CN110980469B - 一种基于动力学模型的电梯曳引减振系统、装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电气设备技术领域,具体为一种基于动力学模型的电梯曳引减振系统、装置及方法,通过对减振联轴器进行基于动力学模型的优化设计,提供对电梯轿厢的减振控制,结合加速度检测器和减振控制装置的组合设计,当电梯减振系统在应用时,减振控制装置可以根据加速度检测器实时检测的电梯轿厢的加速度,以及电梯主控设备监测的电梯轿厢的加速度,监测电梯轿厢是否发生异常振动。当电梯轿厢发生异常振动时,减振控制装置即可以控制振动调节装置主动起振,以产生与电梯轿厢异常振动相反的振动作用,抵消电梯轿厢的异常振动,确保电梯轿厢的正常平稳运行。
Description
技术领域
本发明属于电气设备技术领域,具体为一种基于动力学模型的电梯曳引减振系统、装置及方法。
背景技术
电梯按照运行速度分为低速梯(V<1m/s)、中速梯(1.0m/s≤V≤1.75m/s)、高速梯(2.0m/s≤V≤4m/s)、超高速电梯(V≥5m/s),超高速电梯一般都用于超高层建筑,楼层的高度动辄在二三百米以上,电梯的速度一般都在4m/s以上,电梯的载重量一般也较大。电梯轿厢在封闭的井道内高速运行,气压的急剧变化和气流的扰动很容易造成电梯运行不稳,反应到电梯曳引机处就是曳引机的振动,由于超高速电梯的曳引机的运行线速度很高,加上电梯负载较大很容易造成振动。
发明内容
本发明提供了一种基于动力学模型的电梯曳引减振系统、装置及方法,用于解决现有的超高速电梯的曳引机的运行线速度很高,加上电梯负载较大很容易造成振动的问题。
为实现上述目的,本发明所采用的技术方案是:
一种基于动力学模型的电梯曳引减振系统,其特征在于,包括异常检测装置,所述异常检测装置包括:
加速度传感器,检测所述电梯轿厢的加速度并相应输出第一加速度信号;
接触判定部,根据由所述加速度传感器检测出的所述第一加速度信号,进行判定摩擦滑动部件与引导杆有无接触的接触判定,并且在进行依照电流模式的线圈电流的控制的同时反复执行所述接触判定,由此估计流过所述线圈的无负载接触时的接触电流估计值;
磁隙估计部,以流过所述线圈的吸引开始时的吸引开始电流、所述线圈电流未流过所述线圈的状态下的磁隙和由所述接触判定部估计出的所述接触电流估计值为输入,计算所述摩擦滑动部件与所述引导杆接触时的磁隙估计值;
异常检测部,其根据由所述磁隙估计部估计出的所述接触时的磁隙估计值来检测所述异常状态并发送异常状态信号。
减振控制装置,分别电连接所述异常检测装置和振动调节装置,用于接收异常检测装置发出的异常状态信号并通过发送电流调节信号控制振动调节装置对所述电梯轿厢进行减振。
振动调节装置,包括第一伺服电机、滑台和弹簧,所述伺服电机与所述滑台连接,所述滑台通过所述弹簧与所述导靴滚轮连接;
所述第一伺服电机在所述电流调节信号的作用下移动所述滑台,所述滑台通过所述弹簧推动所述导靴滚轮沿所述振动方向运动。
优选的,还包括若干可调振动单元与第二伺服电机,所述第二伺服电机与若干所述可调振动单元匹配设置,所述第二伺服电机与所述振动调节装置电连接,用于接收到所述减振控制装置输出的驱动信号时,驱动若干所述可调振动单元起振,抵消所述电梯轿厢产生的异常振动。
优选的,所述可调振动单元包括可调式液压阻尼器或可调式气压阻尼器。
优选的,所述第二伺服电机设置有减振联轴器。
优选的,所述减振联轴器安装在输入法兰和输出法兰之间,所述减振机构包括转接盘、滑块和减振滚子;所述转接盘的两侧分别与输入法兰和输出法兰固定。
一种基于动力学模型的电梯曳引减振装置,所述装置包括:
异常检测模块,用于获取所述第一加速度信号,检测所述异常状态并发送异常状态信号;
减振控制模块,用于接收异常检测装置发出的异常状态信号并通过发送电流调节信号控制振动调节装置对所述电梯轿厢进行减振;
振动调节模块,用于接收所述电流调节信号,对所述电梯轿厢进行减振。
