CN118004849A - 电梯启动力矩电流计算方法 - Google Patents

电梯启动力矩电流计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电梯启动力矩电流计算方法，包括：步骤1、获取电梯驱动电梯在本次停靠与上一次停靠中间平衡状态下的第一力矩电流I0；步骤2、利用所述位置传感器检测电梯轿厢的第一位置；步骤3、利用所述位置传感器检测电梯轿厢的第二位置；步骤4、计算电梯轿厢在本次停靠期间电梯轿厢的位置变化Δx；步骤5、根据电梯轿厢的当前位置确定系数ki；步骤6、根据所述位置变化量以及电梯轿厢当前位置所对应的系数ki计算电梯轿厢在本次停靠期间柔性体的第一拉力变化ΔF；步骤7、根据所述第一力矩电流和所述第一拉力变化计算电梯启动时所需的第二力矩电流I1。本发明无需借助于称量装置即可实现准确计算电梯启动力矩电流。

Description

电梯启动力矩电流计算方法
技术领域
本发明涉及电梯驱动控制技术，具体涉及电梯启动力矩电流的计算方法。
背景技术
曳引式电梯系统中电梯轿厢和对重通过钢丝绳悬挂在曳引机的曳引轮上。由于大部分情况下对重和轿厢负载不相等，导致在曳引轮上产生一不平衡力矩。如果不在电梯松开制动器启动前使得驱动电机预先产生能够补偿该不平衡力矩的预加启动力矩，则会在松开制动器的瞬间出现溜车，从而影响乘客的乘梯体验。
目前，存在多种预加启动力矩计算方法，大致分类两大类：
1)借助于称量装置的启动力矩计算方法。该类方法主要是借助于称量装置检测电梯轿内负载，然后根据该轿内负载辅以轿厢自重(或者还有轿厢架自重)以及对重质量等在电梯启动前预先计算出作用在曳引轮上的不平衡力矩，然后控制驱动电机使其在松开制动器前产生一与不平衡力矩大小相等、方向相反的启动力矩，这样启动力矩就能抵消掉不平衡力矩的作用，从而使得电梯轿厢在制动器松开时不会出现溜车，籍此来改善电梯的启动性能、提高乘客的乘梯体验。但是该类方法需要配置用于检测轿内负载或者轿厢本体与轿内负载的称量装置，因此存在成本高等缺点。
2)无称量装置的启动力矩计算方法。该类方法通常是通过适当涉及驱动控制回路的控制器参数，使得控制器能够适当控制驱动电机来迅速响应不平衡力矩导致的曳引轮转动，如CN201911022047.7和CN201610134676.9。但是该类方法实际上是在不平衡力矩导致曳引轮转动后才会通过适当控制来抑制曳引轮转动，因此实质上是减小而非消除不平衡力矩导致曳引轮转动，因此实际应用效果仍有改进空间。
针对现有无称量装置的启动力矩计算方法存在的问题，CN202310251392.8提出：根据电梯曳引机力矩电流估算电梯轿厢停靠前轿厢内的负载以及基于电梯轿厢垂直加速度数据估计得到的电梯停靠期间轿厢内负载变化确定电梯启动力矩。但是却存在如下缺点：
1)由于应用电梯轿厢运行期间的电梯曳引机的力矩电流估算电梯轿厢停靠前轿厢内的负载，当电梯轿厢处于减速状态时，由于电梯轿厢存在减速度和轿厢移动时会受到井道内的风阻作用，因此曳引机的力矩电流与由电梯轿厢(及其内的轿厢内负载)与对重产生的不平衡力矩间存在一定的差异，该差异会导致最终估计得到的启动力矩出现偏差；
2)由于是利用竖直方向的加速度数据估计出/入轿厢的乘客数量，并进一步利用乘客数量和乘客标准体重估计停靠期间轿厢内负载的变化，但乘客的实际体重与标准体重间必然存在差别，该差别会进一步导致最终估计得到的启动力矩出现偏差。
因此，如何在无需称量装置的情况下简单、准确地计算电梯启动力矩(电流)就成为一个有待的技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何在无需称量装置的情况下简单、准确地计算电梯启动力矩电流。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种电梯启动力矩电流计算方法，所述电梯配置有用于检测电梯轿厢位置的位置传感器，包括：
