CN114644269A - 电梯驱动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开的电梯驱动控制系统包括：采用非线性控制来生成电梯驱动电机转矩指令的第1控制部，采用线性控制生成电梯驱动电机转矩指令的第2控制部，用于监视由第1控制部切换到第2控制部的切换条件是否成立的第一监视处理部，基于所述监视结果选择第1控制部或第2控制部输出的转矩指令作为用于电梯驱动电机最终转矩指令的选择部，利用所述最终转矩指令执行对所述电梯驱动电机速度控制的驱动电路以及用于确定所述第2控制部在切换时应当输出的初始转矩指令的初值确定部。本发明的电梯驱动控制系统通过合理设置第2控制部的转矩指令初值，能够避免因最终转矩指令切换出现大幅阶跃变化严重影响电梯性能，从而确保电梯驱动控制具备较高的控制品质。

Description

电梯驱动控制系统

技术领域

本发明涉及电梯领域，具体涉及一种电梯驱动控制系统。

背景技术

日立制作所在其专利CN202011442760.X中指出，尽管近年来在电梯曳引机速度控制中得到应用的基于AI(artificial intelligence：人工智能)技术的控制、模型预测控制等非线性控制能够实现高性能的运行控制，但在使用了学习功能的非线性控制中，利用基于学习结果的计算值、预测值来进行控制，因而存在稳定性得不到保证的问题：当基于学习结果的计算值、预测值正确时，则进行高性能的运行控制，但当基于学习结果的计算值、预测值错误时，会产生轿厢振动、平层误差等问题。为此，日立制作所在该专利中进一步提出：在电梯控制装置中同时设置采用非线性控制的第1控制部和采用线性控制的第2控制部，选择部根据对控制部输出的转矩指令或曳引机速度的监视结果决定是否采用第2控制部对电梯曳引机执行速度控制，以此来避免非线性控制的稳定性问题。

由附图1所示的专利CN202011442760.X中的电梯控制装置的系统构成可知：当选择部16选定由采用非线性控制的第1控制部执行对曳引机的速度控制时，采用线性控制的第2控制部同时根据速度指令与速度反馈值得到的速度跟踪误差进行控制，输出针对电梯曳引机的转矩指令。由于第1控制部与第2控制部的输入信号和控制器算法完全不同，则二者输出的控制指令也必然是不同的。这样，当监视到需要由第1控制部输出的转矩指令切换到第2控制部输出的转矩指令时，如果切换前后送到驱动电路的转矩指令发生大的阶段变化时，必然会导致电梯曳引机的速度因出现突然的加减速或剧烈抖动(因是转矩指令的大幅阶跃变化)而严重影响电梯的乘坐舒适性、甚至是导致电梯出现异常或故障。另一方面，当第2控制部采用包含有早于切换时刻的先前数据的控制单元(如：常用的PI控制中包含的积分控制单元，该单元的输出值是累加器中的累积值与积分增益与输入信号的积的和)时，如果不能适当设置切换时刻累加器中的累积值，则会严重影响切换后的最初一段的控制性能(如：切换前采用第1控制部时，如果经历了较长时间的正速度跟踪误差，则第2控制部中的积分器可能已经积分饱和，则切换后会第2控制部会持续一定时间输出过大的转矩指令，反之则可能出持续一定时间输出过小的转矩指令)。

因此，如何保证由采用非线性控制的第1控制部切换到采用线性控制的第2控制部执行对电梯曳引机的速度控制的切换时刻及其后续一定时间内的控制性能就成为一个有待解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种电梯驱动控制系统，该电梯驱动控制系统能够保证由采用非线性控制的第1控制部切换到采用线性控制的第2控制部执行对电梯曳引机的速度控制的切换时刻及其后续一定时间内的控制性能。