一种基于动力学模型的电梯曳引减振方法,应用于一种电梯减振系统,;其特征在于,所述方法包括:
S1、获取所述第一加速度信号;
S2、由所述加速度传感器检测出的所述第一加速度信号,进行判定摩擦滑动部件与引导杆有无接触的接触判定,并且在进行依照电流模式的线圈电流的控制的同时反复执行所述接触判定,由此估计流过所述线圈的无负载接触时的接触电流估计值;
S3、以流过所述线圈的吸引开始时的吸引开始电流、所述线圈电流未流过所述线圈的状态下的磁隙和由所述接触判定部估计出的所述接触电流估计值为输入,计算所述摩擦滑动部件与所述引导杆接触时的磁隙估计值;
S4、根据由所述磁隙估计部估计出的所述接触时的磁隙估计值来检测所述异常状态并发送异常状态信号;
S5、根据所述发送的异常状态信号控制振动调节装置对电梯轿厢进行减振。
优选的,所述步骤S5还包括以下步骤:第一伺服电机在所述电流调节信号的作用下移动所述滑台,所述滑台通过所述弹簧推动所述导靴滚轮沿所述振动方向运动;第二伺服电机驱动若干可调振动单元起振,抵消所述电梯轿厢产生的异常振动。
本发明的有益技术效果是:
上述电梯减振系统、减振方法和装置,通过采用振动调节装置作为悬挂绳的绳头锥套处的减振元件,提供对电梯轿厢的减振控制。结合加速度检测器和减振控制装置的组合设计,当电梯减振系统在应用时,减振控制装置可以根据加速度检测器实时检测的电梯轿厢的加速度,以及电梯主控设备监测的电梯轿厢的加速度,监测电梯轿厢是否发生异常振动。当电梯轿厢发生异常振动时,减振控制装置即可以控制振动调节装置主动起振,以产生与电梯轿厢异常振动相反的振动作用,抵消电梯轿厢的异常振动,确保电梯轿厢的正常平稳运行。如此,更有效地实现了电梯轿厢的减振控制,大幅提高减振效率,还能提升电梯乘客的乘坐舒适性。
附图说明
图1显示为本发明方法的流程示意图;
图2显示为本发明装置的控制示意图。
具体实施方式
下面结合本发明的附图,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做出创造性劳动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。
一种基于动力学模型的电梯曳引减振系统,包括异常检测装置,所述异常检测装置包括:
加速度传感器,检测所述电梯轿厢的加速度并相应输出第一加速度信号;
接触判定部,根据由所述加速度传感器检测出的所述第一加速度信号,进行判定摩擦滑动部件与引导杆有无接触的接触判定,并且在进行依照电流模式的线圈电流的控制的同时反复执行所述接触判定,由此估计流过所述线圈的无负载接触时的接触电流估计值;
磁隙估计部,以流过所述线圈的吸引开始时的吸引开始电流、所述线圈电流未流过所述线圈的状态下的磁隙和由所述接触判定部估计出的所述接触电流估计值为输入,计算所述摩擦滑动部件与所述引导杆接触时的磁隙估计值;
异常检测部,其根据由所述磁隙估计部估计出的所述接触时的磁隙估计值来检测所述异常状态并发送异常状态信号。
减振控制装置,分别电连接所述异常检测装置和振动调节装置,用于接收异常检测装置发出的异常状态信号并通过发送电流调节信号控制振动调节装置对所述电梯轿厢进行减振。
振动调节装置,包括第一伺服电机、滑台和弹簧,所述伺服电机与所述滑台连接,所述滑台通过所述弹簧与所述导靴滚轮连接;
所述第一伺服电机在所述电流调节信号的作用下移动所述滑台,所述滑台通过所述弹簧推动所述导靴滚轮沿所述振动方向运动。
对加速度信号进行低通滤波处理,获得目标加速度信号;
对加速度信号进行比例积分调节的步骤包括以下步骤:
对目标加速度信号进行比例积分调节。
在本实施例中,电梯减振的目的是为了乘客感觉不到电梯的振动,以提高乘客乘坐电梯的舒适度,而乘客能感觉到的振动频率一般较低,因此在对加速度信号进行比例积分调节之前,可以先对加速度信号进行低通滤波处理,只对低频的加速度信号进行处理,简化处理过程。
