致组件的横向运动。组件的这样的横向运动能够导致需要对其进行测量的升降机绳索的摇摆。因此，一个或一组摇摆传感器120能够被布置在升降机系统中以确定升降机绳索的横向摇摆。 

该组传感器可以包括至少一个摇摆传感器120。例如，摇摆传感器120被构造为感测与摇摆传感器的位置关联的摇摆位置处的升降机绳索的横向摇摆。 

然而，在各种实施方式中，传感器能够被布置在不同的位置，从而适当地感测和/或测量摇摆位置。传感器的实际位置能够依赖于所使用的传感器的类型。例如，摇摆传感器能够是任何运动传感器(例如，光束传感器)。 

在一个实施方式中，第一摇摆传感器被布置在对应于初始绳索构造(即，没有绳索摇摆)的绳索的自然位置处。其它摇摆传感器被布置为远离该自然位置并且处于与第一摇摆传感器相同的高度。 

在升降机系统的运行期间，确定摇摆的位置并且将其发送给摇摆测量估计单元140(122)。摇摆单元140确定升降机绳索的摇摆的状态(例如，摇摆的幅度和速度)。摇摆单元能够仅基于摇摆测量来确定摇摆的状态。在替选实施方式中，摇摆单元使用摇摆测量和升降机系统的模型来确定摇摆的状态。各种实施方式使用不同的逆模型，例如，包括绳索、滑轮和轿厢的升降机系统的逆模型，同样地，各种实施方式使用用于从测量估计绳索摇摆的各种估计方法。 

在图1A的系统中，利用安装在升降机轿厢12的顶部上并且可操作地连接到升降机绳索的半主动阻尼器致动器130控制绳索摇摆，从而半主动阻尼器能够将衰减力施加到升降机绳索。由控制单元150控制致动器130，该控制单元150计算半主动阻尼器的衰减系数的幅度以改变施加到升降机绳索的衰减力。控制单元还确定衰减力启用的时间和衰减力关闭的时间。切换的时序是基于从摇摆单元140获得的绳索摇摆测量。 

在图1A的实施方式中，半主动阻尼器将衰减力施加到主升降机绳索。然而，在不同的实施方式中，半主动阻尼器的布置变化并且衰减力被施加到不同的升降机绳索。另外，在一些实施方式中，使用多个半主动阻尼器来将衰减力施加到相同或不同的升降机绳索。 

例如，图1B示出了根据另一实施方式的升降机系统的示意图。在该实施方式中，利用安装在升降机轿厢12的底部上的半主动阻尼器致动器131来控制绳索摇摆。 

图1C示出了根据另一实施方式的升降机系统的示意图。在该实施方式中，利用安装在升降机对重14的顶部上的半主动阻尼器致动器132来控制绳索摇摆。 

图1D示出了根据另一实施方式的升降机系统的示意图。在该实施方式中，利用安装在升降机对重14的底部上的半主动阻尼器致动器133来控制绳索摇摆。 

图1E示出了半主动阻尼器致动器134的布置的示意图。半主动阻尼器134连接到升降机轿厢12的轿厢顶并且以离开升降机轿厢的距离160连接到升降机绳索17。半主动阻尼器能够固定或可移动地附接到升降机绳索。当升降机绳索振荡时，半主动阻尼器在与升降机绳索的运动的方向相反的方向上施加衰减力并且对升降机绳索的振荡进行衰减。 

基于模型的控制设计 

图2示出了升降机系统的模型200的示例。模型200基于图1A中所示的升降机系统的参数。能够类似地推导出其它升降机系统的参数和模型。能够使用各种方法来根据升降机系统的模型模拟升降机系统的操作，例如，模拟由摇摆传感器220感测到的由于操作升降机系统引起的升降机绳索的实际摇摆212。 

各种实施方式能够使用升降机系统的不同模型来设计控制规则。例如，一个实施方式基于牛顿第二定律来执行建模。例如，升降机绳索被建模为弦，并且升降机轿厢和对重被分别建模为刚性体230和250。 