为了解决上述技术问题，本发明提供的电梯驱动控制系统包括：

第1控制部，采用非线性控制来生成用于电梯驱动电机的转矩指令，所述第1控制部输出的转矩指令为第1转矩指令；

第2控制部，采用线性控制来生成用于电梯驱动电机的转矩指令，所述第2控制部输出的转矩指令为第2转矩指令；

第一监视处理部，用于监视由第1控制部切换到第2控制部的切换条件是否成立；

选择部，基于所述第一监视处理部的监视结果选择所述第1转矩指令和所述第2转矩指令中的一方作为用于电梯驱动电机的最终转矩指令；

驱动电路，利用所述选择部输出的所述最终转矩指令执行对所述电梯驱动电机的速度控制；

所述驱动控制系统还包括：初值确定部，当所述选择部将所述最终转矩指令由第1转矩指令切换到第2转矩指令时，确定所述第2控制部在切换时输出的初始转矩指令。

优选地，所述初值确定部进一步包括：计算单元，用于计算第1转矩指令与第2转矩指令间的差值；判断单元，用于判断所述差值与阈值间的关系；决定单元，当所述差值不大于所述阈值时，将第1转矩指令作为所述初始转矩指令，否则设置一持续时间为T₁的过渡期，该过渡期内所述初始转矩指令为位于第1转矩指令与第2转矩指令间的单调连续函数。

优选地，所述第2控制部包含有控制单元，所述控制单元依赖于早于切换时刻的先前数据；所述电梯驱动控制系统还包括：参数设置部，用于根据所述初始转矩指令以及所述第2控制部的当前输入设定所述控制单元的初始参数。

优选地，所述第2控制部为比例积分控制器，所述控制单元为其中的积分控制单元，所述第2控制部的当前输入为作为比例积分控制器的输入的速度跟踪误差，所述参数设置部根据所述初始转矩指令和所述速度跟踪误差确定积分控制单元在切换时刻的累积值初值。

优选地，所述参数设置部首先从所述初始转矩指令中减去速度跟踪误差与比例增益参数的积得到积分控制单元的输出，然后从积分控制单元的输出中减去速度跟踪误差与积分增益参数的积得到的差作为积分控制单元在切换时刻的累积值初值。

优选地，当所述差值不大于所述阈值时，所述决定单元根据速度跟踪误差和第1转矩指令生成所述初始转矩指令。

优选地，当切换时所述速度跟踪误差为正或在长度为T₂且以切换时刻为终点的时间窗内所述速度跟踪误差的均值为正时，所述决定单元将第1转矩指令与一正偏置量的和作为所述初始转矩指令；否则将第1转矩指令与一正偏置量的差作为所述初始转矩指令。

优选地，所述正偏置量的大小与所述速度跟踪误差的绝对值为单调增特性关系。

优选地，，所述电梯驱动控制系统还包括：存储部，用于存储将第2转矩指令作为最终转矩指令恢复为将第1转矩指令作为最终转矩指令的恢复条件；第二监视处理部，用于监视由第2控制部切换到第1控制部的所述恢复条件是否成立；所述选择部在当前最终转矩指令是由第2控制部产生且所述第二监视处理部监视到所述恢复条件成立时，将第2转矩指令作为最终转矩指令恢复为将第1转矩指令作为最终转矩指令。

优选地，所述恢复条件为：条件1，第1转矩指令与第2转矩指令间的差值小于阈值；条件2，持续时间超过时间阈值。

优选地，所述恢复条件为：电梯至少再一次经历由第1控制部切换到第2控制部的运行状态且条件1和条件2同时成立。

优选地，所述电梯驱动控制系统还包括：报告单元，用于生成并输出如下多个信息中的任意一个或多个：

1)所述选择部变更最终转矩指令时的变更结果；

2)所述选择部变更选择结果的监视条件或恢复条件；

3)所述选择部变更选择结果前或后的电梯运行状态数据或驱动控制数据。

与现有技术相比，本发明的电梯驱动控制系统通过合理设置切换时刻及其后一段时间内采用线性控制的第2控制部的转矩指令，能够避免最终转矩指令因切换出现大幅阶跃变化而导致电梯出现剧烈抖动等严重影响电梯性能，从而确保电梯驱动控制具备较高的控制品质；并且在恢复条件成立后恢复为采用非线性控制的第1控制部，以便能够尽可能地采用非线性控制以获得更高的控制性能。

附图说明

图1所示为专利CN202011442760.X中的电梯控制装置的系统构成；

图2为实施例1和2的电梯驱动控制系统的系统构成示意图；

图3为实施例3的电梯驱动控制系统的系统构成示意图；

图4为实施例4和5的电梯驱动控制系统的系统构成示意图。

具体实施方式

下面结合附图通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可以由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明亦可通过其它不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，本领域技术人员在不背离本发明的精神下可以进行各种类似推广和替换。

