CN109896385A - 一种针对一段运行过程中存在振动的电梯的速度离线处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对一段运行过程中存在振动的电梯的速度离线处理方法，具体包括如下步骤：101)获取加速度步骤、102)获取原始合加速度步骤、103)窗口滤波处理步骤、104)速度获取步骤；本发明提供了一种不但可以计算出电梯正常运行时的速度，同时若电梯在运行过程中存在短时振动或连续振动时，该方法仍可准确计算出电梯速度的针对一段运行过程中存在振动的电梯的速度离线处理方法。

Description

一种针对一段运行过程中存在振动的电梯的速度离线处理 方法

技术领域

本发明涉及电梯领域，更具体的说，它涉及一种针对一段运行过程中存在振动的电梯的速度离线处理方法。

背景技术

目前专利CN 107215734 A一种用于电梯实时加速度和速度以及位置检测的方法及系统与本方案最为接近，该发明通过经典卡尔曼滤波算法将采集的加速度信号滤波并拟合成实时加速度，通过一次积分算法将实时加速度计算为实时速度。其中，经典卡尔曼滤波算法的基本思想是以最小均方误差为最佳估计准则，采用信号与噪声的状态空间模型，利用前一时刻的估计值和当前时刻的观测值来更新对状态变量的估计，获取当前时刻的估计值。

该技术方案缺点：该方案对加速度进行滤波采用的是经典的卡尔曼滤波方法，该方法在滤波过程中默认过程激励噪声、观测噪声符合正态分布，而且该噪声在滤波过程中一直不变，这显然不符合电梯振动的特性，也就是说电梯振动不一定满足正态分布，滤波后的结果也就不会很好，这就会导致后续加速度积分算出的速度不准确。若将该方案中速度计算的方法应用于一段运行过程中存在振动的电梯，进行离线计算其速度，同样，由于振动噪声被默认符合正太分布，会导致速度不准确。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供了一种不但可以计算出电梯正常运行时的速度，同时若电梯在运行过程中存在短时振动或连续振动时，该方法仍可准确计算出电梯速度的针对一段运行过程中存在振动的电梯的速度离线处理方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种针对一段运行过程中存在振动的电梯的速度离线处理方法，具体包括如下步骤：

101)获取加速度步骤：根据陀螺仪的三个轴向的加速度获取电梯所受拉力方向的加速度，记为acc；

102)获取原始合加速度步骤：数字滤波器对acc进行低通滤波，减小电梯振动影响，滤波后的加速度为acc_low_fir，加速度的均值为mean_acc；电梯重力方向所受原始合加速度为ori_res_acc，ori_res_acc＝acc-mean_acc；

数字滤波器的相应处理为如下公式：

H(e^jω)＝|H(e^jω)|e^jθ(ω) 公式(1)

其中，e是自然对数的底，j是复平面中的虚轴，|H(e^jω)|为幅频特性函数，表示信号通过该滤波器后各频率成分衰减情况，θ(ω)为相频特性函数,反应各频率成分通过滤波器后在时间上的延时情况；相频特性是确定的，故公式如下：

n为数字滤波器的阶数，ω为频率；

103)窗口滤波处理步骤：根据当前采集运行一段过程中的数据样本的左侧窗口、右侧窗口的原始合加速度是同号还是异号来进行滤波处理；左侧窗口为当前时刻前k个时刻的加速度，右侧窗口为当前时刻后k个时刻的加速度；具体步骤如下：

统计当前时刻样本的左侧窗口的原始合加速度是否存在异号；

若左侧窗口的合加速度都是同号，则当前时刻滤波后的合加速度为此刻的原始合加速度；否则统计当前时刻样本的右侧窗口原始加速是否存在异号；

若右侧窗口的合加速度都是同号，则当前时刻滤波后的合加速度为此刻的原始合加速度，否则当前时刻滤波后的合加速度为0；

104)速度获取步骤：根据电梯一段运行过程中获取的合加速度中大于0和小于0的个数判断是否要重新获取合加速度，再获得该段运行过程中的速度。

进一步的，陀螺仪的三个轴向加速度的平方根作为电梯所受拉力方向的加速度，三个轴向加速度分别为F_x,F_y,F_z,则拉力方向加速度为

进一步的，步骤104)中若电梯一段运行过程中的加速和减速时，合加速度中大于0合小于0的个数都大于阈值，则认为此次滤波的结果正常，直接获取速度；若加速或减速数据的个数不满足阈值，则电梯在整个该段运行过程中存在导致偏差的振动，重新获取合加速度，将低通滤波后的加速度acc_low_fir减去重力基准加速度mean_acc,作为电梯重力方向一次滤波后得到的合加速度fir_res_acc，再利用窗口滤波方法对fir_res_acc进行二次滤波，获得最终的合加速度，并由其积分运算得到速度。