步骤1、获取电梯驱动电机在本次停靠与上一次停靠中间平衡状态下的第一力矩电流I0；
步骤2、利用所述位置传感器检测电梯轿厢的第一位置，所述第一位置是指电梯轿厢完成本次在停靠楼层的停靠至电梯轿厢开始开门或电梯制动器制动电梯驱动电机期间的电梯轿厢位置；
步骤3、利用所述位置传感器检测电梯轿厢的第二位置，所述第二位置是指电梯完成轿厢关门至电梯制动器停止制动电梯驱动电机期间的电梯轿厢位置；
步骤4、计算电梯轿厢在本次停靠期间电梯轿厢的位置变化Δx；
步骤5、根据电梯轿厢的当前位置确定系数ki；
步骤6、根据所述位置变化量以及电梯轿厢当前位置所对应的系数ki计算电梯轿厢在本次停靠期间用于悬吊电梯轿厢的柔性体的第一拉力变化ΔF；
步骤7、根据所述第一力矩电流和所述第一拉力变化计算电梯启动时所需的第二力矩电流I1。
优选地，所述平衡状态为电梯本次停靠时的零速状态，进一步优选为零速状态中电梯轿厢的移动趋势与电梯轿厢的原移动方向一致时的状态。
优选地，所述电梯制动器在电梯轿厢零速状态下实施对电梯驱动电机的制动，籍此保证所述第一力矩电流即为使得本次停靠前的电梯轿厢匀速移动或零速悬停所需的力矩电流。
优选地，所述步骤5确定系数ki的公式为：ki＝k0/li，其中，k0为决定于所述柔性体的截面积和弹性模量的参数，li为位于电梯轿厢与电梯驱动轮之间的柔性体的长度，i为电梯轿厢的本次停靠楼层。
优选地，所述步骤6计算所述第一拉力变化ΔF的公式为：ΔF＝ki×Δx，其中Δx为电梯轿厢在本次停靠期间电梯轿厢的位置变化。
优选地，所述步骤7根据所述驱动电机的物理特性以及电梯的结构布置将所述第一拉力变化ΔF转化为对应的第一力矩电流变化ΔI，并利用公式I1＝I0+ΔI计算得到第二力矩电流I1。
优选地，当电梯轿厢越高，所述位置传感器输出的检测结果越大或者所述位置传感器检测的结果对应于电梯轿厢与井道下部参考点间的距离时，所述步骤4利用对应于第一位置的轿厢位置检测结果减去对应于第二位置的轿厢位置检测结果，并将得到的差值作为电梯轿厢在本次停靠期间电梯轿厢的位置变化Δx；当电梯轿厢越高，所述位置传感器输出的检测结果越小或者所述位置传感器检测的结果对应于电梯轿厢与井道上部参考点间的距离时，所述步骤4利用对应于第二位置的轿厢位置检测结果减去对应于第一位置的轿厢位置检测结果，并将得到的差值作为电梯轿厢在本次停靠期间电梯轿厢的位置变化Δx。
优选地，所述电梯启动力矩计算方法还包括：
步骤8、获取启动后电梯轿厢处于平衡状态时的电梯驱动电机的第三力矩电流，并利用所述第三力矩电流修正所述系数ki。
优选地，所述步骤8进一步包括：
步骤81、利用所述第三力矩电流减去所述第一力矩电流并将得到的差值作为第二力矩电流变化ΔI’；
步骤82、将第二力矩电流变化ΔI’转换为相应的第二拉力变化ΔF’；
步骤83、利用公式ki’＝ki×(ΔF’/ΔF)实施校正，其中ki’为校正后的系数ki。
优选地，所述步骤8优选在电梯轿厢本次停靠前后或本次启动后轿厢空载时实施对所述系数ki的修正。
优选地，所述步骤8根据所述第二力矩电流或所述第三力矩电流与预存的标准轿厢空载时的驱动电机电流间的差值是否小于第一阈值来判断电梯轿厢是否为空载。
优选地，所述标准8计算所述第三力矩电流与所述第二力矩电流间的差值，且仅当该差值超过第二阈值时才实施对所述系数ki的修正。
有益技术效果
本发明能够在无需称量装置的情况下简单、准确地计算电梯启动力矩电流，从而能够改善电梯的启动控制性能，提升乘客的乘梯体验。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