实施例一

如附图2所示，本实施例的电梯驱动控制系统包括：

第1控制部，采用非线性控制来生成用于电梯驱动电机的转矩指令，所述第1控制部输出的转矩指令为第1转矩指令；

第2控制部，采用线性控制来生成用于电梯驱动电机的转矩指令，所述第2控制部输出的转矩指令为第2转矩指令；

第一监视处理部，用于监视由第1控制部切换到第2控制部的切换条件是否成立；

选择部，基于第一监视处理部的监视结果选择第1转矩指令和第2转矩指令中的一方作为用于电梯驱动电机的最终转矩指令；

驱动电路，利用选择部输出的最终转矩指令执行对电梯驱动电机的速度控制；

初值确定部，用于当选择部将最终转矩指令由第1转矩指令切换到第2转矩指令时，确定第2控制部在切换时应当输出的初始转矩指令。

这里的切换条件主要是能够描述电梯运行状况的表征指标或参数在表明在第1控制部的控制下电梯出现性能异常。

本实施例中，第一监视处理部相当于专利CN202011442760.X中的监视处理部，其余的第1控制部、第2控制部、选择部、驱动电路与专利CN202011442760.X中的同名称构成部件相同，此处仅对新增的初值确定部加以说明，其余不做赘述。

本实施例的电梯驱动控制系统的工作原理如下：

系统投入运行后，为取得更好的控制性能，都是利用采用非线性控制的第1控制部对电梯驱动电机进行速度控制，选择部将第1转矩指令作为送到驱动电路的最终转矩指令；采用线性控制的第2控制部虽然也根据速度误差进行控制(当然也可以不启动第2控制部)，输出其转矩指令，但选择部并不选择其输出的转矩指令作为送到驱动电路的最终转矩指令，因此此时的第2控制部不论是否根据速度误差进行控制都对本实施例没有区别；第一监视部根据切换条件进行监视，判断切换条件是否成立，且在条件成立时通知给选择部；在接收来自第一监视部的表示切换条件成立的信息后，首先由初值确定部确定第2控制部在切换时或切换后的初始阶段应当输出的初始转矩指令，然后选择部将由第1转矩指令作为送到驱动电路的最终转矩指令切换到由第2转矩指令作为送到驱动电路的最终转矩指令，并且切换后第2转矩指令为由初值确定部确定的初始转矩指令。

实施例二

本实施例对实施例一中的初值确定部做进一步的说明。

初值确定部确定的初始转矩值可以仅是切换时刻的一个独立的值，也可以是由切换时刻起至其后已经时长内的连续值。

其中初值确定部进一步包括：

计算单元，用于第1转矩指令与第2转矩指令间的差值；

判断单元，用于判断差值与阈值间的关系；

决定单元，用于确定第2控制部对应初始转矩指令。

决定单元按照如下方式确定第2控制部对应初始转矩指令：

当差值不大于阈值时，将第1转矩指令作为第2控制部在切换时应当输出的初始转矩指令，否则设置一持续时间为T₁的过渡期，该过渡期内第2控制部在切换时应当输出的初始转矩指令为位于第1转矩指令与第2转矩指令间的单调连续函数。过渡期结束后，直接将第2转矩指令作为送往驱动电路的最终转矩指令。

对于决定单元在过渡期内单调连续函数，可以这样设计：以切换时刻第1转矩指令为起点，假定控制周期为T₀，对T₁与T₀的商取整后得到步数n，即在n个控制周期内最终转矩指令将由T₁回到第2转矩指令，假定切换时刻为k，具体步骤如下：

步骤S1，选取k时刻第2转矩指令T_k；

步骤S2，计算T₁与T_k的差，经求取该差值与步数n的商，将其作为修正量Δ；

步骤S3，求取T₁与Δ的差，并利用得到的差更新T₁；

步骤S4，k←k+1，n←n-1；

步骤S5，返回步骤S1，直至n＝0为止。

另外，当第1转矩指令与第2转矩指令间的差值不大于阈值时，决定单元还可以根据速度跟踪误差和第1转矩指令生成第2控制部在切换时应当输出的初始转矩指令，如：当切换时速度跟踪误差为正(即速度指令大于实际速度)或在长度为T₂且以切换时刻为终点的时间窗内速度跟踪误差的均值为正时，决定单元将第1转矩指令与一正偏置量的和作为第2控制部在切换时应当输出的初始转矩指令；否则将第1转矩指令与一正偏置量的差作为第2控制部在切换时应当输出的初始转矩指令。