本发明相比现有技术优点在于：本发明利用陀螺仪获取电梯一个运行过程(一段完整的加速、匀速、减速过程)的三轴加速度计算出电梯轿厢所受的拉力方向加速度，然后对该加速度进行低通滤波，计算滤波后加速度均值，再计算轿厢相对于原拉力的合加速度，对其进行窗口滤波(当前加速度左侧或右侧窗口同号则保留该值，否则当前加速度置为0)，同时分别统计合加速度大于0和小于0的个数，若该值都大于阈值，则对滤波后的合加速度进行积分运算，获得速度。此时，只要该运行过程中没有振动或存在短时振动，可准确计算该速度，若运行整个过程都在振动，统计出的合加速度大于0或小于0的个数是小于阈值的，为了获得准确的速度，可计算轿厢相对于低通滤波后的拉力的合加速度，再对其进行窗口滤波，然后对滤波后的合加速度积分计算出速度。

本发明不但可以计算出电梯正常运行时的速度，同时若电梯在运行过程中存在短时振动或连续振动时，仍可准确计算出电梯速度。本发明对离线计算电梯速度有很强的鲁棒性。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明的滤波器幅频特性；

图3为本发明的存在短时振动的电梯的原加速度；

图4为本发明的图3计算出的速度；

图5为本发明的存在连续振动的电梯的原加速度；

图6为本发明的存在连续振动的图5计算出的速度。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1至图6所示，一种针对一段运行过程中存在振动的电梯的速度离线处理方法，具体包括如下步骤：

101)获取加速度步骤：根据陀螺仪的三个轴向的加速度获取电梯所受拉力方向的加速度，记为acc；陀螺仪的三个轴向加速度的平方根作为电梯所受拉力方向的加速度，三个轴向加速度分别为Fx,F_y,Fz,即陀螺仪在横竖纵三个方向上的加速度，则拉力方向加速度为

102)获取原始合加速度步骤：数字滤波器对acc进行低通滤波，减小电梯振动影响，滤波后的加速度为acc_low_fir，对电梯运行一端过程的拉力方向加速度进行低通滤波，减小电梯振动的影响，是为后续计算重力基准加速度以及后续若整段运行过程振动较大时，导致重新计算速度做准备。计算低通滤波后加速度的均值为mean_acc；电梯重力方向所受原始合加速度为ori_res_acc，ori_res_acc＝acc-mean_acc；

数字滤波器的相应函数为如下公式：

H(e^jω)＝|H(e^jω)|e^jθ(ω) 公式(1)

其中，e是自然对数的底，j是复平面中的虚轴；复数平面是用水平的实轴与垂直的虚轴建立起来的复数的几何表示即x轴是实轴,y轴是虚轴。|H(e^jω)|为幅频特性函数，表示信号通过该滤波器后各频率成分衰减情况，θ(ω)为相频特性函数,反应各频率成分通过滤波器后在时间上的延时情况；相频特性是确定的，因采用的是低通滤波器，其通带频率范围为[0,ω_p]，阻带频率范围为[ω_s,π]，从ω_p到ω_s称为过度带，一个归一化的低通滤波器(截止频率为1)，则其幅频特性函数可表示为如下公式：

n为数字滤波器的阶数，ω为频率，其不同阶数的幅频特性曲线如图2所示。

103)窗口滤波步骤：根据当前采集运行一段过程中的数据样本的左侧窗口、右侧窗口的原始合加速度是同号还是异号来进行滤波处理；左侧窗口为当前时刻前k个时刻的加速度，右侧窗口为当前时刻后k个时刻的加速度。具体步骤如下：

