CN109879149A - 一种扶梯的制动控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种扶梯的制动控制系统，包括：控制芯片接收扶梯控制模块输入的制动开始信号并产生制动控制信号；驱动模块用以接收控制芯片输出的制动控制信号，并根据制动控制信号控制驱动模块的输入电压；制动器线圈接收驱动模块提供的对应输入电压的工作电流；安全模块的输出端连接控制芯片的第一输入端，用以采集一梯级速度信号并向控制芯片反馈，控制芯片根据梯级速度信号以调节下一次制动过程中制动器线圈的制动电流。有益效果：通过回归算法不断地优化得到更精确的制动电流，将机器学习机制与反馈调节机制相结合，克服了机械结构上存在的物理延迟导致的控制不精确性，以使存在延迟的装置也同样能达到理想的制动控制效果。

Description

一种扶梯的制动控制系统及方法

技术领域

本发明涉及扶梯的制动力矩控制系统技术领域，尤其涉及一种扶梯的制动控制系统及方法。

背景技术

随着社会的发展，城市化建设的不断扩大，各地方的高层建筑如雨后春笋般呈现在人们的眼前。扶梯是高层建筑中必不可少的运输工具。然而扶梯事故的频繁发生不仅让人们产生恐慌，大量事实案例验证扶梯事故的主要原因技术源于扶梯制动装置的制动力矩控制不当。制动装置承担着扶梯正常运行的重要责任，因此，对制动装置的制动力矩进行精确控制尤为重要。

在现有技术中，当发生非正常情况时，制动装置会瞬时输出一个恒定的调节制动力矩值，制动装置通常采用最大抱闸力进行抱闸。因此在扶梯轻载的情况下，容易造成安全隐患。为了实现平稳制停，需要添加具有自调节制动距离的附加控制器或辅助控制器，利用其中的反馈机构形成闭环控制系统，根据实际制停距离与预设制停距离的差值提供不同的电流给驱动控制器，但是该方法由于无法克服机械结构上存在的物理延迟而导致制动力矩控制不够精确。因此，先急需一种能够使制动力矩更为精确的制动控制系统及方法，以使扶梯达到理想的制动控制效果。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种扶梯的制动控制系统。

具体技术方案如下：

本发明包括一种扶梯的制动控制系统，包括：

一扶梯控制模块，与一控制芯片连接，所述扶梯控制模块用于给所述控制芯片提供制动开始信号和制动结束信号，所述控制芯片接收所述制动开始信号并产生一制动控制信号；

一驱动模块，所述驱动模块的电源端接入一外部电源，所述驱动模块的输入端连接所述控制芯片的第一输出端，用以接收所述控制芯片输出的所述制动控制信号，并根据所述制动控制信号控制所述驱动模块的输入电压；

一制动器线圈，所述制动器线圈的输入端连接所述驱动模块的输出端，以接收所述驱动模块提供的对应所述输入电压的工作电流；

一安全模块，所述安全模块的输出端连接所述控制芯片的第一输入端，用以采集一梯级速度信号并向所述控制芯片反馈，所述控制芯片根据所述梯级速度信号以调节下一次制动过程中所述制动器线圈的制动电流。

优选的，所述制动控制系统包括：

一检测模块，所述检测模块的输出端连接所述控制芯片的输入端，所述检测模块用于检测所述扶梯的实际制动力矩并反馈给所述控制芯片。

优选的，所述安全模块的输入端连接所述控制芯片的第二输出端，当所述控制芯片判断所述扶梯故障时产生一故障信号，所述安全模块用以接收所述故障信号，并立即切断所述外部电源。

本发明还包括一种扶梯的制动控制方法，根据扶梯不同的负载情况，预先设定对应的初始制动电流表；所述制动控制方法还包括以下步骤：

步骤S1，提供一扶梯控制模块，所述扶梯控制模块向一控制芯片发送制动开始信号以驱动所述控制芯片进行一开环调节过程，以提供给制动器线圈一对应所述初始制动电流表的制动电流；

步骤S2，提供一安全模块，利用所述安全模块检测扶梯的速度以产生一梯级速度信号并向所述控制芯片反馈；

步骤S3，所述控制芯片判断所述开环调节过程中的实际制停时间是否符合制动要求；

若是，则返回所述步骤S2；

若否，则转向步骤S4；

所述步骤S4，所述控制芯片以所述梯级速度信号作为学习变量开始一闭环调节过程，以调节下一次制动过程中所述制动器线圈的制动电流。

优选的，所述开环调节过程具体包括：

所述控制芯片根据所述扶梯的实际负载情况找到所述初始制动电流表中对应的制动电流值，将所述制动电流值作为制动控制信号发送给制动器的驱动模块，所述驱动模块根据所述制动控制信号提供给所述制动器线圈相应的电流以驱动所述制动器线圈。