可选地，正偏置量的大小与速度跟踪误差的绝对值为单调增特性关系。

实施例三

本实施例在前述实施例的基础上，对第2控制部做进一步的说明。

前述实施例对于第2控制部的唯一限制就是采用线性控制算法。

本实施例对第2控制部包含有控制单元时的情况做进一步的说明。

如图3所示，本实施例中，控制单元依赖于早于切换时刻的先前数据。比如，第2控制部为比例积分控制器(PI控制器)，依赖于早于切换时刻的先前数据的控制单元为PI控制器的积分控制单元，第2控制部的输入速度跟踪误差。

为了能够得到更好的控制效果，电梯驱动控制系统还包括：

参数设置部，用于根据初始转矩指令以及第2控制部的当前输入设定第2控制部包含有依赖于早于切换时刻的先前数据的控制单元的初始参数。

由于第2控制部为PI控制器，因此参数设置部根据初始转矩指令和速度跟踪误差确定积分控制单元在切换时刻的累积值初值，具体方法为：首先从初始转矩指令中减去速度跟踪误差与比例增益参数的积得到积分控制单元的输出，然后从积分控制单元的输出中减去速度跟踪误差与积分增益参数的积得到的差作为积分控制单元在切换时刻的累积值初值。

需要说明的是，上述说明中参数设置部是设置积分控制单元在切换时刻的累积值初值，该中情况对应于初始转矩值仅为切换时刻的这一时间点的单个值。但当初始转矩值为持续一定时长的连续函数(参见实施例二)时，为了应用本实施例前述说明中的参数设置方法，仅需将在每个控制周期中重复应用上述方法即可。即，在k时刻，

步骤S1，利用k-1时刻的累积值和速度误差产生k时刻的转矩指令；

步骤S2，利用该生k时刻的转矩指令采用实施例二中的步骤得到k时刻的转矩初值；

步骤S3，选择部将该k时刻的转矩初值作为最终转矩指令送往驱动电路进行驱动控制；

步骤S4，k←k+1；

步骤S5，返回步骤S1，直至转矩初值的过渡期结束为止。

实施例四

本实施例在前述实施例的基础上，进一步考虑由采用第2控制部执行电机驱动控制恢复到采用第1控制部第2控制部执行电机驱动控制的问题。

如图4所示，驱动控制系统还包括：

存储部，用于存储将第2转矩指令作为最终转矩指令恢复为将第1转矩指令作为最终转矩指令的恢复条件；

第二监视处理部，用于监视由第2控制部切换到第1控制部的恢复条件是否成立；

选择部在当前最终转矩指令是由第2控制部产生且第二监视处理部监视到恢复条件成立时，将第2转矩指令作为最终转矩指令恢复为将第1转矩指令作为最终转矩指令。

恢复条件为：条件1，第1转矩指令与第2转矩指令间的差值小于阈值，条件2，持续时间超过时间阈值，或者恢复条件为电梯至少再一次经历由第1控制部切换到第2控制部的运行状态且条件1和条件2同时成立。

实施例五

本实施例在前述实施例的基础上，进一步考虑对外输出选择部变更最终转矩指令的来源(即由第1控制部的输出与第2控制部的输出中的一个变更为另一个)的问题。

此时，电梯驱动控制系统还包括：

报告单元，用于生成并输出如下多个信息中的任意一个或多个：

1)所述选择部变更最终转矩指令时的变更结果；

2)所述选择部变更选择结果的监视条件或恢复条件；

3)所述选择部变更选择结果前或后的电梯运行状态数据或驱动控制数据。

电梯运行状态数据指轿厢位置、速度/加速度、运行模式、负载等)；驱动控制数据指速度指令与实际速度值、转矩指令、驱动电机电流、速度跟踪误差、控制部的输入数据等。

以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，上述实施例仅仅是本发明的较佳实施例，本发明并不局限于上述实施方式。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员做出的等效置换和改进，均应视为在本发明所保护的技术范畴内。

Claims (12)