统计当前时刻样本的左侧窗口的原始合加速度是否存在异号；

若左侧窗口的合加速度都是同号，则当前时刻滤波后的合加速度为此刻的原始合加速度；否则统计当前时刻样本的右侧窗口原始加速是否存在异号；

若右侧窗口的合加速度都是同号，则当前时刻滤波后的合加速度为此刻的原始合加速度，否则当前时刻滤波后的合加速度为0。

104)速度获取步骤：根据电梯一段运行过程中获取的合加速度中大于0和小于0的个数判断是否要重新获取合加速度，然后再获得该段运行过程中的速度。

分别统计电梯该段运行过程滤波后的合加速度acc_final中的加速度大于0和小于0的个数，即加速和减速阶段的个数。若电梯一段运行过程中的加速和减速数据的个数都大于阈值，则认为此次滤波的结果正常，直接获取速度。如图3、图4所示，图3为电梯的原加速度，图4为计算出的速度，电梯该段运行过程中加速度存在短时振动，但算出的速度仍是正确的，加速度积分的主要公式如下：

v_cur＝v_pre+a_pre*sample_time+(a_cur–a_pre)*sample_time/2

其中，v_cur为当前时刻的速度，v_pre为上一个时刻的速度，a_pre为上一个时刻的滤波后的合加速度，a_cur为当前时刻滤波后的合加速度，sample_time为陀螺仪的采样时间。

若加速或减速数据的个数不满足阈值，则电梯在整个该段运行过程中存在导致偏差的振动，重新获取合加速度，直接将低通滤波后的加速度acc_low_fir减去重力基准加速度mean_acc,作为电梯重力方向一次滤波后得到的合加速度fir_res_acc，再利用窗口滤波方法对fir_res_acc进行二次滤波，获得最终的合加速度，并由其积分运算得到速度。如图5所示为电梯的原加速度，图6所示为计算出的速度，该段运行过程中加速度一直存在较大振动，但算出的速度仍是正确的。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围内。

Claims (3)

1.一种针对一段运行过程中存在振动的电梯的速度离线处理方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

101)获取加速度步骤：根据陀螺仪的三个轴向的加速度获取电梯所受拉力方向的加速度，记为acc；

102)获取原始合加速度步骤：数字滤波器对acc进行低通滤波，减小电梯振动影响，滤波后的加速度为acc_low_fir，加速度的均值为mean_acc；电梯重力方向所受原始合加速度为ori_res_acc，ori_res_acc＝acc-mean_acc；

数字滤波器的相应处理为如下公式：

H(e^jω)＝|H(e^jω)|e^jθ(ω) 公式(1)

其中，e是自然对数的底，j是复平面中的虚轴，|H(e^jω)|为幅频特性函数，表示信号通过该滤波器后各频率成分衰减情况，θ(ω)为相频特性函数,反应各频率成分通过滤波器后在时间上的延时情况；相频特性是确定的，故公式如下：

n为数字滤波器的阶数，ω为频率；

103)窗口滤波处理步骤：根据当前采集运行一段过程中的数据样本的左侧窗口、右侧窗口的原始合加速度是同号还是异号来进行滤波处理；左侧窗口为当前时刻前k个时刻的加速度，右侧窗口为当前时刻后k个时刻的加速度；具体步骤如下：

统计当前时刻样本的左侧窗口的原始合加速度是否存在异号；

若左侧窗口的合加速度都是同号，则当前时刻滤波后的合加速度为此刻的原始合加速度；否则统计当前时刻样本的右侧窗口原始加速是否存在异号；

若右侧窗口的合加速度都是同号，则当前时刻滤波后的合加速度为此刻的原始合加速度，否则当前时刻滤波后的合加速度为0；

104)速度获取步骤：根据电梯一段运行过程中获取的合加速度中大于0和小于0的个数判断是否要重新获取合加速度，再获得该段运行过程中的速度。

2.根据权利要求1所述的一种针对一段运行过程中存在振动的电梯的速度离线处理方法，其特征在于，陀螺仪的三个轴向加速度的平方根作为电梯所受拉力方向的加速度，三个轴向加速度分别为F_x,F_y,F_z,则拉力方向加速度为

3.根据权利要求1所述的一种针对一段运行过程中存在振动的电梯的速度离线处理方法，其特征在于，步骤104)中若窗口滤波后的合加速度中大于0和小于0的个数都大于阈值，则认为此次滤波的结果正常，直接获取速度；若加速或减速数据的个数不满足阈值，则电梯在整个该段运行过程中存在导致偏差的振动，重新获取合加速度，将低通滤波后的加速度acc_low_fir减去重力基准加速度mean_acc,作为电梯重力方向一次滤波后得到的合加速度fir_res_acc，再利用窗口滤波方法对fir_res_acc进行二次滤波，获得最终的合加速度，并由其积分运算得到速度。