CN1636855A - 用于对电梯轿厢减振的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对在导轨(15)上被导向的电梯轿厢(1)减振的装置，具有：多个导向件(5、6、7)，用于对电梯轿厢沿导轨导向；传感器(11、12)，用于对电梯轿厢的位置变化和/或对电梯轿厢上产生的加速度进行检测；设置在电梯轿厢和导向件之间的促动器(10)以及调节装置(19)，所述调节装置根据由传感器传递的值对促动器进行控制，对应于导轨相对改变轿厢的位置，由调节装置具有的调节器(20)产生的用于控制促动器的输出信号被限制在最大值和采用此方式由调节装置产生调节信号。调节器的输出信号和经过限制的输出信号之间的差作为另一输入信号被输送给调节器，其中调节器的设计应使反馈的差保持在尽可能小的程度。

Description

用于对电梯轿厢减振的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种对在导轨上被导向的电梯轿厢进行减振的装置及方法。

背景技术

电梯轿厢在电梯竖井内运行时不同的力将会作用于轿厢体或对轿厢体保持的轿厢框架和导致系统振动。尤其是导轨不平以及由于行驶相对气流造成的力将是产生振动的原因，所述导轨的不平和所述行驶相对气流造成的力将会促使轿厢在水平向或围绕两个水平轴中的一个水平轴或围绕垂直轴轻微的振动。而且在运行时由曳引缆索传递的侧牵拉力或载荷的突然的位置变化也是横向振动的原因。

为了改善使用电梯的人员的乘行舒适度以及系统的安全性能，采用调节系统，所述调节系统旨在抵消掉作用于电梯轿厢的力。在本申请的申请人的EP0731051B1中披露了一种系统，所述系统具有多个在两个端位置之间移动的与电梯轿厢连接的导向件，其中多个设置在轿厢上的传感器对垂直于运行方向出现的振动进行检测和所述检测出的振动被用于对多个设置在轿厢与导向件之间的促动器进行控制。其中利用调节装置对促动器进行控制，使促动器克服出现的力工作和尽可能有效地对振动进行抑制。

这种用于对电梯轿厢的振动进行主动减振的方法的典型的特性在于，由于否则将会出现温度过热的危险，因此必须对电气促动器的调节器输出或调节信号进行限制。E·科图纳在“对电磁促动器的温度保护”中披露了一种方法，其中上述的对调节信号的限制是可变化的并取决于促动器的温度。因此保证了促动器不会由于过高的温度负荷受到损伤。

上述对电梯轿厢的振动进行主动减振的方法的另一典型的特性在于，用于调节电梯轿厢的位置调节器具有一个主要的积分特性。因此在调节偏差不变的情况下调节器的输出信号随着时间的推移逐渐变大。在采用上述的限制调节信号的方法时，将出现只要存在较大的调节偏差，位置调节器的输出信号将会越来越大的效应。当调节偏差重新变得较小时，将延续到直至调节信号重新实现所需的值。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷。尤其是在达到调节信号的限制后调节器迅速反应和一旦位置误差重新越来越小，调节器重新正确动作。

实现本发明目的的技术方案如下：

一种对在导轨上被导向的电梯轿厢减振的装置，具有：多个导向件，用于对电梯轿厢沿导轨导向；传感器，用于对电梯轿厢的位置变化和/或对电梯轿厢上产生的加速度进行检测；设置在电梯轿厢和导向件之间的促动器以及调节装置，所述调节装置根据由传感器传递的值对促动器进行控制，对应于导轨相对改变轿厢的位置，调节装置具有：a)调节器，所述调节器根据由传感器传递的值产生对促动器进行控制的输出信号，和b)限制单元，所述限制单元将由调节器输出的输出信号限制在最大值和采用此方式产生由调节装置输出的调节信号，调节装置另外具有一个反馈电路，通过反馈电路调节器的输出信号和由限制单元产生的经过限制的输出信号之间的差作为另一输入信号被输送给调节器，调节器的设计应使反馈的差保持在尽可能小的程度。

一种对在导轨上被导向的电梯轿厢减振的方法，具有：多个导向件，用于对电梯轿厢沿导轨导向；传感器，用于对电梯轿厢的位置变化和/或对电梯轿厢上产生的加速度进行检测，设置在电梯轿厢和导向件之间的促动器，以及调节装置，所述调节装置根据由传感器传递的值对促动器进行控制，对应于导轨相对改变轿厢的位置，其中由设置在调节装置内的调节器产生的用于控制促动器的输出信号被限制在最大值和采用次方式产生一个由调节装置输出的调节信号，其中调节器的输出信号和经过限制的输出信号的差作为附加的输入信号被输送给调节器，和其中调节器的设计应使反馈的差保持在尽可能小的程度。

