CN105800399B - 电梯的启动控制方法和电梯控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电梯的启动控制方法，首先采用开环前馈控制的方式对电梯的电机进行启动，并通过检测电机的电流大小来判断变频器与电机之间是否可靠接通，在判断接通可靠的情况下再切换为常规的双闭环控制的方式，从而避免电梯在异常状态下启动。本发明还涉及一种电梯控制系统。由于是从开环前馈控制的方式切换到双闭环控制，切换速度很快，在可靠接通后能够迅速启动。

Description

电梯的启动控制方法和电梯控制系统

技术领域

本发明涉及升降机的控制系统，特别是涉及一种电梯的启动控制方法，还涉及一种电梯控制系统。

背景技术

在电梯控制系统中，目前基本都采用闭环矢量控制全变频控制，变频器的输出经过输出接触器、电机线直接加到电机三相端子上。这中间一旦某个环节出现问题，电梯运行就会出现异常。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够避免电梯在异常状态下启动的电梯的启动控制方法。

一种电梯的启动控制方法，包括采用双闭环控制的方式对电梯的电机进行启动的步骤，所述步骤前还包括采用开环前馈控制的方式对电梯的电机进行启动的步骤，具体包括：电梯控制系统进行运行前准备；根据定子电压方程，得到励磁电流给定和转矩电流给定在旋转坐标系下的电压；将所述旋转坐标系下的电压进行PARK反变换得到两相静止坐标系下的电压；将所述两相静止坐标系下的电压进行空间矢量脉宽调制，得到多路脉冲宽度调制驱动信号；所述多路脉冲宽度调制驱动信号经过驱动模块处理后输出给所述电机；获取所述电机的相电流，并计算得到在旋转坐标系下的励磁电流；将所述旋转坐标系下的励磁电流和所述励磁电流给定进行比较，当所述旋转坐标系下的励磁电流达到所述励磁电流给定的第一百分比阈值时，执行所述采用双闭环控制的方式对电梯的电机进行启动的步骤。

在其中一个实施例中，所述电梯控制系统进行运行前准备的步骤包括：发出变频器的输出接触器的吸合命令；在检测到所述输出接触器的触点吸合后延迟第一时间，再发出电梯运行命令。

在其中一个实施例中，若所述电梯控制系统进行运行前准备后的步骤完成后经过第二时间，所述旋转坐标系下的励磁电流仍未达到所述励磁电流给定的第一百分比阈值，则判定线路故障并停止电梯的启动运行。

在其中一个实施例中，所述获取所述电机的相电流，并计算得到在旋转坐标系下的励磁电流的步骤，是获取所述电机的三相电流，并进行CLARKE变换后得到两相静止坐标系下的电流，再进行PARK变换得到所述在旋转坐标系下的励磁电流。

在其中一个实施例中，所述旋转坐标系是m-t旋转坐标系，所述根据定子电压方程得到励磁电流给定和转矩电流给定在旋转坐标系下的电压的步骤是通过如下公式进行计算：

UmRef＝Rs*ImRef–2πf*ItRef*La；

UtRef＝Rs*ItRef+2πf*ImRef*Ls；

其中Rs、La、Ls分别为定子电阻、定子漏感、定子互感，ImRef、ItRef分别为所述励磁电流给定和转矩电流给定，UmRef、UtRef分别为m轴输出电压、t轴输出电压，f为通过编码器检测到的所述电机的旋转频率，在所述采用开环前馈控制的方式对电梯的电机进行启动的步骤中取所述ItRef和f为0。