本实施例中，电梯配置有用于检测电梯轿厢位置的位置传感器，如基于磁尺的电梯绝对位置检测系统，电梯启动力矩电流计算方法包括：
步骤1、获取电梯驱动电机在本次停靠与上一次停靠中间平衡状态下的第一力矩电流I0；
步骤2、利用所述位置传感器检测电梯轿厢的第一位置，所述第一位置是指电梯轿厢完成本次在停靠楼层的停靠至电梯轿厢开始开门或电梯制动器制动电梯驱动电机期间的电梯轿厢位置；
步骤3、利用所述位置传感器检测电梯轿厢的第二位置，所述第二位置是指电梯完成轿厢关门至电梯制动器停止制动电梯驱动电机期间的电梯轿厢位置；
步骤4、计算电梯轿厢在本次停靠期间电梯轿厢的位置变化Δx；
步骤5、根据电梯轿厢的当前位置确定系数ki；
步骤6、根据所述位置变化量以及电梯轿厢当前位置所对应的系数ki计算电梯轿厢在本次停靠期间用于悬吊电梯轿厢的柔性体的第一拉力变化ΔF；
步骤7、根据所述第一力矩电流和所述第一拉力变化计算电梯启动时所需的第二力矩电流I1。
为了消除电梯移动时电梯轿厢受到的空气阻力的影响，这里限定平衡状态优选为电梯本次停靠时的零速状态；为了进一步消除摩擦力对于电梯轿厢的阻力作用进而对于力矩电流的影响，这里进一步优选限定为零速状态中电梯轿厢的移动趋势与电梯轿厢的原移动方向一致时的状态，即电梯轿厢零速度时受到的摩擦力方向与零速前受到的摩擦力方向相同的状态。
考虑到非零速制动时，电梯驱动电机的力矩电流可能不能准确反映不平衡力矩，进而不能正确体现电梯轿厢内的负载，因此这里限定电梯制动器在电梯轿厢零速状态下实施对电梯驱动电机的制动，籍此保证所述第一力矩电流即为使得本次停靠前的电梯轿厢匀速移动或零速悬停所需的力矩电流。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上对如何计算第二力矩电流I1进行详细说明。
由于电梯钢丝绳通常具有一定的弹性，因此当电梯轿厢的负载发生变化时，钢丝绳受到的拉力会随之发生变化，则位于曳引轮与电梯轿厢之间的钢丝绳的长度也会随之发生变化。
根据文献1(李青，于克勇，王声誉，钢丝绳对高层电梯轿厢下沉影响分析，金属制品，第44卷第1期，页20-23)可知，钢丝绳的拉伸量与其受到的拉力之间存在着一定的对应关系，因此可以通过实验等方式预先获得该曲线，这样就可由钢丝绳的拉伸量得到钢丝绳受到的拉力。
进一步地，对于文献1中的下述关系式：
其中，ΔX为引伸计位移变化长度(mm)，l1为引伸计标距长度(mm)，ΔF为钢丝绳承受载荷变化值(kN)，E3-10为3％～10％钢丝绳最小破断拉力区间内钢丝绳的弹性模量(GPa)，Ac为钢丝绳计算金属截面积(mm2)。
经变换后可以得到下述关系式：
显然，在得到位移变化长度ΔX(即钢丝绳长度变化量dL)，可根据关系式(2)计算得到对应的钢丝绳承受载荷变化值ΔF，即通过计算得到钢丝绳拉力，在考虑轿厢架自重等因素，该拉力经处理可得到对应的轿厢内载荷变化量。
显然，可将(2)改写为ΔF＝ki×Δx，其中，ki为系数，Δx为电梯轿厢在本次停靠期间电梯轿厢的位置变化；且系数ki的公式为：ki＝k0/li，其中，k0为决定于所述柔性体的截面积和弹性模量的参数，li为位于电梯轿厢与电梯驱动轮之间的柔性体的长度。
在得到第一拉力变化ΔF后，可以根据所述驱动电机的物理特性以及电梯的结构布置(如钢丝绳的绕法)将其转化为对应的第一力矩电流变化ΔI，并利用公式I1＝I0+ΔI计算得到第二力矩电流I1。
这里需要特别强调的是，由于不同位置传感器的检测原理和装设有所不同，因此位置传感器的实际检测结果也会有所不同。比如：对于基于由井道顶端至井道底端敷设的磁尺的绝对位置检测系统，其检测的通常是电梯轿厢位置与井道底端参考点间的距离，因此，其输出的检测结果随着电梯轿厢位置的升高而增大；对于雷达测距系统而言，其发射器和反射接收器通常设置在井道顶端，反射板则色织在电梯轿厢的顶上，因此其检测结果为电梯轿厢与井道顶端之间的距离，因此其输出的检测结果随着轿厢位置的升高而减小。