本发明的方案在于调节器的输出信号和经过限制的，即实际传递给促动器的输出信号的差作为附加的输入信号被输送回调节器，其中调节器的设计应使被传送回的差保持在尽可能小的程度。

本发明的措施，所述措施也被称作防复原结束(Anti-Reset Windup(ARW))，可以改变从外面看不见的调节器的状态参数，使调节器实际的输出信号与传递给促动器的经过限制的输出信号的有关的差保持在尽可能小的程度。因此保证了调节器非常迅速地响应系统的变化动作，特别是在位置误差重新减小的情况下。

根据本发明的优选的实施例，反馈电路，通过该反馈电路差信号被反馈给调节器，包含一个延时组件，所述延时组件将差动信号滞后地传递给调节器。因此保证了在调节系统中不会出现闭合的代数环。优选调节装置以时间不连续的方式工作，其中延时组件将差动信号滞后一个扫描周期反馈传递给调节器。

可以重新根据温度对限制单元将调节器输出的输出信号限制在其上的最大值进行控制，其中所述装置为此具有一个温度传感器，所述温度传感器对促动器的温度进行检测，或具有一个数学模型，所述数学模型根据电流、环境温度和促动器的散热特性计算出温度。

调节装置优选由两部分构成，具有一个位置调节器和一个加速度调节器，其中位置调节器对促动器进行控制，使导向件对应于导轨取一个预定的位置，所述加速度传感器对促动器进行控制，使在电梯轿厢上出现的振动被抑制。其中位置调节器和加速度调节器的信号被相加和作为和输送给促动器。根据本发明在本实施例中上述限制单元具有仅用于位置调节器的反馈电路。

采取本发明的措施可以明显地实现系统用于减振的调节特性，其中始终可以保证促动器不会过热。因而可以恒定不变地保证系统的工作安全性。

附图说明

下面将对照附图对本发明做进一步说明。图中示出：

图1为在导轨上被导向的电梯轿厢示意图，其中采用了本发明的调节系统；

图2为用于主动减振的系统的信号流框图，其中具有位置和加速度调节器，和

图3为根据本发明设计的调节装置的信号流框图。

具体实施方式

在对照图2和3对本发明的调节装置加以说明之前，首先对用于对电梯轿厢减振的整个系统加以讨论。

在图1中示出的和用附图标记1加以标示的轿厢被分成轿厢体2以及轿厢框架3。轿厢体2利用多个橡胶弹簧4设置在框架3内，所述橡胶弹簧用于对固体传导的噪音进行隔离。所述橡胶弹簧4的设计得比较坚硬，以便对低频的振动进行抑制。

轿厢1利用四个滚轮导向件5在两个导轨15上被导向，所述导轨设置在一(图中未示出的)电梯竖井内。所述四个滚轮导向件5通常结构相同和设置在电梯框架3的下面和上面的两侧。所述滚轮导向件分别具有一个滚轮座，在滚轮座上分别设置有三个导轮6，即两个侧导轮和一个中间导轮。其中分别利用杠杆件7导轮6被可移动地设置和通过一个弹簧被抵压在导轨15上。两个侧导轮6的杠杆件7另外通过一个连杆9相互连接，从而使两个侧导轮相互同步移动。

为每个滚轮导向件5分别设有两个电气促动器10，所述促动器分别将力加在杠杆件7上，所述杠杆件平行于配合的弹簧8作用。其中第一促动器10对与中间导轮6配合的中间杠杆件7进行移动，同时第二促动器10对与侧导轮6配合的侧杠杆件7进行移动。因此通过促动器10对杠杆件7或导轮6的位置和随之对对应于导轨15的电梯轿厢1的位置施加影响。

有待由本发明的装置进行减振的轿厢的振动或振荡将以如下五个自由度出现：

在X方向上移动

在Y方向上移动

围绕X轴旋转

围绕Y轴旋转

围绕Z轴旋转

其中以五个自由度进行的不同的移动或旋转分别是由于电梯轿厢在X和/或Y向上在滚轮导向件5上不同的支撑造成的。

为实现对轿厢1在上述所有五个自由度内振动的检测，每个滚轮导向装置分别具有两个位置传感器，第一传感器用于检测与导轮6配合的中间杠杆件7的位置和第二传感器用于检测与侧导轮6配合的两个侧杠杆件7的位置。另外每个滚轮导向装置5具有两个水平定向的加速度传感器12，其中的一个用于检测中间导轮6的移动方向上的加速度和第二个用于检测垂直于前者的在两个侧导轮的移动方向上的加速度。传感器11和12的测量信号对以两个导轨15为基准的电梯轿厢1的实际位置加以说明，另外通告轿厢体2是否受到将会导致振动的实际的加速度的影响。