可选的,低通滤波的通过频率范围可以是人体较为敏感的1~5Hz。
在其中一个实施例中,利用电流调节信号驱动伺服电机的步骤包括以下步骤:
获取电流调节信号与伺服电机的第一力矩电流信号的差值信号,对差值信号进行比例积分调节,获取伺服电机的电压调节信号,利用电压调节信号驱动伺服电机。
在本实施例中,伺服电机的响应一般是通过伺服电机的电压进行控制,为了便于顺利驱动伺服电机进行控制,可以对电流调节信号与伺服电机的第一力矩电流信号的差值信号进行比例积分调节,获取电压调节信号,进而伺服电机推动导靴滚轮。
可选的,在控制的初始阶段,伺服电机的第一力矩电流信号可以为0。
在其中一个实施例中,在利用电压调节信号驱动伺服电机的步骤之后还包括以下步骤:
获取伺服电机的编码器信号,根据编码器信号获取导靴滚轮当前的位置信号和伺服电机输出的在振动方向上的速度信号;
对位置信号进行比例积分调节,获取速度调节信号,对速度调节信号与速度信号的差值信号进行比例积分调节,获取速度环调节电流信号;
采集伺服电机的当前电流信号,对当前电流信号进行分解,获得第二力矩电流信号;
获取对所述加速度信号进行比例积分调节后的加速度环调节电流信号,获取速度环调节电流信号和加速度环调节电流信号的和值电流信号,获取和值电流信号与第二力矩电流信号的差值信号,对该差值信号进行比例积分调节,获取伺服电机的第二电压调节信号,根据第二电压调节信号驱动伺服电机。
在本实施例中,由于在伺服电机推动导靴滚轮沿振动方向运动后,导靴滚轮的位置已经发生改变,持续以相同的驱动力对导靴滚轮进行推动反而不利于振动的消除,可以通过导靴滚轮当前的位置信号和伺服电机输出的在振动方向上的速度信号的反馈,对伺服电机的控制电流进行进一步的调节。伺服电机可以配置有一个编码器,编码器记录了轿厢的运动过程,根据编码器记录的信号可以得到导靴滚轮当前的位置信号和伺服电机输出的在振动方向上的速度信号,通过比例积分调节获取速度环调节电流信号,结合加速度环调节电流信号以及伺服电机的第二力矩电流信号获取第二电压调节信号,进一步调节伺服电机,使导靴滚轮的运动更加符合轿厢实际的位置和速度变化,使得推动导靴滚轮的过程更加稳定。
可选的,在根据第二电压调节信号驱动伺服电机之后,本实施例中获取反馈电流信号对伺服电机的控制电流进行进一步的调节的过程可以重复进行,直至第二电压调节信号为0,此时相当于导靴滚轮没有受到外界振动因素的影响,也就无需伺服电机推动导靴滚轮。
在其中一个实施例中,获取伺服电机的第二电压调节信号的步骤包括以下步骤:
获取当前电流信号分解后的励磁电流信号,对励磁电流信号进行比例积分调节,获取励磁电流信号的调节信号,根据励磁电流信号的调节信号、对该差值信号进行比例积分调节后的调节信号和位置信号获取伺服电机的第二电压调节信号。
在本实施例中,在对伺服电机进行调节的过程中,电压调节信号不仅对伺服电机的力矩电流信号产生作用,同时还会影响到伺服电机的励磁电流信号,通过对伺服电机的励磁电流信号的比例积分调节和反馈,可以得到更加准确的电压调节信号,从而提高推动导靴滚轮的准确度。
在其中一个实施例中,对加速度信号进行比例积分调节的步骤包括以下步骤:
根据预设的增益比例对加速度信号进行增益处理,对增益后的加速度信号进行比例积分调节。
在本实施例中,在电梯运行过程中,电梯轿厢在振动方向上的加速度信号通常比较小,通过预设的增益比例对加速度信号进行增益处理,便于后续的信号处理,得到准确的伺服电机的电流调节信号。
在其中一个实施例中,加速度信号包括第一振动方向加速度信号或第二振动方向加速度信号,第一振动方向和第二振动方向相互垂直。
在本实施例中,电梯实际运行过程中,主要有两个相互垂直的方向上的振动,在电梯减振控制时,可以分别对这两种不同的方向的振动进行调节控制,从而最大程度地保证电梯的减振效果。