在我们的应用中，当轿厢内的负载增大时，轿厢会向下移动，对应的位置变化量应当取为正，这样通过计算即得到一正的第一拉力变化ΔF，钢丝绳拉力变大，进而得到一正的第一力矩电流变化ΔI，这样才能利用公式I1＝I0+ΔI计算得到一相对于I0变大的第二力矩电流I1，这样该变大的第二力矩电流I1才能准确补偿增大后的轿厢内负载产生的不平衡力矩；反之亦然。
因此，在计算位置变化量时，应当具体分析位置传感器输出的检测结果与轿厢位置高度间的变化规律，然后根据该变化规律决定算位置变化量的计算方法，具体为：
当电梯轿厢越高，所述位置传感器输出的检测结果越大或者所述位置传感器检测的结果对应于电梯轿厢与井道下部参考点间的距离时，所述步骤4利用对应于第一位置的轿厢位置检测结果减去对应于第二位置的轿厢位置检测结果，并将得到的差值作为电梯轿厢在本次停靠期间电梯轿厢的位置变化Δx；
当电梯轿厢越高，所述位置传感器输出的检测结果越小或者所述位置传感器检测的结果对应于电梯轿厢与井道上部参考点间的距离时，所述步骤4利用对应于第二位置的轿厢位置检测结果减去对应于第一位置的轿厢位置检测结果，并将得到的差值作为电梯轿厢在本次停靠期间电梯轿厢的位置变化Δx。
实施例3
本实施例在前述任一实施例的基础上，做出了进一步的改进。
本实施例中，注意到从电梯关门到电梯启动后，电梯轿厢内的负载不再发生变化，这样电梯启动后的平衡状态下的力矩电流能够准确反映电梯轿厢内的负载，也应当等于电梯启动时的预加力矩。另一方面，由前述实施例的讨论中可以知道，在计算电梯停靠期间轿厢内的负载变化，即钢丝绳受到的拉力变化时利用了系数ki，该系统在首次应用时是根据钢丝绳的截面积和弹性模量等参数的标称值计算得到的。随着时间的推移，钢丝绳的系数ki会发生(缓慢)变化，显然，如果忽略钢丝绳的系数ki的变化会导致最终得到的启动力矩出现偏差。因此需要对钢丝绳的系数ki进行修正以避免其变化导致的启动力矩偏差。
为此，提出如下修正方法，即电梯启动力矩计算方法还包括：
步骤8、获取启动后电梯轿厢处于平衡状态时的电梯驱动电机的第三力矩电流，并利用所述第三力矩电流修正所述系数ki。
具体地，步骤8进一步包括：
步骤81、利用所述第三力矩电流减去所述第一力矩电流并将得到的差值作为第二力矩电流变化ΔI’；
步骤82、将第二力矩电流变化ΔI’转换为相应的第二拉力变化ΔF’；
步骤83、利用公式ki’＝ki×(ΔF’/ΔF)实施校正，其中ki’为校正后的系数ki。
优选地，步骤8在电梯轿厢本次停靠前后或本次启动后轿厢空载时实施对所述系数ki的修正，且根据所述第二力矩电流或所述第三力矩电流与预存的标准轿厢空载时的驱动电机电流间的差值是否小于第一阈值来判断电梯轿厢是否为空载。
优选地，所述步骤8计算所述第三力矩电流与所述第二力矩电流间的差值，且仅当该差值超过第二阈值时才实施对所述系数ki的修正。

Claims (13)

1.一种电梯启动力矩电流计算方法，所述电梯配置有用于检测电梯轿厢位置的位置传感器，其特征在于，包括：
步骤1、获取电梯驱动电机在本次停靠与上一次停靠中间平衡状态下的第一力矩电流I0；
步骤2、利用所述位置传感器检测电梯轿厢的第一位置，所述第一位置是指电梯轿厢完成本次在停靠楼层的停靠至电梯轿厢开始开门或电梯制动器制动电梯驱动电机期间的电梯轿厢位置；
步骤3、利用所述位置传感器检测电梯轿厢的第二位置，所述第二位置是指电梯完成轿厢关门至电梯制动器停止制动电梯驱动电机期间的电梯轿厢位置；