在一个实施方式中，根据下式利用任意差分方程(ODE)来确定利用半主动阻尼器致动器控制的升降机系统的模型 

$M\stackrel{..}{q}+(C+G+\tilde{C}U)\stackrel{.}{q}+(K+H+\mathrm{\βU})q=F\left(t\right)+\tilde{F}\left(t\right)U,---\left(1\right)$

其中，q＝[q₁,...,q_N]是拉格朗日坐标向量，是朗格朗日坐标向量相对于时间的一阶导数和二阶导数，N是振动模的数目。朗格朗日变量向量q利用下式定义了横向绳索位移(即，摇摆u(y,t))212。 

$\begin{array}{c}u(y,t)={\mathrm{\Σ}}_{j=1}^{j=N}{q}_j\left(t\right){\mathrm{\ψ}}_j(y,t)+\frac{l-y}{l}{f}_1\left(t\right)+\frac{y}{l}{f}_2\left(t\right)\\ {\mathrm{\ψ}}_j(y,t)=\frac{{\mathrm{\φ}}_j\left(\mathrm{\ξ}\right)}{\sqrt{l\left(t\right)}}\end{array}$

其中，φ_j(ξ)是无维度变量ξ＝y/l的第j形状函数。 

在等式(1)中，M是惯性矩阵，通过组合离心矩阵和克里奥利矩阵(K+H)构 造的是刚性矩阵并且是外部力的向量。利用下式给出这些矩阵和向量的元素： 

${\tilde{C}}_{\mathrm{ii}}=l^{-1}2\sin (\mathrm{\π}(l-l_{\mathrm{dp}})/l)\sin (\mathrm{\π}(l-l_{\mathrm{dp}})/l),$

${\tilde{F}}_i\left(t\right)={\stackrel{.}{f}}_1\frac{1}{\sqrt{l}}{\mathrm{\Φ}}_i\left(\frac{l-l_{\mathrm{dp}}}{l}\right)+\frac{l-l_{\mathrm{dp}}}{\sqrt{l}}{\mathrm{\Φ}}_i\left(\frac{l-l_{\mathrm{dp}}}{l}\right)\left[l^{-1}({\stackrel{.}{f}}_2-{\stackrel{.}{f}}_1)\right],$

U＝k_dp, 

${\mathrm{\β}}_{\mathrm{ii}}={\mathrm{il}}^{-2}(-{\mathrm{\Φ}}_i^{\′}\left(\frac{l-l_{\mathrm{dp}}}{l}\right){\mathrm{\Φ}}_i\left(\frac{l-l_{\mathrm{dp}}}{l}\right)\left(\frac{l_{\mathrm{dp}}}{l}\right)-0.5{{\mathrm{\Φ}}^2}_i\left(\frac{l-l_{\mathrm{dp}}}{l}\right)),$

其中，是函数s关于变量的一阶导数，符号s⁽²⁾(.)是函数s关于其变量的二阶导数，并且是函数s关于其变量v在间隔[v₀,v_f]上的积分。克罗内克函数是两个变量的函数，并且如果变量相等则为1并且否则为零，ρ是每单位长度的绳索的质量，c是每单位长度的升降机绳索的衰减系数，f₁(t)是表示由于外部扰动(例如，风状况)导致的顶部建筑物摇摆的第一边界条件，f₂(t)是表示由于外部扰动(例如，风状况)导致的轿厢摇摆的第二边界条件，l(t)是主轮112与升降机轿厢12之间的升降机绳索260的长度，m_e、m_cs分别是升降机轿厢和滑轮240的质量，g是重力加速度，即g＝9.8m/s²，l_dp是升降机轿厢的顶部与半主动阻尼器致动器与绳索 之间的接触点之间的距离160，k_dp是半主动阻尼器衰减系数的时间变化值。 

由等式(1)给出的系统模型是系统的模型的示例。本发明的实施方式可以使用基于不同理论(例如，梁(beam)理论)来替代弦理论的其它模型。 

更新半主动阻尼器致动器的衰减系数 

由半主动阻尼器致动器生成的衰减力F与升降器绳索的摇摆的速度v相关，即F＝-cv， 

其中，c是半主动阻尼器致动器的衰减系数，例如，单位为牛顿秒每米。 

与被动阻尼器相反地，能够在致动器的运行期间改变半主动阻尼器致动器的衰减系数。各种实施方式使用不同类型的半主动阻尼器致动器，并且对于不同半主动阻尼器致动器来说，改变衰减系数的机制也不同。 

