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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Antriebs für ein bewegbares Objekt, insbesondere für eine bewegbare Fahrstuhltür oder Bahnsteigtür.
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Bei Antriebssystemen und Motorsteuerungen müssen häufig Fahrkurven gefahren werden. Dabei ist die Fahrstrecke in der Regel in Bereiche mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten unterteilt. An den Bereichsübergängen kann es zur sprunghaften Änderung der Beschleunigung (Ruck) kommen, wenn keine Glättungselemente vorhanden sind. Der Ruck wird dann nur durch die mechanische Trägheit des zu steuernden Systems begrenzt. Dadurch können Schwingungen entstehen und erhöhte mechanische Belastungen im zu steuernden System auftreten.
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US 5 378 861 A offenbart eine Vorausberechnung der Fahrkurve einer Fahrstuhltür mit Geschwindigkeits-, Beschleunigungs- und Ruckwerten anhand von Türdaten, Motorparametern und weiteren Faktoren.
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DE 102 00 680 B4 offenbart Steuerungsverfahren zur ruckbegrenzten Geschwindigkeitsführung eines bewegbaren Maschinenelementes unter Verwendung von Ruckprofilen.
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Aus
DE 196 00 882 C1 ist zur dezentralen Steuerung eines Motorantriebs bekannt, dem Motorantrieb von einer zentralen Steuerung Bewegungsaufgaben in Form von Weg und Zeitdaten für voneinander beabstandete Stützpunkte vorzugeben und dem Motorantrieb eine eigene intelligente dezentrale Steuerung zuzuordnen. Die dezentrale Steuerung steuert dabei den Motorantrieb so, dass die vorgegebenen Bewegungsaufgaben eingehalten werden, wobei sich eine bahngenaue Steuerung bzw. Regelung dadurch erreichen lässt, dass für die dezentrale Steuerung wenigstens ein Algorithmus zur Bildung einer Weg-Zeit Funktion vorgegeben wird und dass von der zentralen Steuerung neben den Weg und Zeitdaten wenigstens eine Information zur Bildung der Weg-Zeit-Funktion nach dem Algorithmus zwischen den Stützpunkten übertragen wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Steuerung eines Antriebs für ein bewegbares Objekt, insbesondere für eine bewegbare Fahrstuhltür oder Bahnsteigtür, anzugeben, das ruckartige Veränderungen der Geschwindigkeit des Objekts reduziert.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung eines Antriebs für ein bewegbares Objekt werden eine Fahrkurve für eine Bewegung des Objekts vorgegeben, aus der Fahrkurve ein Verlauf einer mittleren Geschwindigkeit ermittelt und aus diesem Geschwindigkeitsverlauf Stellwerte für die Steuerung des Antriebs ermittelt. Zur Ermittlung der mittleren Geschwindigkeit werden jedem Punkt der Fahrkurve ein diesen Punkt enthaltender Fahrkurvenabschnitt der Fahrkurve und eine mittlere Geschwindigkeit zugeordnet, wobei die mittlere Geschwindigkeit als ein Mittelwert einer durch die Fahrkurve definierten Geschwindigkeit in diesem Fahrkurvenabschnitt gebildet wird.
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Unter einer Fahrkurve eines Objekts wird dabei eine geeignet parametrisierte Beschreibung eines vorgegebenen Bewegungsverlaufes des Objekts verstanden, beispielsweise durch eine Vorgabe der Geschwindigkeit des Objekts in Abhängigkeit von der Zeit oder in Abhängigkeit von dem Ort des Objekts, oder auch durch eine Vorgabe des Ortes des Objekts in Abhängigkeit von der Zeit.
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Bei dem Verfahren wird also aus einer vorgegebenen Fahrkurve für jeden Punkt der Fahrkurve eine über einen den Punkt enthaltenden Fahrkurvenabschnitt gemittelte Geschwindigkeit ermittelt und zur Bestimmung von Stellwerten für die Antriebssteuerung verwendet. Durch diese Mittelwertbildung ergibt sich automatisch eine Glättung des Verlaufs der mittleren Geschwindigkeit gegenüber dem Verlauf der durch die Fahrkurve definierten Geschwindigkeit an Stellen, an denen sich die Geschwindigkeit ändert.
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Dadurch wird auch der Verlauf einer der mittleren Geschwindigkeit entsprechenden Beschleunigung gegenüber einer der Fahrkurve entsprechenden Beschleunigung geglättet. Die Verwendung des Verlaufs der mittleren Geschwindigkeit zur Bestimmung der Stellwerte für die Antriebssteuerung ermöglicht somit eine ruckbegrenzte Bewegung des bewegbaren Objekts, bei der ruckartige Änderungen der durch den Antrieb bewirkten Geschwindigkeit des bewegbaren Objekts reduziert werden.