步骤4、计算电梯轿厢在本次停靠期间电梯轿厢的位置变化Δx；
步骤5、根据电梯轿厢的当前位置确定系数ki；
步骤6、根据所述位置变化量以及电梯轿厢当前位置所对应的系数ki计算电梯轿厢在本次停靠期间用于悬吊电梯轿厢的柔性体的第一拉力变化ΔF；
步骤7、根据所述第一力矩电流和所述第一拉力变化计算电梯启动时所需的第二力矩电流I1。
2.根据权利要求1所述的电梯启动力矩电流计算方法，其特征在于，所述平衡状态为电梯本次停靠时的零速状态。
3.根据权利要求2所述的电梯启动力矩电流计算方法，其特征在于，所述平衡状态为电梯本次停靠时的零速状态中电梯轿厢的移动趋势与电梯轿厢的原移动方向一致时的状态。
4.根据权利要求1所述的电梯启动力矩电流计算方法，其特征在于，所述电梯制动器在电梯轿厢零速状态下实施对电梯驱动电机的制动，籍此保证所述第一力矩电流即为使得本次停靠前的电梯轿厢匀速移动或零速悬停所需的力矩电流。
5.根据权利要求1所述的电梯启动力矩电流计算方法，其特征在于，所述步骤5确定系数ki的公式为：ki＝k0/li，其中，k0为决定于所述柔性体的截面积和弹性模量的参数，li为位于电梯轿厢与电梯驱动轮之间的柔性体的长度。
6.根据权利要求1所述的电梯启动力矩电流计算方法，其特征在于，所述步骤6计算所述第一拉力变化ΔF的公式为：ΔF＝ki×Δx，其中Δx为电梯轿厢在本次停靠期间电梯轿厢的位置变化。
7.根据权利要求1所述的电梯启动力矩电流计算方法，其特征在于，所述步骤7根据所述驱动电机的物理特性以及电梯的结构布置将所述第一拉力变化ΔF转化为对应的第一力矩电流变化ΔI，并利用公式I1＝I0+ΔI计算得到第二力矩电流I1。
8.根据权利要求1所述的电梯启动力矩电流计算方法，其特征在于，
当电梯轿厢越高，所述位置传感器输出的检测结果越大或者所述位置传感器检测的结果对应于电梯轿厢与井道下部参考点间的距离时，所述步骤4利用对应于第一位置的轿厢位置检测结果减去对应于第二位置的轿厢位置检测结果，并将得到的差值作为电梯轿厢在本次停靠期间电梯轿厢的位置变化Δx；
当电梯轿厢越高，所述位置传感器输出的检测结果越小或者所述位置传感器检测的结果对应于电梯轿厢与井道上部参考点间的距离时，所述步骤4利用对应于第二位置的轿厢位置检测结果减去对应于第一位置的轿厢位置检测结果，并将得到的差值作为电梯轿厢在本次停靠期间电梯轿厢的位置变化Δx。
9.根据权利要求1所述的电梯启动力矩电流计算方法，其特征在于，所述电梯启动力矩计算方法还包括：
步骤8、获取启动后电梯轿厢处于平衡状态时的电梯驱动电机的第三力矩电流，并利用所述第三力矩电流修正所述系数ki。
10.根据权利要求9所述的电梯启动力矩电流计算方法，其特征在于，所述步骤8进一步包括：
步骤81、利用所述第三力矩电流减去所述第一力矩电流并将得到的差值作为第二力矩电流变化ΔI’；
步骤82、将第二力矩电流变化ΔI’转换为相应的第二拉力变化ΔF’；
步骤83、利用公式ki’＝ki×(ΔF’/ΔF)实施校正，其中ki’为校正后的系数ki。
11.根据权利要求9所述的电梯启动力矩电流计算方法，其特征在于，所述步骤8优选在电梯轿厢本次停靠前后或本次启动后轿厢空载时实施对所述系数ki的修正。
12.根据权利要求11所述的电梯启动力矩电流计算方法，其特征在于，所述步骤8根据所述第二力矩电流或所述第三力矩电流与预存的标准轿厢空载时的驱动电机电流间的差值是否小于第一阈值来判断电梯轿厢是否为空载。
13.根据权利要求9所述的电梯启动力矩电流计算方法，其特征在于，所述步骤8计算所述第三力矩电流与所述第二力矩电流间的差值，且仅当该差值超过第二阈值时才实施对所述系数ki的修正。
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