图3A示出了根据本发明的一些实施方式的控制升降机系统的操作的方法的框图。本发明的各种实施方式响应于接收到340在升降机系统的运行期间确定的升降机绳索的摇摆的幅度和速度改变350连接到升降机绳索的半主动阻尼器致动器的衰减系数。该方法的步骤能够由处理器301执行。 

一些实施方式根据摇摆的幅度和速度的函数360改变衰减系数。在一些实施方式中，函数是定义用于改变衰减系数的值的切换条件365的切换函数。例如，一个实施方式根据函数的符号更新衰减系数。在各种实施方式中，函数360由用于控制半主动阻尼器致动器的控制规则来使用。 

控制规则 

一些实施方式确定用于控制半主动阻尼器130的控制规则。半主动阻尼器基于控制规则改变升降机绳索的衰减。一个实施方式确定针对一个假设的模式(即，下面描述的N＝1的情况下的等式(1))的控制规则。然而，其它实施方式类似地确定针对任意数目的模式的控制规则。在各种实施方式中，所假设的模式是特征为模态频率和模态形状的升降机绳索的振动的模式，并且根据升降机绳索的振动中的半波的数目来进行编号。 

图3B示出了用于控制升降机系统的操作的方法的框图。该方法能够使用处理器301来实施。方法确定控制规则326，其使用在升降机系统中支撑升降机轿厢的升降机绳索的衰减力335来稳定升降机系统的状态。控制规则是升降机绳索的摇摆的振幅322和升降机绳索的摇摆的速度324的函数，并且被确定为李雅普诺夫函数314沿着 由控制规则控制的升降机系统的动力学的导数为负定。控制规则能够存储在存储器302中。存储器302能够是任意类型并且能够可操作地连接到处理器301。 

李雅普诺夫函数的负定要求确保了升降机系统的稳定并且减少了摇摆。而且，确定基于李雅普诺夫理论的控制规则允许最优地施加衰减力，即，仅在需要时施加衰减力以减少摇摆，并且因此减少升降机系统的维护开销并且减少能耗。例如，能够基于绳索的摇摆的幅度和绳索的摇摆的速度的乘积的符号来施加衰减力。 

一个实施方式基于不具有扰动316的升降机系统的模型312确定控制规则326。扰动包括诸如风的力或地震活动的外部扰动。该实施方式在外部扰动较小或很快消散时是有利的。然而，这样的实施方式在扰动较大且稳定时能够是次优的。 

另一实施方式利用扰动去除分量318来修改控制规则以强制李雅普诺夫函数的导数为负定。该实施方式对于受到长期扰动的升降机系统来说是有利的。在该实施方式的一个变形例中，在升降机系统的运行期间测量外部扰动。在另一实施方式中，基于外部扰动的边界来确定扰动去除分量。该实施方式允许在没有测量扰动的情况下对于扰动进行补偿。 

在升降机系统的运行期间，该方法确定升降机绳索的摇摆的幅度322和速度324。例如，能够使用升降机系统的状态的各种采样来直接测量幅度和速度。另外地或替选地，能够使用例如升降机系统的模型、少数目的采样或者各种插值技术来估计摇摆的幅度和速度，并且减少采样的数目。接下来，基于控制规则326和升降机绳索的摇摆的幅度322和速度324来确定诸如致动器130-134的半主动阻尼器致动器施加到升降机绳索的衰减力335。 

李雅普诺夫控制 

一些实施方式使用半主动阻尼器致动器施加到绳索的衰减力和李雅普诺夫理论来稳定升降机系统，并且因此稳定摇摆。通过组合李雅普诺夫理论和绳索衰减致动，根据一些实施方式，控制单元150基于切换条件(例如，实际摇摆的幅度和速度)来优化控制接通和控制关闭的切换。基于李雅普诺夫理论获得将要应用的切换条件以及正衰减系数(即，衰减力)的幅度。 