可选的,在电梯轿厢运行过程中,电梯导轨变形和轿厢周围的空气压力扰动最容易引起的是电梯的横向振动,这也是影响乘坐乘客舒适性的重要因素,因此,可以选择振动方向是横向方向,由于电梯轿厢整体一般都是呈长方体状,电梯轿厢在横向的振动可以分为左右方向的振动和前后方向的振动。第一振动方向可以是左右振动的方向,第二振动方向可以是前后振动的方向。
根据上述电梯减振控制方法,本发明还提供一种电梯减振控制系统,以下就本发明的电梯减振控制系统的实施例进行详细说明。
在一个具体的实施例中,本发明的方案可以应用在电梯运行减振的场景中。
本具体实施例的方案主要是使用伺服电机驱动滑台控制导靴滚轮上的弹簧,根据检测到的轿厢的加速度的方向和大小调节导靴滚轮和导轨之间的力矩,减小轿厢振动。
电梯减振控制的基本框架,ACM1、ACM2为加速度传感器采集板1和采集板2,Motor1、Motor2、Motor3为多摩川伺服电机,伺服电机包含17位绝对位置编码器和刹车。系统由机械部分和电气部分组成,其中电气部分为控制机构,机械部分为执行机构。机械部分包含安装于轿底左右两侧的两台导靴,右侧的导靴包括两台伺服电机Motor1和Motor3,Motor1控制导靴滚轮前后方向的受力,Motor3控制导靴滚轮左右方向的受力,左侧的导靴包括一台伺服电机Motor2,控制导靴前后方向的受力,Motor1和Motor2因安装位置相反,所以控制出力方向相反。伺服电机通过丝杆连接滑台,滑台上有连接弹簧,弹簧力作用到滚轮上
导靴左右方向的减振原理,导靴滚轮沿导轨向上运行时,当运行到导轨不平处时,轿厢将会往右边偏移时,加速度采集板ACM1将采集到加速度方向向右,系统设置的默认加速度为0,PI输入为负,使用加速度PI调节,转换为伺服电机M3的电流,控制伺服电机的滑块向右运动,右侧向弹簧压缩,滚轮向右运动,阻止轿厢进一步右移,从而减小导轨不平造成轿厢的振动,保证电梯运行的平稳性。前后方向的控制原理相同,差异为Motor1控制右侧的两个滚轮,Motor2控制左侧的两个滚轮。
进一步的,还包括若干可调振动单元与第二伺服电机,所述第二伺服电机与若干所述可调振动单元匹配设置,所述第二伺服电机与所述振动调节装置电连接,用于接收到所述减振控制装置输出的驱动信号时,驱动若干所述可调振动单元起振,抵消所述电梯轿厢产生的异常振动。
其中,所述可调振动单元包括可调式液压阻尼器或可调式气压阻尼器。
需要说明的是,所述第二伺服电机设置有减振联轴器,其中,所述减振联轴器安装在输入法兰和输出法兰之间,所述减振机构包括转接盘、滑块和减振滚子;所述转接盘的两侧分别与输入法兰和输出法兰固定。
另外,所述转接盘与输入法兰连接的侧面上圆周均布有n个滑槽,其中n≥2,所述滑槽的延伸方向为转接盘的径向,所述滑块设置在滑槽内,沿所述滑槽移动;所述滑块的正面具有半圆形滚动槽,所述减振滚子设置在滚动槽内,与所述滚动槽间隙配合,
为了减小传动系统的扭转振动,联轴器还应具有一定的缓冲减振性能,所以需要对联轴器进行一定的基于动力学的优化设计,确定滑块最大转动半径Rmax、减振滚子的转动半径r以及减振滚子的半径rc;其中,设定转接盘的中心为O1,滑块靠近转接盘中心的面的中心为O2,减振滚子的中心为O3,则R为O1O2的距离,Rmax为R能取到的最大值,r为O2O3的距离,具体步骤如下:
S1、根据传动系统的工况确定传动轴系的主振频率ω;
(1)在易检测轴系扭转振动的情况下,直接利用扭振传感器对传动轴系的振动角位移进行测量,经FFT分析得出主振频率ω;
(2)在不易检测轴系扭转振动的情况下,建立传动轴系扭振动力学方程:
式中,[M]为等效质量矩阵,[K]为等效刚度矩阵,[C]为等效阻尼矩阵,[F]为等效外部激励矩阵,δ为传动轴系的振动角位移;
求解上述振动力学方程,得出振动角位移δ,经FFT分析得出主振频率ω;
S2、建立减振机构的多目标优化模型,确定滑块最大转动半径Rmax、减振滚子转动半径r和减振滚子半径rc的值,使减振联轴器可以在最大转速变化范围内减小传动轴系的扭转振动;
S21、列出减振机构优化设计问题的多目标函数,由如下公式确定:
式中,x={x 1,x 2,x 3}表示减振滚子转动半径、减振滚子半径、滑块最大转动半径这三个设计变量的向量,D表示减振滚子转动半径、减振滚子半径、滑块最大转动半径这三个设计变量的可行域,y表示减振联轴器适用的转速变化范围和减振滚子质量两个目标函数向量,f1(x)为减振联轴器适用的转速变化范围Δn,f2(x)为减振滚子质量m;
在目标函数向量中,f1(x)由如下公式确定:
式中,Δn为减振联轴器适用的转速变化范围,ω为传动轴系的主振频率,r为设计变量,即减振滚子转动半径,ΔR为滑块转动半径变化范围,R max为设计变量,即滑块最大转动半径,R s为传动轴系半径,即联轴器所连接的输入轴/输出轴的半径;
在目标函数向量中,f2(x)由如下公式确定:
式中,m为减振滚子质量,r c为设计变量,即减振滚子半径,ρ为减振滚子材料密度;
S22、列出减振机构优化设计问题的约束条件,由如下公式确定:
减振滚子振幅约束:
式中,A为外部激励幅值,rc为设计变量,即减振滚子半径,ρ为减振滚子材料密度,Rmax为设计变量,即滑块最大转动半径,r为设计变量,即减振滚子转动半径,ω为传动轴系的主振频率,a为滑块正面边长,r c为设计变量,即减振滚子半径;
滑块最大转动半径R max约束:
R s≤R max<R*(6)
式中,Rs为传动轴系半径,Rmax为设计变量,即滑块最大转动半径,R*为工况允许的联轴器最大半径;
减振滚子转动半径r约束:
式中,a为滑块正面边长,r c为设计变量,即减振滚子半径,r为设计变量,即减振滚子转动半径;
减振滚子半径rc约束:
式中,r*为减振滚子不发生非线跳跃的最小半径,r c为设计变量,即减振滚子半径,a为滑块正面边长;
S23、对减振机构的多目标优化模型进行求解,得到设计变量滑块最大转动半径Rmax、减振滚子转动半径r和减振滚子半径r c的值。
一种基于动力学模型的电梯曳引减振装置,应用于一种电梯减振系统,包括:
异常检测模块,用于获取所述第一加速度信号,检测所述异常状态并发送异常状态信号;
减振控制模块,用于接收异常检测装置发出的异常状态信号并通过发送电流调节信号控制振动调节装置对所述电梯轿厢进行减振;
振动调节模块,用于接收所述电流调节信号,对所述电梯轿厢进行减振。
参见图2所示,为本发明一个实施例的电梯曳引减振装置的结构示意图。该实施例中的电梯曳引减振装置包括:
异常检测模块,包括加速度获取单元,用于在电梯轿厢运行时,获取轿厢在振动方向上的第一加速度信号;
调节信号获取单元,用于对加速度信号进行比例积分调节,获取伺服电机的电流调节信号;
减振控制单元,用于利用电流调节信号驱动伺服电机,推动轿厢上的导靴滚轮沿振动方向运动。
在其中一个实施例中,调节信号获取单元对所述加速度信号进行低通滤波处理,获得目标加速度信号;对所述目标加速度信号进行比例积分调节。
在其中一个实施例中,减振控制单元获取电流调节信号与伺服电机的第一力矩电流信号的差值信号,对差值信号进行比例积分调节,获取伺服电机的电压调节信号,利用电压调节信号驱动伺服电机。
在其中一个实施例中,减振控制单元获取伺服电机的编码器信号,根据编码器信号获取导靴滚轮当前的位置信号和伺服电机输出的在振动方向上的速度信号;对位置信号进行比例积分调节,获取速度调节信号,对速度调节信号与速度信号的差值信号进行比例积分调节,获取速度环调节电流信号;采集伺服电机的当前电流信号,对当前电流信号进行分解,获得第二力矩电流信号;获取对所述加速度信号进行比例积分调节后的加速度环调节电流信号,获取速度环调节电流信号和加速度环调节电流信号的和值电流信号,获取和值电流信号与第二力矩电流信号的差值信号,对该差值信号进行比例积分调节,获取伺服电机的第二电压调节信号,根据第二电压调节信号驱动伺服电机。
在其中一个实施例中,减振控制单元获取当前电流信号分解后的励磁电流信号,对励磁电流信号进行比例积分调节,获取励磁电流信号的调节信号,根据励磁电流信号的调节信号、对该差值信号进行比例积分调节后的调节信号和位置信号获取伺服电机的第二电压调节信号。