1.一种电梯驱动控制系统，所述电梯驱动控制系统包括：

第1控制部，采用非线性控制来生成用于电梯驱动电机的转矩指令，所述第1控制部输出的转矩指令为第1转矩指令；

第2控制部，采用线性控制来生成用于电梯驱动电机的转矩指令，所述第2控制部输出的转矩指令为第2转矩指令；

第一监视处理部，用于监视由第1控制部切换到第2控制部的切换条件是否成立；

选择部，基于所述第一监视处理部的监视结果选择所述第1转矩指令和所述第2转矩指令中的一方作为用于电梯驱动电机的最终转矩指令；

驱动电路，利用所述选择部输出的所述最终转矩指令执行对所述电梯驱动电机的速度控制；

其特征在于，所述驱动控制系统还包括：

初值确定部，当所述选择部将所述最终转矩指令由第1转矩指令切换到第2转矩指令时，确定所述第2控制部在切换时输出的初始转矩指令。

2.根据权利要求1所述的电梯驱动控制系统，其特征在于，所述初值确定部进一步包括：

计算单元，用于计算第1转矩指令与第2转矩指令间的差值；

判断单元，用于判断所述差值与阈值间的关系；

决定单元，当所述差值不大于所述阈值时，将第1转矩指令作为所述初始转矩指令，否则设置一持续时间为T₁的过渡期，该过渡期内所述初始转矩指令为位于第1转矩指令与第2转矩指令间的单调连续函数。

3.根据权利要求1或2所述的电梯驱动控制系统，其特征在于，所述第2控制部包含有控制单元，所述控制单元依赖于早于切换时刻的先前数据；

所述电梯驱动控制系统还包括：参数设置部，用于根据所述初始转矩指令以及所述第2控制部的当前输入设定所述控制单元的初始参数。

4.根据权利要求3所述的电梯驱动控制系统，其特征在于，所述第2控制部为比例积分控制器，所述控制单元为其中的积分控制单元，所述第2控制部的当前输入为作为比例积分控制器的输入的速度跟踪误差，所述参数设置部根据所述初始转矩指令和所述速度跟踪误差确定积分控制单元在切换时刻的累积值初值。

5.根据权利要求4所述的电梯驱动控制系统，其特征在于，所述参数设置部首先从所述初始转矩指令中减去速度跟踪误差与比例增益参数的积得到积分控制单元的输出，然后从积分控制单元的输出中减去速度跟踪误差与积分增益参数的积得到的差作为积分控制单元在切换时刻的累积值初值。

6.根据权利要求2所述的电梯驱动控制系统，其特征在于，当所述差值不大于所述阈值时，所述决定单元根据速度跟踪误差和第1转矩指令生成所述初始转矩指令。

7.根据权利要求6所述的电梯驱动控制系统，其特征在于，当切换时所述速度跟踪误差为正或在长度为T₂且以切换时刻为终点的时间窗内所述速度跟踪误差的均值为正时，所述决定单元将第1转矩指令与一正偏置量的和作为所述初始转矩指令；否则将第1转矩指令与一正偏置量的差作为所述初始转矩指令。

8.根据权利要求7所述的电梯驱动控制系统，其特征在于，所述正偏置量的大小与所述速度跟踪误差的绝对值为单调增特性关系。

9.根据权利要求1所述的电梯驱动控制系统，其特征在于，所述电梯驱动控制系统还包括：

存储部，用于存储将第2转矩指令作为最终转矩指令恢复为将第1转矩指令作为最终转矩指令的恢复条件；

第二监视处理部，用于监视由第2控制部切换到第1控制部的所述恢复条件是否成立；

所述选择部在当前最终转矩指令是由第2控制部产生且所述第二监视处理部监视到所述恢复条件成立时，将第2转矩指令作为最终转矩指令恢复为将第1转矩指令作为最终转矩指令。

10.根据权利要求9所述的电梯驱动控制系统，其特征在于，所述恢复条件为：

条件1，第1转矩指令与第2转矩指令间的差值小于阈值；

条件2，持续时间超过时间阈值。

11.根据权利要求10所述的电梯驱动控制系统，其特征在于，所述恢复条件为：

电梯至少再一次经历由第1控制部切换到第2控制部的运行状态且条件1和条件2同时成立。

12.根据权利要求1所述的电梯驱动控制系统，其特征在于，所述电梯驱动控制系统还包括：

报告单元，用于生成并输出如下多个信息中的任意一个或多个：

1)所述选择部变更最终转矩指令时的变更结果；

2)所述选择部变更选择结果的监视条件或恢复条件；

3)所述选择部变更选择结果前或后的电梯运行状态数据或驱动控制数据。

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