优选的，所述闭环调节过程具体包括：

所述控制芯片通过所述梯级速度信号获得所述扶梯的实际减速度和所述实际制停时间，并将所述实际减速度和所述实际制停时间作为下一次制动的学习变量，从而调整下一次制动过程中所述制动器线圈的制动电流。

优选的，于所述闭环调节过程中，所述控制芯片通过所述学习变量得到包括第一变量和第二变量的输入变量，并将所述输入变量代入回归算法以获得一输出变量。

优选的，所述回归算法具体包括：

将所述实际减速度与目标减速度进行对比并将其差值作为所述第一变量，将所述实际制停时间与目标制停时间进行对比并将其差值作为所述第二变量，并判断所述第二变量是否大于零：

若是，则将所述第一变量和所述第二变量代入下述代价函数计算得到所述输出变量：

J(X1X2)＝a·X1+b·X2·δ(X2)

其中，

X1为所述第一变量；

X2为所述第二变量；

δ(t)为逻辑变量；

a为所述第一变量的比例参数；

b为所述第二变量的比例参数。

优选的，所述控制芯片根据所述输出变量得到下一次制动过程中所述制动器线圈的制动电流。

本发明技术方案的有益效果在于：将制动力矩的控制过程分为开环调节过程和闭环调节过程，在开环调节过程中，根据扶梯的负载情况采用恒定的初始制动电流进行制动，并且在闭环调节过程中通过回归算法不断地优化得到更精确的制动电流，将机器学习机制与反馈调节机制相结合，克服了机械结构上存在的物理延迟导致的控制不精确性，以使存在延迟的装置也同样能达到理想的制动控制效果。

附图说明

参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。

图1为本发明实施例中的制动控制系统的框图；

图2为本发明实施例中的制动控制方法的步骤图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本发明包括一种扶梯的制动控制系统，如图1所示，包括：

一扶梯控制模块1，与一控制芯片2连接，扶梯控制模块1用于给控制芯片2提供制动开始信号和制动结束信号；

一驱动模块3，驱动模块3的电源端接入一外部电源(AC 220)，外部电源为220V交流电，外部电源输出的220V交流电通过整流模块7转换为直流电压提供给驱动模块3，驱动模块3的输入端连接控制芯片2的第一输出端，用以接收控制芯片2输出的一制动控制信号，并根据制动控制信号控制驱动模块3的输入电压；

一制动器线圈4，制动器线圈4的输入端连接驱动模块3的输出端，以接收驱动模块3提供的对应输入电压的工作电流；

一检测模块5，检测模块5的输出端连接控制芯片2的输入端，检测模块5用于检测扶梯的实际制动力矩并反馈给控制芯片2；

一安全模块6，安全模块6的输出端连接控制芯片2的第一输入端，用以采集一梯级速度信号并向控制芯片2反馈，控制芯片2根据所述梯级速度信号调节下一次制动过程中制动器线圈4的制动电流；

安全模块6的输入端连接控制芯片2的第二输出端，当控制芯片2判断扶梯故障时产生一故障信号，安全模块6用以接收故障信号，并立即切断外部电源。

具体地，安全模块主要用于实时检测扶梯的速度并产生一梯级速度信号反馈给控制芯片。当控制芯片2检测到内部错误，或者制动时扶梯的减速度变化曲线异常，或者制动时间达到3秒后扶梯的速度仍大于预设的安全阈值0.1m/s时，控制芯片判断扶梯故障并产生一故障信号以反馈给安全模块，安全模块接收故障信号并立即切断外部电源，以保证乘客的安全。

具体地，本发明实施例中采用前馈与反馈相结合的控制策略。制动过程包括开环调节过程和闭环调节过程，首先设定制动过程的总时长为三秒，第一秒为开环调节过程，后两秒为闭环调节过程。由于负载情况会随时发生变化，不同的负载情况所需的制动力矩也不同，因此，针对扶梯不同的负载情况设定对应的初始制动电流表，初始制动电流表内预设有每一种负载情况对应的制动电流。

具体地，在制动过程的第一秒内，即开环调节过程，根据检测到的实际负载情况，控制芯片找到初始制动电流表内与实际负载情况相匹配的制动电流值进行制动；在后两秒的闭环调节过程中，实时比较实际减速度与目标减速度的差值，采用PID(ProportionIntegration Differentiation，比例积分微分)控制方法不断地调整制动电流以跟随理想的制动速度曲线。根据当前制动情况，将开环调节过程中检测到的减速度误差总和作为学习变量，用于调整下一次制动的制动电流，经过几次学习之后，到达最优的制动效果。