在其中一个实施例中，所述第一百分比阈值为50％。

在其中一个实施例中，所述第一时间为50毫秒～400毫秒。

在其中一个实施例中，所述第二时间为1秒～2秒。

还有必要提供一种电梯控制系统。

一种电梯控制系统，包括：运行准备模块，用于进行电梯运行前的准备；励磁电流调节器，用于根据定子电压方程算出在m-t旋转坐标系下的m轴电压，并将输入的励磁电流给定进行调节后输出所述m轴电压；转矩电流调节器，用于根据定子电压方程算出在m-t旋转坐标系下的t轴电压，并将输入的转矩电流给定进行调节后输出所述t轴电压；PARK反变换模块，用于将m轴电压和t轴电压进行PARK反变换得到两相静止坐标系下的电压；空间矢量脉宽调制模块，用于将所述两相静止坐标系下的电压进行空间矢量脉宽调制，得到多路脉冲宽度调制驱动信号；驱动模块，用于将所述多路脉冲宽度调制驱动信号经过处理后输出给电梯的电机；反馈模块，用于获取所述电机的相电流，并计算得到在旋转坐标系下的励磁电流和转矩电流；判断模块，用于将所述旋转坐标系下的励磁电流和所述励磁电流给定进行比较，当所述旋转坐标系下的励磁电流达到所述励磁电流给定的第一百分比阈值时，发出命令使所述控制系统采用双闭环控制的方式对电梯的电机进行启动。

在其中一个实施例中，所述驱动模块是智能功率模块。

上述电梯的启动控制方法和电梯控制系统，采用开环前馈控制的方式对电梯的电机进行启动，并通过检测电机的电流大小来判断变频器与电机之间是否可靠接通，在判断接通可靠的情况下再切换为常规的双闭环控制的方式，从而避免电梯在异常状态下启动。且由于是从开环前馈控制的方式切换到双闭环控制，切换速度很快，在可靠接通后能够迅速启动。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。

图1是一实施例中电梯的启动控制方法的流程图；

图2是一实施例中电梯控制系统的结构框图；

图3是另一实施例中电梯控制系统的结构框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“竖直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明的电梯的启动控制方法，首先采用开环前馈控制的方式对电梯的电机进行启动，并通过检测电机的电流大小来判断变频器与电机之间是否可靠接通，在判断接通可靠的情况下再切换为常规的双闭环控制的方式，从而避免电梯在异常状态下启动。

图1是一实施例中电梯的启动控制方法的流程图，包括：

S110，电梯控制系统进行运行前准备。

电梯满足运行条件后，电梯控制系统发出运行命令。在本实施例中，是先发出变频器的输出接触器的吸合命令，在检测到输出接触器的触点吸合后延迟第一时长T1，然后发出电梯运行命令。在其中一个实施例中，T1为50毫秒～400毫秒。

S120，根据定子电压方程得到励磁电流给定和转矩电流给定在旋转坐标系下的电压。

以m-t旋转坐标系(实际上和常见的d-q旋转坐标系是一样的)进行说明，定子电压方程如下:

UmRef＝Rs*ImRef–2πf*ItRef*La；

UtRef＝Rs*ItRef+2πf*ImRef*Ls；

其中Rs、La、Ls分别为定子电阻、定子漏感、定子互感；ImRef、ItRef分别为励磁电流给定和转矩电流给定；UmRef、UtRef分别为m轴输出电压、t轴输出电压；f为通过编码器检测到的电机旋转频率。其中ItRef为速度环输出。在此阶段给定速度V*为零，当电梯抱闸系统没有打开时，f为零，经过速度环调节后ItRef为零。ImRef可以根据电机参数计算得到。

S130，将旋转坐标系下的电压进行PARK反变换得到两相静止坐标系下的电压。

在本实施例中，是对同步频率进行积分得到坐标变换角度，根据坐标变换角度计算各sin和cos值，再将UmRef、UtRef进行PARK反变换得到两相静止坐标系下的电压U_alpha、U_beta。可以看到由于前面得到的UtRef为0，因此很多计算可以省略。但因后续的双闭环控制阶段UtRef不为零，因此相应的计算模块不能省略，本实施例中在介绍开环前馈控制时将这些计算模块的功能一并列出，实际中设计时则可以将输入和输出均为0的计算省略。

S140，将两相静止坐标系下的电压进行空间矢量脉宽调制，得到多路PWM驱动信号。

在本实施例中，是进行空间矢量脉宽调制(SVPWM)后得到6路脉冲宽度调制(PWM)驱动信号。

S150，多路脉冲宽度调制驱动信号经过驱动模块处理后输出给电机。

在本实施例中，6路PWM驱动信号是经过智能功率模块(IPM)处理后作用在电机上。

S160，获取电机的相电流，并计算得到在旋转坐标系下的励磁电流。

获取电机的三相电流，并进行CLARKE变换后得到两相静止坐标系下的电流，再进行PARK变换得到在m-t旋转坐标系下的励磁电流。

在其中一个实施例中，是通过相电流检测电路将电机二相相电流检测出来，根据三相电流总和为零的原理，求出第三相电流，进行CLARKE变换，将得到的三相相电流通过CLARKE变换公式变为二相静止坐标系下电流，对同步频率进行积分得到坐标变换角度，根据坐标变换角度计算出各sin和cos值，进行PARK变换，将二相静止坐标系下的电流变换为m-t旋转坐标系下的励磁电流ImFed和转矩电流ItFed。