一个实施方式将控制李雅普诺夫函数V(x)定义为 

$V\left(x\right)=\frac{1}{2}{\stackrel{.}{q}}^T\left(t\right)M\stackrel{.}{q}\left(t\right)+\frac{1}{2}{q}^T\left(t\right)\mathrm{Kq}\left(t\right),$

其中，q，是表示假设的模式及其时间倒数的拉格朗日变量，M、K分别是在等 式(2)的模型中定义的质量矩阵和刚性矩阵，并且其中，T是转置运算符。 

如果假设模式等于1，则朗格朗日变量q，根据下面的等式与摇摆u(y,t)和摇摆速度du(y,t)/dt相关。 

$u(y,t)=\frac{\sqrt{2}\sin \left(\frac{\mathrm{\πy}}{l}\right)q\left(t\right)}{\sqrt{l}};$

$\mathrm{du}(y,t)/\mathrm{dt}=\frac{\sqrt{2}\sin \left(\frac{\mathrm{\πy}}{l}\right)\stackrel{.}{q}\left(t\right)}{\sqrt{l}}.$

图4A示出了基于李雅普诺夫理论确定控制规则的方法的框图。基于摇摆的幅度u(y,t)322和摇摆速度du(y,t)/dt324确定410朗格朗日变q，量430和435。例如，一个实施方式根据下式确定朗格朗日变量 

$q\left(t\right)=\frac{\sqrt{l}u(y,t)}{\sqrt{2}\sin \left(\frac{\mathrm{\πy}}{l}\right)},$

$\stackrel{.}{q}\left(t\right)=\frac{\sqrt{l}\mathrm{du}(y,t)/\mathrm{dt}}{\sqrt{2}\sin \left(\frac{\mathrm{\πy}}{l}\right)}.$

能够使用各种方法直接测量或估计摇摆幅度u(y,t)和速度du(y,t)/dt。例如，一个实施方式使用感测摇摆位置处的升降机绳索的摇摆的摇摆传感器确定摇摆。另一实施方式使用摇摆的采样和系统的模型来确定摇摆的幅度。在确定了摇摆幅度之后，一些实施方式使用例如一阶导数来确定摇摆速度 

$\mathrm{du}(y,t)/\mathrm{dt}=\frac{u(y,t+\mathrm{\δt})-u(y,t)}{\mathrm{\δt}}$

其中，δt是两个摇摆幅度测量或估计之间的时间。 

一些实施方式将控制规则确定为使得李雅普诺夫沿着由控制规则U控制的升降机系统的动力学的导数为负定。一个实施方式根据下式对于所有t在没有扰动(即，F(t)＝0，)的情况下确定李雅普诺夫函数沿着例如由等式(1)表示的动力学的导数， 

$\begin{array}{c}\stackrel{.}{V}\left(x\right)=\stackrel{.}{q}(-C\stackrel{.}{q}-\tilde{C}\stackrel{.}{q}U-\mathrm{Kq}-\mathrm{\βqU})+\mathrm{Kq}\stackrel{.}{q}\\ =-C{\stackrel{.}{q}}^2-(\tilde{C}\stackrel{.}{q}-\mathrm{\βq})\stackrel{.}{q}U,\end{array}$

其中，根据等式(1)来确定系数C、K和β。 

为了确保导数的负定，根据一个实施方式的控制规则根据下式改变半主动阻尼器致动器的衰减系数 

在一些实施方式中，u_min等于零。 

该控制规则在两个常量(例如u_min，其是表示半主动阻尼器的最小衰减系数的正常数；与u_max，其是表示半主动阻尼器A的最大衰减系数的正常数)之间切换。根据控制规则(3)的控制器通过在半主动阻尼器130的最大与最小衰减系数之间切换而在没有稳定的情况下稳定升降机系统。该控制器容易实施并且当扰动未知或最小时是有利的。 

例如，在一些实施方式中，衰减系数值基于下述函数的符号，该函数基于绳索的摇摆的幅度和绳索的摇摆的速度。确定440该函数并且对符号进行测试450。如果符号为正，则应用最大衰减系数455。如果符号为负，则应用最小衰减系数460，例如，没有应用衰减系数，即U＝0。 

