CN1089312C - 电梯减速的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种用于电梯停到某楼层的减速的过程，电梯的位置被确定并且被用于计算所需的减速值，并以此将电梯的速度和减速在达到楼层时减至零，并且在最后结束中以恒定的急动量改变减速，减速参考值被重复地与所需减速值比较并且被改变至所需值。在减速过程中，系统被监视以找到启动最终停止的时间点，并在此点之后使用满足启动条件的急动来确定速度参考值。

Description

电梯减速的方法和装置

                          技术领域

本发明涉及用于电梯减速(deceleration)的过程以及装置。

                          技术背景

按照各种电梯的要求，电梯必须能够在层站上准确地停止。所能忍受的误差限为±5cm，这在现在的电梯中很容易达到。然而由于停梯精度被看成是电梯质量的表现，使得电梯制造者们追求更高的精度。而且，电梯各部设备之间的合作、如轿厢门和层站门之间的合作，在一个能精确停梯的电梯里将会更好地配合。

电梯位置的确定是靠与机械一同安装的脉冲测速电机来实现的，其发出的脉冲和机械运动转数成正比。另一个确定电梯位置设备是产生与电梯速度成比例的模拟电压的测速电机，其输出电压被转化成脉冲序列，其脉冲频率与速度成比例，并且其脉冲计数被转化成电梯走过的距离。然而，在两种类型的测速电机中，从脉冲计数计算出来的距离并不很准确，其原因是电梯是靠索引滑轮和电梯绳之间的摩擦来驱动的。从测速电机脉中中计算出来的距离包括一个小的误差，其原因是电梯绳相对于索引滑轮发生了微小的移动。虽然计算出来的距离中的误差不大，通常仅几毫米，但现代电梯技术的目标是连这样的小误差也要消除。

为解决这个问题曾提出过多种解决方案，例如，在每个层站上更新表达电梯位置的脉冲计数，其已说明在文献US 4493399中。在有些电梯中采用了两个测速电机，一个模拟测速电机，一个脉冲测速电机，安装在一起或分别安装，另一种用于指示电梯位置的方案是在机井和轿厢中设置读码设备以产生精确的位置数据。

电梯的性能还要以乘客的舒适性等因素来衡量，如加速(acceleration)，减速和其间的改变，虽然这些因素与确定电梯位置无关，但也构成电梯控制的精确要求。

                        发明内容

本发明的目的是将电梯的加速、减速以及他们的变化以及电梯位置的计算与电梯控制结合为一体，以达到当电梯停在某层时良好的停梯精确和所需乘梯舒适性要求。

为达到上述目的，本发明提供了一种用于电梯轿厢(2)停止在某楼层上的减速过程，在该过程中指示电梯轿厢(2)位置的位置数据(d)被确定，该过程的特征在于，减速参考值(a_de)被确定，并且电梯以此参考值从驱动速度减速，在位置数据(d)的基础上反复地计算所需减速(a_di)，所需减速(a_di)与减速参考值(a_de)比较，当在减速参考值(a_de)和所需减速值(a_di)之间检测出差值时，减速参考值(a_de)被连续地改变以达到所需减速值(a_di)，而且驱动速度曲线的最后结束中减速被平滑地以恒定的减速度变化率变化或以恒定的急动降至零，并且减速参考值(a_de)被改变至所需减速值(a_di)，其改变方式使得速度参考值(V_ref)、减速参考值(a_de)和剩余距离(d)将在同样时间达到零值。

本发明还提供了一种用于靠控制马达(10)将电梯停(2)停在某楼层上的装置，所述装置至少包括一驱动电梯的驱动马达(10)；向电梯提供控制电流的控制装置(12，14)；连至马达的测速发动机(18)，所述测速发动机的输出电压被送至计算和调整部件(24)以确定电梯的速率和位置；一个精确指示电梯相对于楼层位置和向计算和调整部件(24)提供对应信号(36)的装置(34)，所述装置还包括一个速度参考值部件(29)，用于产生一个速度参考值(V_ref)，其特征在于，靠计算和调整部件(24)来使电梯(2)移动时的电梯(2)到层站的距离(d)可记录；靠速度参考值部件(29)来使电梯的减速参考值(a_de)可定义，以及靠这个速度参考值部件(29)，至少在距离(d)的基础上，使允许电梯(2)被驱动到楼层高度的所需减速(a_di)可定义；以及减速参考值(a_de)可以向所需减速(a_di)改变直到减速参考值(a_de)对应于所需减速(a_di)；以及使用减速参考值(a_de)，速度参考值(V_ref)是可确定的；驱动速度曲线的最后结束中减速被平滑地以恒定的减速度变化率变化或以恒定的急动降至零，按测速发动机(18)计算出来的电梯距离可以向由位置指示装置(34)定义的精确距离改变，以及在减速参考值的基础上，速度参考值(V_ref)可被计算，这样，当电梯停止时，速度参考值(V_ref)，减速参考值(a_de)和剩余距离(d)将在同时变成零。