S170，将旋转坐标系下的励磁电流和励磁电流给定进行比较，当旋转坐标系下的励磁电流大于或等于励磁电流给定的第一百分比阈值时，执行步骤S180。

本步骤是根据ImFed的大小来判断变频器与电机之间是否可靠接通。由于ImFed的大小是跟随ImRef的，因此通过ImFed与ImRef的比值来判断是否可靠接通。在本实施例中，是在ImFed达到ImRef的1/2时就判定为可靠接通。第一百分比阈值为一个经验值，在其他实施例中也可以为20％～80％等。可以通过实测的方式得到可靠接通时ImFed与ImRef的比例关系，来设定第一百分比阈值的取值。

S180，采用双闭环控制的方式对电机进行启动。

当检测到上述输出线路正常后，控制算法改为常规的双闭环控制。具体是根据ImRef与ItFed闭环输出UmRef，根据ItRef与ItFed闭环输出UtRef，将得到的m轴电压UmRef和t轴电压UtRef经过反PARK变换得到两相静止坐标下的电压U_alpha、U_beta，两相静止坐标下电压U_alpha、U_beta经过空间矢量脉宽调制，得到6路驱动信号。驱动信号再经过驱动模块作用在电机上。

上述电梯的启动控制方法，在判断变频器与电机之间可靠接通后可以从开环前馈控制迅速切换为双闭环控制，在避免电梯在异常状态下启动的前提下能够实现较快的启动。通过准确设定第一百分比阈值的取值，自动检测电机的电流是否正常建立来判断切换至双闭环控制的时机，无需手工设定延迟时间。电梯控制系统一旦检测到电流正常，则立即投入正常运行。

在其中一个实施例中，若发出电梯运行命令后经过第二时间T2，ImFed仍未达到ImRef的第一百分比阈值，则判定线路故障并停止电梯的启动运行。在其中一个实施例中，T2为1秒～2秒。

举个例子说明上述电梯的启动控制方法相比双闭环控制的优点：假定上述步骤中检测到输出接触器反馈触点吸合并且延长一段时间T1后，控制系统按照双闭环控制进行调节。如果输出接触器并没有可靠接通，则此时输出回路是断开的。这样控制系统检测到的电流为零，按照双闭环理论会调节出一个很高的电压。如果过一段时间输出回路才真正接通。那么瞬间会有一个较高的电压直接加到电机上，这样轻则会控制系统报故障，重则可能造成控制系统或者电机损坏。而上述电梯的启动控制方法，由于采用的是开环前馈控制，其输出电压是按照电机模型计算而来，即使出现上述输出线路断开一段时间再闭合的情况，也不会造成大电压冲击。

本发明还提供一种电梯控制系统。图2是一实施例中电梯控制系统的结构框图，电梯控制系统包括：

运行准备模块201，用于进行电梯运行前的准备。

励磁电流调节器212，用于根据定子电压方程算出励磁电流给定ImRef在m-t旋转坐标系下的m轴电压UmRef，并将输入的励磁电流给定ImRef进行调节后输出m轴电压UmRef。

转矩电流调节器222，用于根据定子电压方程算出转矩电流给定ItRef在m-t旋转坐标系下的t轴电压UtRef，并将输入的转矩电流给定ItRef进行调节后输出t轴电压UtRef。