图4B示出了确保导数的负定的替选实施方式的框图。在该情况下，半主动阻尼器致动器130的衰减系数根据摇摆的幅度和速度的变化函数465生成应用于升降机系统的衰减力。与之前的实施方式相比，该实施方式由于实施方式使用更少的能量来控制摇摆而是有利的。 

根据该实施方式，衰减系数的控制规则U(x)为： 

其中，k是小于u_max的正反馈增益。 

控制器的该选择导致 

$\stackrel{.}{V}\left(x\right)\≤0,$

其由用于切换后的系统的全局克拉索夫斯基-拉塞尔理论给出，并且利用根据等式(3)或(4)的控制规则的动力学(1)的结构暗示了在扰动F(t)＝0时是全局指数稳定的。正变化控制465随着乘积的幅度的减小而减小，这意味着，当摇摆幅度减小时，施加到控制的力也减小。因此，该变化控制规则使用更少的能量。 

在根据等式(4)的控制规则的控制下，控制的幅度随着q，的幅度的减小而减 小并且|U|≤u_max。因此，控制规则被确定为使得半主动阻尼器的衰减系数与升降机绳索的摇摆的幅度成比例，并且当摇摆或其速度较高时，使用高衰减系数，这是因为当乘积q，减少时，控制衰减也减少。 

扰动下的控制 

等式(3)、(4)在扰动F(t)＝0,时稳定升降机系统，但是当扰动F(t)、 不为零时，李雅普诺夫函数导数不再被强制在所有时间都为零，这是因为导数为： 

$\begin{array}{c}\stackrel{.}{V}\left(x\right)=\stackrel{.}{q}(-C\stackrel{.}{q}-\tilde{C}U\stackrel{.}{q}-\mathrm{Kq}-\mathrm{\βUq})+\mathrm{Kq}\stackrel{.}{q}+\stackrel{.}{q}F\left(t\right)+\stackrel{.}{q}\tilde{F}\left(t\right)U\\ =-C{\stackrel{.}{q}}^2-\tilde{C}U{\stackrel{.}{q}}^2-\mathrm{\βUq}\stackrel{.}{q}+\stackrel{.}{q}F\left(t\right)+\stackrel{.}{q}\tilde{F}\left(t\right)U,\end{array}$

其中，对于等式(1)定义系数C、K和β。 

由于扰动，能够失去升降机系统的闭环动力学的全局指数稳定。然而，一些实施方式基于状态向量对于有界扰动F(t)、是有界的实现。因此，用于没有外部扰动316的升降机系统的控制规则能够利用扰动去除分量318来修改以确保李雅普诺夫函数的导数为负定。此外，能够基于外部扰动F(t)的边界来确定扰动去除分量。该实施方式在不想要扰动的直接测量时是有利的。 

一些实施方式使用李雅普诺夫重建技术来确定扰动去除分量v(x)。根据下式利用扰动去除分量318来修改没有外部扰动U_nom的控制规则： 

U(x)＝U_{nom}(x)+v(x) 

在该情况下，李雅普诺夫导数是 

$\begin{array}{c}\stackrel{.}{V}\left(x\right)=\stackrel{.}{q}(-C\stackrel{.}{q}-\tilde{C}U\stackrel{.}{q}-\mathrm{Kq}-\mathrm{\βUq})+\mathrm{Kq}\stackrel{.}{q}+\stackrel{.}{q}F\left(t\right)-\mathrm{\βvq}\stackrel{.}{q}+\stackrel{.}{q}U\tilde{F}\left(t\right)\\ \≤-\mathrm{\βvq}\stackrel{.}{q}-C{\stackrel{.}{q}}^{2}v+\stackrel{.}{q}F\left(t\right)+\stackrel{.}{q}\widetilde{\mathrm{UF}}\left(t\right).\end{array}$

一些实施方式选择v，从而是负定的。例如，一个实施方式选择满足下式的v： 

$\begin{array}{c}v\left(x\right)=\left(\tilde{k}\right|U\_\left\{\mathrm{nom}\right\}|+\tilde{h})\mathrm{sign}(\tilde{C}{\stackrel{.}{q}}^2+\mathrm{\βq}\stackrel{.}{q}-\tilde{F}\left(t\right)\stackrel{.}{q})(F\_\{\max \}+\mathrm{\ϵ})\left|\stackrel{.}{q}\right|\\ \tilde{k}>0,\tilde{h}>0,\mathrm{\ϵ}>0,F\_\left\{\max \right\}\≥\max (F\left(t\right),\tilde{F}\left(t\right)),\∀t,\end{array}$