在其中一个实施例中,调节信号获取单元根据预设的增益比例对加速度信号进行增益处理,对增益后的加速度信号进行比例积分调节。
在其中一个实施例中,加速度信号包括第一振动方向加速度信号或第二振动方向加速度信号,第一振动方向和第二振动方向相互垂直。
本发明的电梯减振控制系统与本发明的电梯减振控制方法一一对应,在上述电梯减振控制方法的实施例阐述的技术特征及其有益效果均适用于电梯减振控制系统的实施例中。
一种基于动力学模型的电梯曳引减振方法,应用于一种电梯减振系统,所述方法包括:
S1、获取所述第一加速度信号;
S2、由所述加速度传感器检测出的所述第一加速度信号,进行判定摩擦滑动部件与引导杆有无接触的接触判定,并且在进行依照电流模式的线圈电流的控制的同时反复执行所述接触判定,由此估计流过所述线圈的无负载接触时的接触电流估计值;
S3、以流过所述线圈的吸引开始时的吸引开始电流、所述线圈电流未流过所述线圈的状态下的磁隙和由所述接触判定部估计出的所述接触电流估计值为输入,计算所述摩擦滑动部件与所述引导杆接触时的磁隙估计值;
S4、根据由所述磁隙估计部估计出的所述接触时的磁隙估计值来检测所述异常状态并发送异常状态信号;
S5、根据所述发送的异常状态信号控制振动调节装置对电梯轿厢进行减振。
所述步骤S5还包括以下步骤:第一伺服电机在所述电流调节信号的作用下移动所述滑台,所述滑台通过所述弹簧推动所述导靴滚轮沿所述振动方向运动;第二伺服电机驱动若干可调振动单元起振,抵消所述电梯轿厢产生的异常振动。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“逆时针”、“顺时针”“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
Claims (1)
1.一种基于动力学模型的电梯曳引减振系统,其特征在于,包括异常检测装置,所述异常检测装置包括:
加速度传感器,检测电梯轿厢的加速度并相应输出第一加速度信号;
接触判定部,根据由所述加速度传感器检测出的所述第一加速度信号,进行判定摩擦滑动部件与引导杆有无接触的接触判定,并且在进行依照电流模式的线圈电流的控制的同时反复执行所述接触判定,由此估计流过所述线圈的无负载接触时的接触电流估计值;
磁隙估计部,以流过所述线圈的吸引开始时的吸引开始电流、所述线圈电流未流过所述线圈的状态下的磁隙和由所述接触判定部估计出的所述接触电流估计值为输入,计算所述摩擦滑动部件与所述引导杆接触时的磁隙估计值;
异常检测部,其根据由所述磁隙估计部估计出的所述接触时的磁隙估计值来检测异常状态并发送异常状态信号;
减振控制装置,分别电连接所述异常检测装置和振动调节装置,用于接收异常检测装置发出的异常状态信号并通过发送电流调节信号控制振动调节装置对所述电梯轿厢进行减振;
振动调节装置,包括第一伺服电机、滑台和弹簧,所述伺服电机与所述滑台连接,所述滑台通过所述弹簧与导靴滚轮连接;
所述第一伺服电机在所述电流调节信号的作用下移动所述滑台,所述滑台通过所述弹簧推动所述导靴滚轮沿振动方向运动;
还包括若干可调振动单元与第二伺服电机,所述第二伺服电机与若干所述可调振动单元匹配设置,所述第二伺服电机与所述振动调节装置电连接,用于接收到所述减振控制装置输出的驱动信号时,驱动若干所述可调振动单元起振,抵消所述电梯轿厢产生的异常振动;
所述可调振动单元包括可调式液压阻尼器或可调式气压阻尼器;
所述第二伺服电机设置有减振联轴器;
所述减振联轴器安装在输入法兰和输出法兰之间,减振机构包括转接盘、滑块和减振滚子;所述转接盘的两侧分别与输入法兰和输出法兰固定;
对加速度信号进行低通滤波处理,获得目标加速度信号;
对加速度信号进行比例积分调节的包括以下内容:
对目标加速度信号进行比例积分调节;