PARK反变换模块240，用于将m轴电压UmRef和t轴电压UtRef进行PARK反变换得到两相静止坐标系下的电压U_alpha、U_beta。

空间矢量脉宽调制模块(SVPWM)250，用于将两相静止坐标系下的电压U_alpha、U_beta进行空间矢量脉宽调制，得到多路脉冲宽度调制驱动信号。

驱动模块260，用于将空间矢量脉宽调制模块250得到的多路脉冲宽度调制驱动信号经过处理后输出给电梯的电机。

反馈模块290，用于获取电机的相电流，并计算得到在旋转坐标系下的励磁电流ImFed和转矩电流ItFed。

判断模块，用于将旋转坐标系下的励磁电流ImFed和励磁电流给定ImRef进行比较，当旋转坐标系下的励磁电流ImFed达到励磁电流给定ImRef的第一百分比阈值时，发出命令使控制系统采用双闭环控制的方式对电梯的电机进行启动。

图3是另一实施例中电梯控制系统的结构框图。

在本实施例中，运行准备模块(图3中未示)进行电梯运行前的准备，是先发出变频器的输出接触器的吸合命令，在检测到输出接触器的触点吸合后延迟第一时长T1，然后发出电梯运行命令。在其中一个实施例中，T1为50毫秒～400毫秒。

弱磁控制器510用于输出励磁电流给定ImRef，速度调节器520用于输出转矩电流给定ItRef。

励磁电流调节器512、转矩电流调节器522根据定子电压方程计算m-t旋转坐标系下的m轴电压UmRef、t轴电压UtRef：

UmRef＝Rs*ImRef–2πf*ItRef*La；

UtRef＝Rs*ItRef+2πf*ImRef*Ls；

在此阶段给定速度V*为零，当电梯抱闸系统没有打开时，f为零，经过速度环调节后ItRef为零。

PARK反变换模块540对同步频率进行积分得到坐标变换角度，根据坐标变换角度计算各sin和cos值，再将UmRef、UtRef进行PARK反变换得到两相静止坐标系下的电压U_alpha、U_beta。

空间矢量脉宽调制模块(SVPWM)550将两相静止坐标系下的电压U_alpha、U_beta进行空间矢量脉宽调制，得到6路PWM驱动信号。

在本实施例中，驱动模块采用智能功率模块(IPM)560，将6路PWM驱动信号进行处理后输出给电机。

通过相电流检测电路将电机二相相电流检测出来，计算模块580根据三相电流总和为零的原理，求出第三相电流，进行CLARKE变换，将得到的三相相电流通过CLARKE变换公式变为二相静止坐标系下电流，对同步频率进行积分得到坐标变换角度。PARK变换模块570根据坐标变换角度计算出各sin和cos值，进行PARK变换，将二相静止坐标系下的电流变换为m-t旋转坐标系下的励磁电流ImFed和转矩电流ItFed。

判断模块(图3中未示)将旋转坐标系下的励磁电流ImFed和励磁电流给定ImRef进行比较，当旋转坐标系下的励磁电流ImFed达到励磁电流给定ImRef的第一百分比阈值时，发出命令使控制系统采用双闭环控制的方式对电梯的电机进行启动。第一百分比阈值为一个经验值，在不能实施例中为50％，在其他实施例中也可以为20％～80％等。可以通过实测的方式得到可靠接通时ImFed与ImRef的比例关系，来设定第一百分比阈值的取值。

在其中一个实施例中，若发出电梯运行命令后经过第二时间T2，ImFed仍未达到ImRef的第一百分比阈值，则判定线路故障并停止电梯的启动运行。在其中一个实施例中，T2为1秒～2秒。

当ImFed达到ImRef的第一百分比阈值后，控制算法改为常规的双闭环控制。具体是励磁电流调节器512根据ImRef与ItFed闭环输出UmRef，转矩电流调节器522根据ItRef与ItFed闭环输出UtRef，PARK反变换模块540将得到的m轴电压UmRef和t轴电压UtRef经过反PARK变换得到两相静止坐标下的电压U_alpha、U_beta，两相静止坐标下电压U_alpha、U_beta经过空间矢量脉宽调制模块550的空间矢量脉宽调制，得到6路驱动信号。驱动信号再经过智能功率模块560作用在电机上。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

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 (8)

1.一种电梯的启动控制方法，包括采用双闭环控制的方式对电梯的电机进行启动的步骤，其特征在于，所述步骤前还包括采用开环前馈控制的方式对电梯的电机进行启动的步骤，具体包括：