当使用本发明的过程时，在给定的性能指标范围中，如加速减速以及加减速之间的变化(急动)时，电梯将具有最大的性能指标，如高停梯精度和舒适的乘梯性能。本发明的过程省去了在安装过程中减速元件的调整。

按照本发明的方案，所需减速被在剩余距离的基础上连续确定，并且电梯也相应地被平缓停降。减速被连续地改变，使得靠计算的急动、速度、减速来使余下的距离达到零。

                          附图说明

下面，参照附图以实施例的方式说明本发明，其中：

图1说明了按照本发明的电梯环境；

图2说明了达到一目标层时正确的电梯操作；

图3说明了过早停止的情况；

图4说明了过迟的停止的情况；

图5说明了过早停止的较正；

图6说明了本发明方案中减速、速率和位置的相互联系；

图7说明了电梯减速阶段的方框图；

图8说明了在减速过程中确定参照值的过程；以及

图9说明了在最后结束的过程中减速变化的确定过程。

                      具体实施方式

电梯轿厢2(图1中)被吊绳4悬挂，吊绳绕过索引滑轮6，并且有一个反向重物连接到绳另一端。为移动电梯，索引滑轮6被电梯马达10转动，马达10耦合至井上并且由控制装置12控制。控制装置12包括一个频率转换器，其按照控制部件14的控制信号，将供电网络16提供的电力转化成用于驱动电梯的电压和频率。控制部件14将控制脉冲发至频率转换器的固态开关。控制部件14通过导体22从电梯的调节及计算部件24，或更详细地，从控制器26中获得频率和幅度参考值(reference)信号。为产生速度反馈，一测速发动机18被连接至索引滑轮井上，或直接连接或通过皮带连接，以产生与转动速度成比例的测速电压。

与电梯马达速度成例的测速电压被传送至模拟/数字转换器，该转换器将马达速度输出为与SI制式一致的数字量，该数字量被送给电梯的调节与计算部件24。在部件24中存放着标称(nominal)值，被选择用于恒速阶段中的驱动速度25，加速23，急动(jerk)21，和电梯驱动，在部件24中还有其它的系数27，如确定边界的系数，参照此边界，加速或急动或许会高于或低于其标称值。从安装在电梯井中的标志34，系统获知指示电梯在层站附近位置的数据，并且此数据被通过导体36送至调节和计算部件24。在之后将要讨论的方式中，速度参考值单元29从上述数量中计算出电梯在轿厢不同运动阶段中的速度参考值，以使得在离开层站之后，轿厢被最优化地加速至最高可能的驱动速度和在目标层处恰好平稳地停梯。计算所用的楼层距离被定义成速度信号的时间积分(integral)。从部件29获得的速度参考值与速度信号一道被送入分辨元件35，且该分辨元件的输出37被送至控制器26，如已公知，该控制器包括PI控制器，并且为控制部件14产生频率和幅度参考值信号。在本发明的优选实施例中，控制是靠软件实现的，但本发明也可以用执行相应功能的部件来实现。

在点48处，当电轿厢到达目标层的减速点时，速度参考值的减少被启动，首先在急动阶段有一个个改变减速，使用了一个标称急动上至点50，然后是恒定减速至点52，最后是一个变减速运动，最终到达点40。如果减速是从标称的速度开始，采用标称的减速和急动，减速点必须十分准确以使电梯恰好地停在目标层的楼层高度(level)。在这种情况下，驱动曲线对应于用于上述加速的驱动速度曲线。图2表示了这样一种情况，在图3所示的情况下，减速点48′被计算为位于比其实际所在位置距楼层更远的位置。用标称的急动和标称的减速，电梯停梯在楼层高度前点40′处，与此同时速度如虚线54所示被改变。相应地，在图4所示情况下，减速点被计算为位于点48″处，并且相应地，电梯速度如曲线56所示减速，并且电梯停在点40″处。

如果驱动距离太短，则会出现标称速度不能被达到的问题，那么变化被从恒定加速阶段开始，如图2，3和4，经过一加速变化直接至恒定减速阶段。恒定加速和减速阶段的持续，以及对应地，最大驱动速度与驱动距离一致地改变，这对减速过程无影响，对此后面还要讨论，但以同样方式对系统功能有影响，甚至在恒定减速开始之后的情况下。