其中，F_max表示扰动F(t)的上限，根据等式(1)来定义并且符号函数为： 

能够以各种形式来实施本发明的上述实施方式。例如，可以使用硬件、软件或其组合来实施实施方式。当以软件实施时，软件代码能够在任何适合的处理器或处理器集合上执行，所述处理器可以设置在单个计算机中或者分布在多个计算机上。这样的处理器可以实施为集成电路，其中，一个或多个处理器采用集成电路组件的形式。但是，处理器可以使用任何适合的形式的电路来实施。 

此外，应理解的是，计算机可以实施为各种形式，例如，机架计算机、台式计算机、膝上计算机、微型计算机或平板计算机。这样的计算机可以以任何适合的形式由一个或多个网络互连，所互网络包括局域网或诸如企业网或互联网的广域网。这样的网络可以基于任何适合的技术并且可以根据任何适合的协议来运行并且可以包括无线网络、有线网络或光纤网络。 

而且，这里示出的各种方法或处理可以被编码为可在采用各种操作系统或平台中的任一个的一个或多个处理器上执行的软件。另外，这样的软件可以使用任何适合的编程语言和/或编程或脚本工具来编写，并且也可以被编译为可执行机器语言代码或在框架或虚拟机上执行的中间代码。例如，本发明的一些实施方式使用MATLAB-SIMULIMK。 

在这一方面，本发明可具体实现为计算机可读存储介质或多个计算机可读介质，例如计算机存储器、紧凑盘(CD)、光盘、数字视频盘(DVD)、磁带和闪存。另选地或另外地，本发明可具体实现为计算机可读存储介质以外的计算机可读介质，例如传播信号。 

本文中在一般意义上使用术语“程序”或“软件”来指代任何类型的计算机代码或计算机可执行指令集，其可被采用以将计算机或其它处理器编程为实现如上所述的本发明的各个方面。 

计算机可执行指令可为许多形式，例如由一个或更多个计算机或其它装置执行的程序模块。通常，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构。通常，在各种实施方式中，程序模块的功能可根据需要组合或分布。 

另外，本发明的实施方式可具体实现为方法，所述方法的示例已提供。作为方法的一部分执行的行为可按照任何合适的方式排序。因此，实施方式可被构造为按照与图示顺序不同的顺序执行行为，这可包括即使一些行为在示意性实施方式中作为顺序行为示出，也同时执行所述行为。 

Claims (20)

1.一种控制升降机系统的操作的方法，所述方法包括：

接收在所述升降机系统的操作期间确定的升降机绳索的摇摆的幅度和所述升降机绳索的摇摆的速度；以及

响应于该接收，根据所述摇摆的幅度和速度的函数修正连接到所述升降机绳索的半主动阻尼器致动器的衰减系数，

其中，所述方法的步骤由处理器执行。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述修正是根据所述函数的符号来进行的。

3.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括：

确定控制规则，所述控制规则使得所述升降机系统的状态稳定，其中，所述控制规则基于所述函数确定所述衰减系数的值，使得所述衰减系数的值确保控制李雅普诺夫函数的导数的负定。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述控制规则被确定为使得所述半主动阻尼器致动器的衰减系数的值与所述升降机绳索的摇摆的幅度成比例。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述控制规则基于函数的符号确定衰减系数的值的切换条件。

6.根据权利要求3所述的方法，其中，所述控制规则基于所述升降机绳索的摇摆的幅度与所述升降机绳索的摇摆的速度的乘积的符号分配所述半主动阻尼器致动器的衰减系数的值。

7.根据权利要求3所述的方法，所述方法进一步包括：

基于没有外部扰动的所述升降机系统的模型确定针对所述升降机系统的控制规则；以及

利用扰动去除分量修正控制规则以强制所述李雅普诺夫函数的导数在存在外部扰动的情况下为负定。

8.根据权利要求3所述的方法，其中，所述控制规则U(x)包括

其中，u_min是表示所述半主动阻尼器致动器的最小衰减系数的正常数，并且u_max是表示所述半主动阻尼器致动器的最大衰减系数的正常数，并且是表示假设的模式及假设的模式的时间导数的拉格朗日变量，并且β是所述升降机系统的模型的系数。