电梯控制系统进行运行前准备；

根据定子电压方程，得到励磁电流给定和转矩电流给定在旋转坐标系下的电压；

将所述旋转坐标系下的电压进行PARK反变换得到两相静止坐标系下的电压；

将所述两相静止坐标系下的电压进行空间矢量脉宽调制，得到多路脉冲宽度调制驱动信号；

所述多路脉冲宽度调制驱动信号经过驱动模块处理后输出给所述电机；

获取所述电机的相电流，并计算得到在旋转坐标系下的励磁电流；

将所述旋转坐标系下的励磁电流和所述励磁电流给定进行比较，当所述旋转坐标系下的励磁电流达到所述励磁电流给定的第一百分比阈值时，执行所述采用双闭环控制的方式对电梯的电机进行启动的步骤；

所述电梯控制系统进行运行前准备的步骤包括：发出变频器的输出接触器的吸合命令；在检测到所述输出接触器的触点吸合后延迟第一时间，再发出电梯运行命令；

若所述电梯控制系统进行运行前准备的步骤完成后经过第二时间，所述旋转坐标系下的励磁电流仍未达到所述励磁电流给定的第一百分比阈值，则判定线路故障并停止电梯的启动运行。

2.根据权利要求1所述的电梯的启动控制方法，其特征在于，所述获取所述电机的相电流，并计算得到在旋转坐标系下的励磁电流的步骤，是获取所述电机的三相电流，并进行CLARKE变换后得到两相静止坐标系下的电流，再进行PARK变换得到所述在旋转坐标系下的励磁电流。

3.根据权利要求1所述的电梯的启动控制方法，其特征在于，所述旋转坐标系是m-t旋转坐标系，所述根据定子电压方程得到励磁电流给定和转矩电流给定在旋转坐标系下的电压的步骤是通过如下公式进行计算：

UmRef＝Rs*ImRef–2πf*ItRef*La；

UtRef＝Rs*ItRef+2πf*ImRef*Ls；

其中Rs、La、Ls分别为定子电阻、定子漏感、定子互感，ImRef、ItRef分别为所述励磁电流给定和转矩电流给定，UmRef、UtRef分别为m轴输出电压、t轴输出电压，f为通过编码器检测到的所述电机的旋转频率，在所述采用开环前馈控制的方式对电梯的电机进行启动的步骤中取所述ItRef和f为0。

4.根据权利要求1所述的电梯的启动控制方法，其特征在于，所述第一百分比阈值为50％。

5.根据权利要求2所述的电梯的启动控制方法，其特征在于，所述第一时间为50毫秒～400毫秒。

6.根据权利要求1所述的电梯的启动控制方法，其特征在于，所述第二时间为1秒～2秒。

7.一种电梯控制系统，其特征在于，包括：

运行准备模块，用于进行电梯运行前的准备，发出变频器的输出接触器的吸合命令，在检测到所述输出接触器的触点吸合后延迟第一时间，再发出电梯运行命令；

励磁电流调节器，用于根据定子电压方程算出在m-t旋转坐标系下的m轴电压，并将输入的励磁电流给定进行调节后输出所述m轴电压；

转矩电流调节器，用于根据定子电压方程算出在m-t旋转坐标系下的t轴电压，并将输入的转矩电流给定进行调节后输出所述t轴电压；

PARK反变换模块，用于将m轴电压和t轴电压进行PARK反变换得到两相静止坐标系下的电压；

空间矢量脉宽调制模块，用于将所述两相静止坐标系下的电压进行空间矢量脉宽调制，得到多路脉冲宽度调制驱动信号；

驱动模块，用于将所述多路脉冲宽度调制驱动信号经过处理后输出给电梯的电机；

反馈模块，用于获取所述电机的相电流，并计算得到在旋转坐标系下的励磁电流和转矩电流；

判断模块，用于将所述旋转坐标系下的励磁电流和所述励磁电流给定进行比较，当所述旋转坐标系下的励磁电流达到所述励磁电流给定的第一百分比阈值时，发出命令使所述控制系统采用双闭环控制的方式对电梯的电机进行启动；若所述运行准备模块进行电梯运行前的准备完成后经过第二时间，所述旋转坐标系下的励磁电流仍未达到所述励磁电流给定的第一百分比阈值，则判定线路故障并停止电梯的启动运行。

8.根据权利要求7所述的电梯控制系统，其特征在于，所述驱动模块是智能功率模块。