另外，在其中的一个滚轮导向装置5(图中的右上方)上设置有一个转动传感器13，所述转动传感器对一个与之配合的导轮6的旋转角度进行测量。通过该转动传感器13获得的测量值对轿厢的运行路径以及在垂直向，即在Z向的实际的运行速度加以说明。一个设置在轿厢1顶盖上的控制器14最后对由传感器11和12传递的信号进行处理和在评价后利用电源单元对四个滚轮导向装置5的电气促动器10进行控制，以便以相应的方式抵消掉加速度和振荡。

图2和3示出用于主动减振的本发明系统的信号流框图。图2所示的基本结构基本与在EP0731051B1中采用的方法相同。所示出的信号系指包括有多个相同的信号的矢量信号，调节装置是MIMO(多路输入多路输出)调节器，所述调节器根据多个输入信号求出用于设置在滚轮导向装置上的促动器的多个调节信号。

在图1所示的系统中外部的干扰作用在轿厢1上，所述干扰由来自导轨15的间接干扰力以及由轿厢载荷、缆索和风力等直接作用于轿厢1的干扰力16构成。利用位置传感器11和加速度传感器12求出轿厢的实际状态，其中首先将位置传感器11测出的位置在一求和组件17中与基准值进行比较，所述基准值表示对应于导轨15的轿厢1的基准位置。求和的结果是误差信号或调节偏差e_p，所述误差信号或调节偏差e_p对滚轮导向装置的位置与基准位置的偏差加以说明。与上述相反，在求和组件18中对加速度传感器12的加速度值取反，即用理想或基准值0(没有加速度)件去所述加速度值，从而产生第二误差信号e_a。

调节装置19如上所述由两个调节器构成，即由一个位置调节器(K_p)20以及一个加速度调节器(K_a)21构成。之所以采用两个单独的调节器的原因在于，调节装置19的目的在于对在高频段(在0.9和15Hz之间，和优选在0.9和5Hz之间)的轿厢振动进行抑制，而不会使在该频段外的经调整的电梯性能劣于未经调整的电梯。另一方面调节装置19用于对应于导轨15对轿厢框架3进行调整，从而随时在滚轮上都存在充足的缓冲路径。此点特别是在轿厢1的装载不对称的情况下是特别重要的。

针对第一调节目的，采用惯性传感器进行速度或加速度反馈足以满足要求，同时针对第二个调节目的需要进行位置反馈。上述两种反馈具有相互矛盾的目的，所述的目的是通过采用两个单独的调节器20和21实现的。如图2所示，位置调节器20仅对位置传感器11的测量值加以考虑和因此用于保持轿厢1的导向间隙。加速度调节器用于对加速度传感器12的测量值进行处理和用于抑制振动。两个调节器20和21的额定或调节值在求和组件23中相加和作为一个共同的调节信号输送给促动器10。

避免两个调节器20和21之间的上述冲突的方案建立在在如下情况的基础之上，造成轿厢1倾斜的力(轿厢的非对称装载、大的侧曳引力等)基本上比其它的造成轿厢振动的干扰源变化缓慢。其它的干扰源主要涉及导轨不平或气流干扰力。在频段内增强的变化是连续实现的，即没有一个固定的极限。在特定的频率下两个调节器20和21具有相同的影响。在该频率之上加速度传感器的作用较强，在该频率之下位置传感器20的作用较强。

上述的两个调节目的是通过调节装置19被分成位置调节电路以及加速度调节电路实现的。分成两个调节器的另一优点还在于，调节器20和21不包含非线性。否则的话将很难实现稳定性分析和对两个调节器的相应配置。

位置调节器20的输出信号F_p在本例中首先输送给限制单元22，所述限制单元将信号限制在最大值F_max。采用此方式产生的经限制的输出信号F_PI如下式：

       F_PI＝max[min(F_P，F_max)，-F_max]，

最后在组件23内与加速度调节器21的调节信号F_a相加和输送给一个或多个促动器10。

限制单元22的最大值F_max取决于电气促动器10的热承受能力和因此取决于其实际的温度T_act。为此在促动器上(图1中未示出)设置有温度传感器，所述温度传感器将一相应的信号传递给调节单元19，所述调节单元接着将相应的最大值F_max(T_act)传递给限制单元22。替代测量也可以通过数学模型求出温度T_act。所述数学模型考虑到加在促动器10上的电流、促动器10的环境温度和散热特性。