电梯减振的目的是为了乘客感觉不到电梯的振动,以提高乘客乘坐电梯的舒适度,而乘客能感觉到的振动频率一般较低,因此在对加速度信号进行比例积分调节之前,可以先对加速度信号进行低通滤波处理,只对低频的加速度信号进行处理,简化处理过程;
低通滤波的通过频率范围是人体较为敏感的1~5Hz;
利用电流调节信号驱动伺服电机包括以下内容:
获取电流调节信号与伺服电机的第一力矩电流信号的差值信号,对差值信号进行比例积分调节,获取伺服电机的电压调节信号,利用电压调节信号驱动伺服电机;
伺服电机的响应是通过伺服电机的电压进行控制,为了便于顺利驱动伺服电机进行控制,对电流调节信号与伺服电机的第一力矩电流信号的差值信号进行比例积分调节,获取电压调节信号,进而伺服电机推动导靴滚轮;
在控制的初始阶段,伺服电机的第一力矩电流信号为0;
在利用电压调节信号驱动伺服电机之后还包括以下内容:
获取伺服电机的编码器信号,根据编码器信号获取导靴滚轮当前的位置信号和伺服电机输出的在振动方向上的速度信号;
对位置信号进行比例积分调节,获取速度调节信号,对速度调节信号与速度信号的差值信号进行比例积分调节,获取速度环调节电流信号;
采集伺服电机的当前电流信号,对当前电流信号进行分解,获得第二力矩电流信号;
获取对所述加速度信号进行比例积分调节后的加速度环调节电流信号,获取速度环调节电流信号和加速度环调节电流信号的和值电流信号,获取和值电流信号与第二力矩电流信号的差值信号,对该差值信号进行比例积分调节,获取伺服电机的第二电压调节信号,根据第二电压调节信号驱动伺服电机;
由于在伺服电机推动导靴滚轮沿振动方向运动后,导靴滚轮的位置已经发生改变,持续以相同的驱动力对导靴滚轮进行推动反而不利于振动的消除,通过导靴滚轮当前的位置信号和伺服电机输出的在振动方向上的速度信号的反馈,对伺服电机的控制电流进行进一步的调节;伺服电机配置有一个编码器,编码器记录了轿厢的运动过程,根据编码器记录的信号可以得到导靴滚轮当前的位置信号和伺服电机输出的在振动方向上的速度信号,通过比例积分调节获取速度环调节电流信号,结合加速度环调节电流信号以及伺服电机的第二力矩电流信号获取第二电压调节信号,进一步调节伺服电机,使导靴滚轮的运动更加符合轿厢实际的位置和速度变化,使得推动导靴滚轮的过程更加稳定;
在根据第二电压调节信号驱动伺服电机之后,获取反馈电流信号对伺服电机的控制电流进行进一步的调节的过程可以重复进行,直至第二电压调节信号为0,此时相当于导靴滚轮没有受到外界振动因素的影响,也就无需伺服电机推动导靴滚轮;
获取伺服电机的第二电压调节信号包括以下内容:
获取当前电流信号分解后的励磁电流信号,对励磁电流信号进行比例积分调节,获取励磁电流信号的调节信号,根据励磁电流信号的调节信号、对该差值信号进行比例积分调节后的调节信号和位置信号获取伺服电机的第二电压调节信号;
在对伺服电机进行调节的过程中,电压调节信号不仅对伺服电机的力矩电流信号产生作用,同时还会影响到伺服电机的励磁电流信号,通过对伺服电机的励磁电流信号的比例积分调节和反馈,可以得到更加准确的电压调节信号,从而提高推动导靴滚轮的准确度;
对加速度信号进行比例积分调节包括以下内容:
根据预设的增益比例对加速度信号进行增益处理,对增益后的加速度信号进行比例积分调节;
在电梯运行过程中,电梯轿厢在振动方向上的加速度信号通常比较小,通过预设的增益比例对加速度信号进行增益处理,便于后续的信号处理,得到准确的伺服电机的电流调节信号;
加速度信号包括第一振动方向加速度信号或第二振动方向加速度信号,第一振动方向和第二振动方向相互垂直;
电梯实际运行过程中,主要有两个相互垂直的方向上的振动,在电梯减振控制时,可以分别对这两种不同的方向的振动进行调节控制,从而最大程度地保证电梯的减振效果;
在电梯轿厢运行过程中,电梯导轨变形和轿厢周围的空气压力扰动最容易引起的是电梯的横向振动,这也是影响乘坐乘客舒适性的重要因素,因此,选择振动方向是横向方向,由于电梯轿厢整体都是呈长方体状,电梯轿厢在横向的振动分为左右方向的振动和前后方向的振动;第一振动方向是左右振动的方向,第二振动方向是前后振动的方向;