图5说明了图3所示情况的减速阶段图，其为放大视图，以更细地说明本发明的控制过程。本发明所提供的减速以及速度参考值和最后结束或停止之前的减速变化率由图7，8和9方框图所示的方式确定。这个计算过程由速度参考值计算部件执行，并且获得的做为结果的速度参考值被送入控制部件14。电梯现以一最佳速率减速，这样在停止时，电梯在目标层高度并且其速度和减速为0。这样，电梯尽快地从减速点到达目标层高度并且减速平缓发生，在速度或减速上发生任何突出。

在减速开始阶段，速度参考值信号被由标称急动的量改变，并且减速和速度被按下面公式计算：

a_de＝J·t_r $a_{\mathrm{di}}=\frac{{V^2}_{\mathrm{ref}}}{2\·(d-d_x)}$ $V_{\mathrm{ref}}=V_n-\frac{J\·{t_r}^2}{2}$ 其中：-t_r是速度曲线的圆滑时间，开始于减速点，具有从dt值开始的微分步骤(step)dt。-a_de是减速参考值，其由标称的急动量改变。-J是标称的急动，被选为缺省值，用于在急动1、急动2、和急动3，恒定加速的开始和结束时做加速改变。-a_di是一个减速值，如从至楼层高度的剩余距离所计算出来的值，-d是到目标层楼层高度的距离，-d_x是最后结束时所需的运行距离，

即如果电梯被以恒定减速以到达目标层的话，在距离之外，最终结束所要运行的额外距离。d_x是使用预选急动值(即标称急动)来计算的。

减速量a_de和a_di被计算并且他们的值被相互比较。这种到恒定减速的变换服从下面要求：

a_de≥a_di

如果这个用于到恒定减速的变换条件不满足，则新的用于改变减速阶段的速度参考值将被下一次在微分步骤dt终止后紧接着前一次计算被计算。

在恒定减速阶段，速度参考值信号被按框图7所述减少。按照本发明，在恒定减速阶段，系统努力找到一个点，在此点上，最后的减速可以用允许的急动启动，即在速度参考值曲线上向最后结束的变换将发生。当这一点(与图2-5中的点52相对应)被找到时，减速被从此处以恒定急动开始，并且加速和速度参考值也被相应地改变，达到一种结果，即加速、速度和距目的层的距离在同样的时刻达到0值。图6说明的是，使用距离和标称急动所计算出来的速度参考值V_ref、距离d和减速度参考值a_di、以及相应的a_de是如何以时间为函数改变的，在方框60中，所提议的未来的速度参考值被按将速度参考值减少a_de*dt的量而计算出来。按照剩余的距离，一个新的a_di值(方框62)被按公式计算出来，以便在后来出现与图8连接。如果在距离基础上计算出来的减速a_di和减速参考值a_de之差超过了允许的减速偏离Δa＝J^*dt，则减速a_de将按Δa(方框64、65)改正。相应地，若上述差值小于-Δa(方框64和66)，则减速被按Δa改正，或若差值较小时，当前减速a_de被保持。在这种方式下，速度参考值被计算出以进行减速，这个参考值是以到楼层高度的剩余距离为基础计算的，或如果偏离超过Δa，则减速参考值可以被计算以接近按Δa步骤中的距离所计算出的减速，这样，不发生任何大的急动就可以进行改变。图6说明的是在减速向他们的汇合点t₁时刻开始时a_di和a_de的变化，汇合点t₁是恒定减速阶段开始的时间。例如，当在减速过程中发生位置较正(叶片边缘，标记)时，位置数据中的突变改变了减速参考值，用此方法可以产生平滑的速度曲线结束。减速参考值a_de现在被逐步为减速参考值a_di直至其相等，a_di是在距离的基础上计算出来的。距离的改变，减速和速度参考值可以在图6的点t₂处观察出来，在此处进行了逐步的改变。在距离的基础上计算出来的减速以步进的方式(虚线)改变，同时，对应于速度参考值的减速参考值或减速a_de(实线)较缓慢地改变。在速度参考值V_ref的曲线中，改变是在斜坡上基本上看不出来的。在方框68中，在新的减速参考值的基础上，计算了新的速度参考值V_ref，在此基础上，计算了最后结束时的减速的改变J4的值(方框70)，图9对此进行了更详细说明。若开始最终结束的条件存在(方框72)，则将启动最终结束阶段，否则的话，将从方框60重启动，并且一个新的速度参考值将被计算。