上述进行的对位置调节器20的输出信号的限制导致只要在较长的时间段存在最佳位置的调节偏差，则由调节器20求出的“理论最佳的”调节信号F_p将继续增大。其原因在于，位置调节器20具有一个占主导的积分特性。其结果导致，当调节偏差重新减少时，将延续到直至调节器20的输出信号F_p重新达到所需的值，即直至调节器可以对新的状态进行反应。为解决此问题，根据本发明将对调节电路进行扩展，下面将对照图3对所述扩展加以说明，由于在图2中所示的信号流框图的其它部件将保持不变，所以在图3中仅示出调节装置19。

本发明的扩展在于设有一个反馈电路，通过反馈电路另一个输入信号被输送给位置调节器20。所述另一个输入信号涉及的是调节器20的输出信号F_p与限制单元22输出的经限制的输出信号F_PI之间的差。两个值被输送给求和组件24，所述值构成差e^F _k。采用此方式求出的误差值然后被输送给延时组件(Z^-1)25，所述延时组件对信号延时地，优选滞后一个时间不连续工作的调节装置19的扫描周期作为输入信号e^F _k-1输送给位置调节器20。为了在调节系统中不会产生闭合的代数环，需要对该误差信号延时。

因此位置调节器20除了针对轿厢1位置的误差信号e_p还得到以输出信号F_p和限制的输出信号F_PI之间的差动信号形式的另一输入信号e^F _k-1。其中调节器的设计应使差动信号e^F _k保持在尽可能小的程度。因此位置调节器20的输出信号F_p仅略被限制单元22限制。采用此方式保证了在位置误差信号e_p在具有较高的偏差的短暂的时段后重新取较小的值，调节器尽可能立刻对新的情况做出反应。由于不再出现反应，使调节器20的输出信号明显地超过限制单元22的最大值F_max，所以此点是可以实现的。

采用如下方式实现对调节装置的反馈电路，采用所谓的防复原结束(ARW)算法实现对位置调节器20的扩展。该算法改变了位置调节器20的内部状态参数x，使差动信号e^F _k保持在尽可能小的程度。对位置调节器的线性特性加以说明的公式

                  x_k+1＝A^Px_k+B^Pe_P

                  F_P，k＝C^Px_k+D^Pe_P

为此用所谓的ARW矩阵B^ARW实现扩展，得出下述的对有待调节的系统的特性加以描述的公式系统：

$x_{k+1}=A^P{x}_k+\left[\begin{array}{cc}{B}^P,& B^{\mathrm{ARW}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{e}_P\\ {e^F}_{k-1}\end{array}\right]$

$F_{P,k}=C^P{x}_k+\left[\begin{array}{c}{D}^P\left[\begin{array}{c}O\end{array}\right]\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{e}_P\\ {e^F}_{k-1}\end{array}\right]$

然后在设计调节器时采用所谓的H∞方法实现ARW矩阵的计算。此点例如是出版物“耐久的调节”，汉斯·P·格林，IMRT出版社，苏黎士瑞士技术高等学校测量和调节技术研究所，公开的一种方法，采用此方法在已知有待调节的系统的特性的情况下可以对调节器进行设计，其中这种方法的主要优点在于，可以在很大程度上实现自动化。在具有扩展的调节回路的本情况下然后可以采用那些否则不被利用的附加的数据信息。例如在U·克里斯滕：H∞控制工程，Diss.ETH 11433号(1996)披露了对H∞方法的应用和对ARW-矩阵的计算。

要指出的是，在将调节装置分成两个调节点路时仅针对位置调节器的输出信号进行本发明的限制和反馈，此点与位置调节器的积分特性相关。加速度调节器与此相反如上所述具有带通滤波器的特性。由于被加速度传感器控制的过程明显地快于被位置调节器补偿的轿厢的位置变化，所以不存在促动器被加速度调节器的调节信号持续地单方面加载的危险和因此不存在过热的危险。

因此采用本发明的方案保证了位置调节器以所需的方式快速地对变化的情况进行反应。尤其是调节器采用本发明的扩展，甚至对在位置误差信号对较长的时段取较高的值的情况下，一旦位置误差信号重新降低到较低的值时，迅速地达到所需新的调节值。当然同时保证了调节器的调节信号不会超过预定的最大的值和因此促动器不会冒由于增大的热负荷受损的危险。

Claims (14)