导靴左右方向的减振原理,导靴滚轮沿导轨向上运行时,当运行到导轨不平处时,轿厢将会往右边偏移时,加速度采集板ACM1将采集到加速度方向向右,系统设置的默认加速度为0,PI输入为负,使用加速度PI调节,转换为伺服电机M3的电流,控制伺服电机的滑块向右运动,右侧向弹簧压缩,滚轮向右运动,阻止轿厢进一步右移,从而减小导轨不平造成轿厢的振动,保证电梯运行的平稳性;前后方向的控制原理相同,差异为Motor1控制右侧的两个滚轮,Motor2控制左侧的两个滚轮;
所述转接盘与输入法兰连接的侧面上圆周均布有n个滑槽,其中n≥2,所述滑槽的延伸方向为转接盘的径向,所述滑块设置在滑槽内,沿所述滑槽移动;所述滑块的正面具有半圆形滚动槽,所述减振滚子设置在滚动槽内,与所述滚动槽间隙配合,
为了减小传动系统的扭转振动,联轴器还应具有一定的缓冲减振性能,所以需要对联轴器进行一定的基于动力学的优化设计,确定滑块最大转动半径Rmax、减振滚子的转动半径r以及减振滚子的半径rc;其中,设定转接盘的中心为O1,滑块靠近转接盘中心的面的中心为O2,减振滚子的中心为O3,则R为O1O2的距离,Rmax为R能取到的最大值,r为O2O3的距离,具体步骤如下:
S1、根据传动系统的工况确定传动轴系的主振频率ω;
(1)在易检测轴系扭转振动的情况下,直接利用扭振传感器对传动轴系的振动角位移进行测量,经FFT分析得出主振频率ω;
(2)在不易检测轴系扭转振动的情况下,建立传动轴系扭振动力学方程:
式中,[M]为等效质量矩阵,[K]为等效刚度矩阵,[C]为等效阻尼矩阵,[F]为等效外部激励矩阵,δ为传动轴系的振动角位移;
求解上述振动力学方程,得出振动角位移δ,经FFT分析得出主振频率ω;
S2、建立减振机构的多目标优化模型,确定滑块最大转动半径Rmax、减振滚子转动半径r和减振滚子半径rc的值,使减振联轴器可以在最大转速变化范围内减小传动轴系的扭转振动;
S21、列出减振机构优化设计问题的多目标函数,由如下公式确定:
式中,x={x1,x2,x3}表示减振滚子转动半径、减振滚子半径、滑块最大转动半径这三个设计变量的向量,D表示减振滚子转动半径、减振滚子半径、滑块最大转动半径这三个设计变量的可行域,y表示减振联轴器适用的转速变化范围和减振滚子质量两个目标函数向量,f1(x)为减振联轴器适用的转速变化范围Δn,f2(x)为减振滚子质量m;
在目标函数向量中,f1(x)由如下公式确定:
式中,Δn为减振联轴器适用的转速变化范围,ω为传动轴系的主振频率,r为设计变量,即减振滚子转动半径,ΔR为滑块转动半径变化范围,Rmax为设计变量,即滑块最大转动半径,Rs为传动轴系半径,即联轴器所连接的输入轴/输出轴的半径;
在目标函数向量中,f2(x)由如下公式确定:
式中,m为减振滚子质量,ρ为减振滚子材料密度;
S22、列出减振机构优化设计问题的约束条件,由如下公式确定:
减振滚子振幅约束:
式中,A为外部激励幅值,rc为设计变量,即减振滚子半径,ρ为减振滚子材料密度,Rmax为设计变量,即滑块最大转动半径,r为设计变量,即减振滚子转动半径,ω为传动轴系的主振频率,a为滑块正面边长;
滑块最大转动半径Rmax约束:
Rs≤Rmax<R* (6)
式中,Rs为传动轴系半径,Rmax为设计变量,即滑块最大转动半径,R*为工况允许的联轴器最大半径;
减振滚子转动半径r约束:
式中,a为滑块正面边长;
减振滚子半径rc约束:
式中,r*为减振滚子不发生非线跳跃的最小半径,a为滑块正面边长;
S23、对减振机构的多目标优化模型进行求解,得到设计变量滑块最大转动半径Rmax、减振滚子转动半径r和减振滚子半径rc的值。
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