图8所述过程被用来确定减速过程中的速度参考值。在速度方框80中，做了一个检查，以检查是否电梯接近了楼层高度并且是否标志已被检测。若没有标志数据，并且距离计算指示出电梯处在距楼层150mm之下的距离时(方框82)，则距离或位置的误差估计d_err被产生，以用于按距离计算出的减速值a_di(方框88)。位置误差d_err被按步进值V_ref ^*dt增加(方框84)并且当位置计算器指示出标志应已被达到但标志没有被检测到时，这种较正被在每次计算周期中进行。以这种方式，位置数据被提前向可能的绝对位置改变。使用速度参考值和减速参考值，一个提议的新速度参考值V＝V_ref-a_de ^*dt(方框86)被计算。按照确定的或较正的估计，使用到目标层的距离减速被计算，如a_di＝V²/(2^*(d+d_err-d_x))，其中d_x是当标称急动值被采用时(方框88)，所需要的最终结束的距离。最大的允许的减速值a_max被计算(方框90)，对于a_max一个合适的值是K₁ ^*标称减速(例如K₁＝1.3)，在此基础上在方框92执行了一个检查以检查是否在距离基础上计算的减速值a_di超过最大减速值，如最大减速度被超过，减速将被限制在最大减速值上(方框94)。如果按距离的a_di和减速参考值a_de之间的差值a_diff(方框96)大于参考值(＝J^*dt，其中J是缺省急动值)并且减速参考值低于最大值时，减速参考值将被按值J^*dt增加(方框98和100)。如果用于方框98的条件无效，则做检查(方框104)以检查是否减速参考值大于最小允许减速参考值a_min＝K₂ ^*标称减速(最好K₂＝0.7)(方框102)和如果按距离计算的a_di和减速参考值a_de之间的差值a_diff小于参考值(＝-J^*dt)，并且在一个肯定的(positive)情况下，减速参考值a_de按J^*dt的量被减少。使用在方框100或106中较正的减速参考值，或如果没有改变被允许，则一个未改变的减速参考值，一个新的速度参考值V_ref＝V_ref-a_de ^*dt被计算(方框108)。最后速度参考值被检查以确保其不低于零(方框100和112)并且一个用于最后结束的急动值J4被计算(方框114)。如果急动具有一个非零值，则最后结束将被使计算出来的急动值启动，产生具有最后结束的由选择的急动确定的速度曲线。若急动是零，则过程将以一个重复的速度参考值计算来继续。

为了按本发明所提供的方式计算用于最后结束的急动J4，有两个边界条件，一个是电梯将停在超过该楼层的高度上，另一个是电梯将停在该楼层前的高度上。另外，还有一些在标称情况下计算急动的条件。如果初始条件未被定义(方框120)，则最小减速a_min，速度限制V_slim和距离限制d_slim(124)被计算以适应于电梯将停在该楼层高度前的情况。减速参考值将使电梯前进超过楼层高度情况下的速度参考值限V_llim被计算(方框126)。若速度参考值低于如此计算的限值，则急动将被分配给一个最大值J4＝J4_max(方框128和130)并且过程将以一个更新的速度参考值计算继续(图8)。急动的最大值以及其下面将要提到的最小值，已被定义为用于电梯驱动的参数。如果速度参考值低于短运行(short-run)限值并且距离高于短运行限值(132方框)，则意味着不能达到该楼层高度。在这种情况下，急动值被从速度参考值计算出来(方框134)并且被检查以确保其不低于允许的最小值J4_min或高于允许的最大值J4_max，并且急动被分配给这样计算的值，即，J4＝j＝a_de ²/2^*V_ref)(方框136，138和140)。如果计算的急动低于最小值，则急动将被分配给最小值J4＝J4_min(方框142)，或如果计算的急动高于最大值，则急动将被分配给最大值J4＝J4_max(方框150)。

当电梯以通常的减速停止时，即方框128和132的限度未被超过时，速率V(方框144)和距离da(方框146)使用速度参考值和减速值被计算。下一步，执行一个检查以检查是否速度参考值低于速率V以确保到楼层高度的距离足够近地对应于所计算的距离da(Δd＝±0.003m)并且达到了标志。如果条件为真，则用于急动的值将被从减速参考值和速度参考值中计算(方框152)。在此之后，做一个检查以确定是否所计算的急动大于预选值J_end，并且如果如此，则所计算的急动将被接受(方框154和156)。否则，急动将被分配为零值，换言之，电梯将继续以恒定减速移动(方框158)。过程按图8所示继续计算下一速度参考值。