本发明还包括一种扶梯的制动控制方法，根据扶梯不同的负载情况，预先设定对应的初始制动电流表；如图2所示，制动控制方法还包括以下步骤：

步骤S1，提供一扶梯控制模块，扶梯控制模块向一控制芯片发送制动开始信号以驱动控制芯片进行一开环调节过程，以提供给制动器线圈一对应初始制动电流表的制动电流；

步骤S2，提供一安全模块，利用安全模块检测扶梯的速度以产生一梯级速度信号并向控制芯片反馈；

步骤S3，控制芯片判断开环调节过程中的实际制停时间是否符合制动要求；

若是，则返回步骤S2；

若否，则转向步骤S4；

步骤S4，控制芯片以梯级速度信号作为学习变量开始一闭环调节过程，以调节下一次制动过程中制动器线圈的制动电流。

具体地，开环调节过程具体包括：控制芯片根据扶梯的实际负载情况找到初始制动电流表中对应的制动电流值，将制动电流值作为制动控制信号发送给制动器的驱动模块，驱动模块根据制动控制信号提供给制动器线圈相应的电流以驱动制动器线圈。

具体地，闭环调节过程具体包括：控制芯片通过梯级速度信号获得扶梯的实际减速度和实际制停时间，并将实际减速度和实际制停时间作为下一次制动的学习变量，从而调整下一次制动过程中制动器线圈的制动电流。

在一种较优的实施例中，于闭环调节过程中，控制芯片通过学习变量得到包括第一变量和第二变量的输入变量，并将输入变量代入回归算法以获得一输出变量；

回归算法具体包括：

将实际减速度与目标减速度进行对比并将其差值作为第一变量，将实际制停时间与目标制停时间进行对比并将其差值作为第二变量，并判断第二变量是否大于零：

若是，则将第一变量和第二变量代入下述代价函数计算得到输出变量：

J(X1X2)＝a·X1+b·X2·δ(X2)

其中，

X1为第一变量；

X2为第二变量；

δ(t)为逻辑变量；

a为第一变量的比例参数；

b为第二变量的比例参数；

控制芯片根据上述计算得出的输出变量得到下一次制动过程中制动器线圈的制动电流。

具体地，要使得控制算法具有普适性，就需要不同的扶梯能够根据自身的性能和制动情况对于制动参数进行优化调节，换而言之，需要采用一种有效的机器学习算法，来达到更佳的制动效果。机器学习是一门人工智能的科学，该领域的主要研究对象是人工智能，特别是如何在经验学习中改善具体算法的性能，机器学习的最大特点在于这是一种能通过经验自动改进的计算机算法。

具体地，在目标制动情况与实际制停情况不相符时，可以通过选择一些可测量的输入变量作为误差衡量准则，在本发明的实施例中，可测量的输入变量为扶梯的实际减速度和实际制停时间，将实际减速度与目标减速度对比得到的差值作为第一变量，将时间制停时间与目标制停时间(3S)对比得到第二变量，然后根据第一变量和第二变量这两个误差让机器进行自学习，从而调整下一次制动过程的制动电流。机器通过不断地优化制动电流以减少误差，可以克服机械结构上存在的物理延迟导致的控制不精确性，进一步地达到更理性的制动效果。

具体地，输入变量包括第一变量X1和第二变量X2，首先将目标减速度与实际减速度的差值记为第一变量X1，将实际制停时间与目标制停时间(3S)的差值记为第二变量X2。由于整个制动过程必须在3秒内完成，因此，若X2大于0，则应当设置一个极大的罚函数使得代价函数增大，由此引入逻辑变量，将输入变量代入上述代价函数，即每次开环调节过程中得到的目标减速度与实际减速度的差值的平均值以及实际制停时间作为下一次制动的学习变量。而在初始阶段，只给出一个极为宽泛的制动电流范围，让每台扶梯在机器学习机制下通过不断地自学习，找到最适合的初始制动电流表。

进一步地，由于机器的学习效率很有可能会因扶梯自身的机械参数的不同而有所差异，因此，还必须在制动过程的后两秒内进行闭环反馈调节。通过PID反馈调节可以让实际制动过程更好地追踪目标制动过程，同时反馈调节的存在也给机器学习的结果增加了一定的裕量。即当机器学习的结果与目标结果存在略微偏差的时候，也可以通过闭环反馈调节进行改善。由此可以提高机器学习的效率，减少学习次数，而达到理想的制动效果。