1.一种对在导轨(15)上被导向的电梯轿厢(1)减振的装置，具有：

多个导向件(5、6、7)，用于对电梯轿厢(1)沿导轨(15)导向，

传感器(11、12)，用于对电梯轿厢(1)的位置变化和/或对电梯轿厢(1)上产生的加速度进行检测，

设置在电梯轿厢(1)和导向件(5、6、7)之间的促动器(1)以及

调节装置(19)，所述调节装置根据由传感器(11、12)传递的值对促动器(10)进行控制，对应于导轨(15)相对改变轿厢(1)的位置，

调节装置(19)具有：

a)调节器(20)，所述调节器根据由传感器(11、12)传递的值产生对促动器(10)进行控制的输出信号，和

b)限制单元(22)，所述限制单元将由调节器(20)输出的输出信号限制在最大值和采用此方式产生由调节装置(19)输出的调节信号，

和调节装置(19)另外具有一个反馈电路(24、25)，通过反馈电路调节器(20)的输出信号和由限制单元(22)产生的经过限制的输出信号之间的差作为另一输入信号被输送给调节器(20)，调节器(20)的设计应使反馈的差保持在尽可能小的程度。

2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，反馈电路具有一个延时组件(25)，所述延时组件(25)将调节器(20)的输出信号和由限制单元(22)产生的经过限制的时间信号时间滞后地传递回调节器(20)。

3.按照权利要求2所述的装置，其特征在于，调节装置(19)时间不连续地工作，其中延时组件(25)时间上滞后一个扫描周期将差动信号传递给调节器(20)。

4.按照权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，由限制单元将调节器(20)输出的输出信号限定在其上的最大值取决于温度。

5.按照权利要求4所述的装置，其特征在于，最大值取决于促动器(10)的温度，其中所述装置还具有至少一个对促动器(10)的温度进行检测的温度传感器，所述温度传感器的测量信号被输送给限制单元(22)或替代测量根据数学温度模型求出促动器(10)的温度。

6.按照上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述调节装置(19)具有：

位置调节器(20)，所述位置调节器根据设置在电梯轿厢(1)上的位置传感器(11)的输出信号对促动器(10)进行控制，从而使导向件(5、6、7)取一个预定的位置，以及

加速度调节器(21)，所述加速度调节器根据设置在电梯轿厢(1)上的加速度传感器(12)的输出信号对促动器(10)进行控制，从而使在电梯轿厢(1)上产生的振动受到抑制，

其中位置调节器(20)和加速度调节器(21)的调节信号相加并作为和信号被输送给促动器(10)。

7.按照权利要求6所述的装置，其特征在于，所述限制单元(22)和反馈电路(24、25)仅用于对由位置调节器(20)输出的输出信号进行限制和反馈。

8.一种对在导轨(15)上被导向的电梯轿厢(1)减振的方法，具有：

多个导向件(5、6、7)，用于对电梯轿厢(1)沿导轨(15)导向，

传感器(11、12)，用于对电梯轿厢(1)的位置变化和/或对电梯轿厢(1)上产生的加速度进行检测，

设置在电梯轿厢(1)和导向件(5、6、7)之间的促动器(1)，和

调节装置(19)，所述调节装置根据由传感器(11、12)传递的值对促动器(10)进行控制，对应于导轨(15)相对改变轿厢(1)的位置，

其中由设置在调节装置(19)内的调节器(20)产生的用于控制促动器(10)的输出信号被限制在最大值和采用此方式产生一个由调节装置(19)输出的调节信号，

其中调节器(20)的输出信号和经过限制的输出信号的差作为附加的输入信号被输送给调节器，和

其中调节器(20)的设计应使反馈的差保持在尽可能小的程度。

9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，以滞后的方式实现调节器(20)和经限制的输出信号之间的差的反馈。

10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，调节装置(19)时间不连续地工作，其中延时组件(25)时间上滞后一个扫描周期将差动信号传递给调节器(20)。

11.按照权利要求8至10中任一项所述的方法，其特征在于，由限制单元将调节器(20)输出的输出信号限定在其上的最大值取决于温度。

12.按照权利要求11所述的方法，其特征在于，所述最大值取决于促动器(10)上的温度。

13.按照权利要求8至12所述的方法，其特征在于，所述调节装置(19)具有：

位置调节器(20)，所述位置调节器根据设置在电梯轿厢(1)上的位置传感器(11)的信号对促动器(10)进行控制，从而使导向件(5、6、7)取一个预定的位置，和

加速度调节器(21)，所述加速度调节器根据设置在电梯轿厢(1)上的加速度传感器(12)的信号对促动器(10)进行控制，从而使在电梯轿厢(1)上产生的振动受到抑制，

其中位置调节器(20)和加速度调节器(21)的调节信号相加并作为和信号被输送给促动器(10)。

14.按照权利要求13所述的方法，其特征在于，仅对位置调节器(20)的输出信号进行限制和反馈。

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