有两个对距离太长或太短的限制条件，并且还有针对通常情况下最后急动计算的条件。在检查限度之前，位置检查点必须已达到，这保证了位置数据的准确(在标志的边缘上校正)。

在位置数据没有被更新的情况下，没有标志被检测，虽然按已计算的位置数据应该检测到该标志，位置误差估计提前在减速a_di中产生一个改变，这个改变在同样方向上具有效果，如同达到标志边缘将产生的效果一样。但当位置误差被提前考虑时，改变将不象无考虑情况下那么大。

虽然如上以实施例对本发明进行了说明，但显然本发明技术领域内人员应理解本发明不局限于所述实施例，相反，本发明实施例可以在所附权利要求书范围内变化。

Claims (10)

1.一种用于电梯轿厢(2)停止在某楼层上的减速过程，在该过程中指示电梯轿厢(2)位置的位置数据(d)被确定，该过程的特征在于，减速参考值(a_de)被确定，并且电梯以此参考值从驱动速度减速，在位置数据(d)的基础上反复地计算所需减速(a_di)，所需减速(a_di)与减速参考值(a_de)比较，当在减速参考值(a_de)和所需减速值(a_di)之间检测出差值时，减速参考值(a_de)被连续地改变以达到所需减速值(a_di)，而且驱动速度曲线的最后结束中减速被平滑地以恒定的减速度变化率变化或以恒定的急动降至零，并且减速参考值(a_de)被改变至所需减速值(a_di)，其改变方式使得速度参考值(V_ref)、减速参考值(a_de)和剩余距离(d)将在同样时间达到零值。

2.如权利要求1所述过程，其特征在于，在位置数据基础上的所需减速(a_di)的计算中考虑了用于最后结束的距离(d_x)。

3.如权利要求1或2所述过程，其特征在于，在位置数据基础上的所需减速(a_di)被计算直至最后结束的启动点被达到，并且在此之后，减速被以恒定的急动量减少至零，而不用以其它任何方式调整减速。

4.如权利要求1-3任意之一所述过程，其特征在于，在位置数据基础上的所需减速被在速度参考值(V_ref)和剩余距离的基础上计算。

5.如权利要求4所述过程，其特征在于，用于最后结束的距离(d_x)，如果需要的话，和一个估计距离误差(d_err)被考虑进剩余距离的计算中。

6.一种用于靠控制马达(10)将电梯停(2)停在某楼层上的装置，所述装置至少包括一驱动电梯的驱动马达(10)；向电梯提供控制电流的控制装置(12，14)；连至马达的测速发动机(18)，所述测速发动机的输出电压被送至计算和调整部件(24)以确定电梯的速率和位置；一个精确指示电梯相对于楼层位置和向计算和调整部件(24)提供对应信号(36)的装置(34)，所述装置还包括一个速度参考值部件(29)，用于产生一个速度参考值(V_ref)，其特征在于，靠计算和调整部件(24)来使电梯(2)移动时的电梯(2)到层站的距离(d)可记录；靠速度参考值部件(29)来使电梯的减速参考值(a_de)可定义，以及靠这个速度参考值部件(29)，至少在距离(d)的基础上，使允许电梯(2)被驱动到楼层高度的所需减速(a_di)可定义；以及减速参考值(a_de)可以向所需减速(a_di)改变直到减速参考值(a_de)对应于所需减速(a_di)；以及使用减速参考值(a_de)，速度参考值(V_ref)是可确定的；驱动速度曲线的最后结束中减速被平滑地以恒定的减速度变化率变化或以恒定的急动降至零，按测速发动机(18)计算出来的电梯距离可以向由位置指示装置(34)定义的精确距离改变，以及在减速参考值的基础上，速度参考值(V_ref)可被计算，这样，当电梯停止时，速度参考值(V_ref)，减速参考值(a_de)和剩余距离(d)将在同时变成零。

7.如权利要求6所述装置，其特征在于，当从测速发动电压(20)计算出的距离等于实际距离时，减速参考值(a_de)是不改变的。

8.如权利要求6所述装置，其特征在于，当从测速电机电压计算出的距离短于实际距离时，新的减速参考值，低于前面的用于减速的参考值。

9.如权利要求6所述装置，其特征在于，当从测速发动机电压计算出的距离大于实际距离时，新的减速参考值高于前面的减速参考值，并且新减速参考值的最高值不高于存储在逻辑部件(24)中的最大减速值(a_max)以及减速变化的最高值不高于最大减速变化值(J4_max)。

10.如权利要求6-9任意之一所述装置，其特征在于，该装置包括一机构，用于计算速度参考值曲线的最后结束所需距离(d_x)；以及一个机构，用于产生在确定电梯轿厢的位置中由误差造成的距离误差估计(d_err)值。

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