本发明技术方案的有益效果在于：将制动力矩的控制过程分为开环调节过程和闭环调节过程，在开环调节过程中，根据扶梯的负载情况采用恒定的初始制动电流进行制动，并且在闭环调节过程中通过回归算法不断地优化得到更精确的制动电流，将机器学习机制与反馈调节机制相结合，克服了机械结构上存在的物理延迟导致的控制不精确性，以使存在延迟的装置也同样能达到理想的制动控制效果。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种扶梯的制动控制系统，其特征在于，包括：

一扶梯控制模块，与一控制芯片连接，所述扶梯控制模块用于给所述控制芯片提供制动开始信号和制动结束信号，所述控制芯片接收所述制动开始信号并产生一制动控制信号；

一驱动模块，所述驱动模块的电源端接入一外部电源，所述驱动模块的输入端连接所述控制芯片的第一输出端，用以接收所述控制芯片输出的所述制动控制信号，并根据所述制动控制信号控制所述驱动模块的输入电压；

一制动器线圈，所述制动器线圈的输入端连接所述驱动模块的输出端，以接收所述驱动模块提供的对应所述输入电压的工作电流。

2.根据权利要求1所述的制动控制系统，其特征在于，所述制动控制系统包括：

一检测模块，所述检测模块的输出端连接所述控制芯片的输入端，所述检测模块用于检测所述扶梯的实际制动力矩并反馈给所述控制芯片。

3.根据权利要求1所述的制动控制系统，其特征在于，所述制动控制系统还包括：

一安全模块，所述安全模块的输出端连接所述控制芯片的第一输入端，用以采集一梯级速度信号并向所述控制芯片反馈，所述控制芯片根据所述梯级速度信号以调节下一次制动过程中所述制动器线圈的制动电流。

4.根据权利要求3所述的制动控制系统，其特征在于，所述安全模块的输入端连接所述控制芯片的第二输出端，当所述控制芯片判断所述扶梯故障时产生一故障信号，所述安全模块用以接收所述故障信号，并立即切断所述外部电源。

5.一种扶梯的制动控制方法，其特征在于，根据扶梯不同的负载情况，预先设定对应的初始制动电流表；所述制动控制方法还包括以下步骤：

步骤S1，提供一扶梯控制模块，所述扶梯控制模块向一控制芯片发送制动开始信号以驱动所述控制芯片进行一开环调节过程，以提供给制动器线圈一对应所述初始制动电流表的制动电流；

步骤S2，提供一安全模块，利用所述安全模块检测扶梯的速度以产生一梯级速度信号并向所述控制芯片反馈；

步骤S3，所述控制芯片判断所述开环调节过程中的实际制停时间是否符合制动要求；

若是，则返回所述步骤S2；

若否，则转向步骤S4；

所述步骤S4，所述控制芯片以所述梯级速度信号作为学习变量开始一闭环调节过程，以调节下一次制动过程中所述制动器线圈的制动电流。

6.根据权利要求5所述的制动控制方法，其特征在于，所述开环调节过程具体包括：

所述控制芯片根据所述扶梯的实际负载情况找到所述初始制动电流表中对应的制动电流值，将所述制动电流值作为制动控制信号发送给制动器的驱动模块，所述驱动模块根据所述制动控制信号提供给所述制动器线圈相应的电流以驱动所述制动器线圈。

7.根据权利要求5所述的制动控制方法，其特征在于，所述闭环调节过程具体包括：

所述控制芯片通过所述梯级速度信号获得所述扶梯的实际减速度和所述实际制停时间，并将所述实际减速度和所述实际制停时间作为下一次制动的学习变量，从而调整下一次制动过程中所述制动器线圈的制动电流。

8.根据权利要求7所述的制动控制方法，其特征在于，于所述闭环调节过程中，所述控制芯片通过所述学习变量得到包括第一变量和第二变量的输入变量，并将所述输入变量代入回归算法以获得一输出变量。

9.根据权利要求8所述的制动控制方法，其特征在于，所述回归算法具体包括：

将所述实际减速度与目标减速度进行对比并将其差值作为所述第一变量，将所述实际制停时间与目标制停时间进行对比并将其差值作为所述第二变量，并判断所述第二变量是否大于零：

若是，则将所述第一变量和所述第二变量代入下述代价函数计算得到所述输出变量：

J(X1 X2)＝a·X1+b·X2·δ·(X2)

其中，

X1为所述第一变量；

X2为所述第二变量；

δ(t)为逻辑变量；

a为所述第一变量的比例参数；

b为所述第二变量的比例参数。

10.根据权利要求9所述的制动控制方法，其特征在于，所述控制芯片根据所述输出变量得到下一次制动过程中所述制动器线圈的制动电流。