9.根据权利要求3所述的方法，其中，所述控制规则U(x)包括

其中，并且是表示假设的模式及假设的模式的时间倒数的拉格朗日变量，k是小于u_max的正反馈增益，u_min是表示所述半主动阻尼器致动器的最小衰减系数的正常数，u_max是表示所述半主动阻尼器致动器的最大衰减系数的正常数，并且β是所述升降机系统的模型的系数。

10.根据权利要求3所述的方法，其中，所述控制规则U(x)包括

U(x)＝U_{nom}(x)+v(x)

其中

$\begin{array}{c}v\left(x\right)=\left(\tilde{k}\right|U\_\left\{\mathrm{nom}\right\}|+\tilde{h})\mathrm{sign}(\tilde{C}{\stackrel{\·}{q}}^2+\mathrm{\βq}\stackrel{\·}{q}-\tilde{F}\left(t\right)\stackrel{\·}{q})(F\_\{\max \}+\mathrm{\ϵ})\left|\stackrel{\·}{q}\right|\\ \tilde{k}>0,\tilde{h}>0,\mathrm{\ϵ}>0,F\_\left\{\max \right\}\≥\max (F\left(t\right),\tilde{F}\left(t\right)),\∀t,\end{array}$

其中，并且是表示假设的模式及所述假设的模式的时间倒数的拉格朗日变量，并且ε是正增益，β是从所述升降机系统的模型获得的系数，F_{max}表示扰动F(t)和的上限，并且U_{nom}表示没有扰动的情况下的控制规则并且符号函数为

11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述半主动阻尼器致动器被布置在升降机轿厢的顶部与主绳索之间，或者布置在对重的顶部与所述主绳索之间。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述半主动阻尼器致动器被布置在升降机轿厢的底部与补偿绳索之间，或者布置在对重的底部与所述补偿绳索之间。

13.一种升降机系统，所述升降机系统包括：

升降机轿厢和所述升降机轿厢的对重；

升降机绳索，所述升降机绳索连接到所述升降机轿厢或连接到所述对重；

半主动阻尼器致动器，所述半主动阻尼器致动器连接到所述升降机绳索；

摇摆单元，所述摇摆单元用于确定升降机绳索的摇摆的幅度和所述升降机绳索的摇摆的速度；以及

控制单元，所述控制单元用于根据所述升降机绳索的摇摆的幅度和速度的函数确定所述半主动阻尼器致动器的衰减系数。

14.根据权利要求13所述的升降机系统，其中，所述控制单元根据所述函数的符号确定所述衰减系数。

15.根据权利要求13所述的升降机系统，其中，所述控制单元根据使得所述升降机系统的状态稳定的控制规则确定所述衰减系数，其中，所述控制规则基于所述函数确定所述衰减系数的值，使得所述衰减系数的值确保了控制李雅普诺夫函数的导数的负定。

16.根据权利要求15所述的升降机系统，其中，所述控制规则被确定为使得所述半主动阻尼器致动器的所述衰减系数的值与所述升降机绳索的摇摆的幅度成比例。

17.根据权利要求15所述的升降机系统，其中，所述控制规则基于所述函数的符号确定所述衰减系数的值的切换条件。

18.根据权利要求15所述的升降机系统，其中，所述控制规则基于所述升降机绳索的摇摆的幅度与所述升降机绳索的摇摆的速度的乘积的符号分配所述半主动阻尼器致动器的所述衰减系数的值。

19.根据权利要求15所述的升降机系统，其中，所述控制规则包括扰动去除分量，用于强制所述李雅普诺夫函数的导数在外部扰动的情况下为负定。

20.一种控制单元，所述控制单元用于控制连接到升降机系统的升降机绳索的半主动阻尼器致动器的操作，所述控制单元包括：

处理器，所述控制器用于根据升降机绳索的摇摆的幅度和所述升降机绳索的摇摆的速度的函数确定所述半主动阻尼器致动器的衰减系数。