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Die Ruckbegrenzung reduziert insbesondere vorteilhaft Schwingungsanregungen durch den Antrieb und erhöht auch die Lebensdauer des Antriebssystems. Dabei wird die erfindungsgemäße Ermittelung der mittleren Geschwindigkeit durch eine numerisch einfache Mittelwertbildung erzielt, die einen verhältnismäßig geringen Rechenaufwand erfordert, somit kostengünstig und schnell durchführbar ist, und die auch bei komplexen Fahrkurven anwendbar ist.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird aus der Fahrkurve auch eine mittlere Beschleunigung des Objekts in Abhängigkeit von der Zeit ermittelt. Dazu wird jedem Punkt der Fahrkurve eine mittlere Beschleunigung zugeordnet, die als ein Mittelwert einer der Fahrkurve entsprechenden Beschleunigung in dem diesem Punkt zugeordneten Fahrkurvenabschnitt gebildet wird. Die Werte der mittleren Beschleunigung werden als Stellwerte für die Steuerung des Antriebs verwendet.
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Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung wird auch die der Fahrkurve entsprechende Beschleunigung geglättet, indem auch diese Beschleunigung über die jeweiligen Fahrkurvenabschnitte gemittelt wird, und die Werte der resultierenden mittleren Beschleunigung werden als Stellwerte für die Antriebssteuerung verwendet. Dies ermöglicht vorteilhaft eine weiter verbesserte Ruckbegrenzung der durch den Antrieb bewirkten Bewegung, die ebenfalls auf einfache Weise und für komplexe Fahrkurven implementiert werden kann.
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Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, die Verläufe der mittleren Geschwindigkeit und/oder der mittleren Beschleunigung zu ermitteln, indem jedem einem Punkt der Fahrkurve entsprechenden Zeitpunkt ein den Zeitpunkt enthaltendes Zeitintervall und eine mittlere Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung zugeordnet werden. Dabei werden die mittlere Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung als ein Mittelwert einer durch die Fahrkurve definierten Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung in dem jeweiligen Zeitintervall gebildet.
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Diese Ausgestaltungen sind insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Fahrkurve direkt durch einen zeitlichen Verlauf einer Geschwindigkeit des Objekts vorgegeben ist, da dann Punkte und Fahrkurvenabschnitt der Fahrkurve in einfacher und natürlicher Weise Zeitpunkten bzw. Zeitintervallen zugeordnet werden können.
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Eine dementsprechende weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Mittelwert der durch die Fahrkurve definierten Geschwindigkeit in einem Zeitintervall gebildet wird, indem eine in dem Zeitintervall entsprechend der Fahrkurve vorgegebene Weglänge durch das Zeitintervall dividiert wird.
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Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht eine besonders einfache Ermittelung der mittleren Geschwindigkeit und reduziert dadurch vorteilhaft den Rechenaufwand und die Rechenzeit für die Ermittelung der mittleren Geschwindigkeit.
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Dabei wird die in einem Zeitintervall gemäß der Fahrkurve vorgegebene Weglänge vorzugsweise durch eine Integration der durch die Fahrkurve definierten Geschwindigkeit über das Zeitintervall ermittelt.
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Auch diese Ausgestaltung der Erfindung ist besonders dann vorteilhaft, wenn die Fahrkurve direkt die Geschwindigkeit in Abhängigkeit von der Zeit vorgibt, nicht aber den Weg des Objekts. Ferner ist die Ausgestaltung besonders bei geradlinigen Bewegungen vorteilhaft, da sich die gemäß der Fahrkurve vorgegebene Weglänge in diesem Fall exakt durch die besagte Integration ermitteln lässt. Sie liefert aber auch für krummlinige Bewegungen eine brauchbare Näherung, sofern die Zeitintervalle derart gewählt werden, dass sich in ihnen die Bewegungsrichtung nicht wesentlich ändert.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Mittelwert der der Fahrkurve entsprechenden Beschleunigung gebildet wird, indem die Differenz zwischen den an den durch die Fahrkurve definierten Geschwindigkeiten an den beiden Grenzen des Zeitintervalls durch das Zeitintervall dividiert wird.
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Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht eine besonders einfache Ermittelung der mittleren Beschleunigung und reduziert dadurch vorteilhaft den Rechenaufwand und die Rechenzeit für die Ermittelung der mittleren Beschleunigung. Ferner führt diese Mittelung der Beschleunigung automatisch zu einer erwünschten Ruckbegrenzung.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Zeitintervall für alle Zeitpunkte dieselbe Länge hat.
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Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht vorteilhaft eine besonders einfache Festlegung der Zeitintervalle, da diese nicht von weiteren Parametern abhängig gemacht wird, und reduziert dadurch weiter Rechenaufwand und Rechenzeit.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass jeder Zeitpunkt, dem ein Zeitintervall zugeordnet wird, die Mitte dieses Zeitintervall ist.
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Dadurch werden bei der Ermittlung der mittleren Geschwindigkeit für jeden Zeitpunkt mit gleicher Gewichtung sowohl Geschwindigkeiten der Fahrkurve vor dem jeweiligen Zeitpunkt als auch danach berücksichtigt. Dies ermöglicht einerseits eine besonders einfache (weil von Parametern unabhängige) Zuordnung von Zeitintervallen zu Zeitpunkten. Andererseits ergibt sich dadurch automatisch eine dem Zeitverlauf angepasste Ermittlung und Glättung der mittleren Geschwindigkeit, da sich das Zeitintervall, in dem die mittlere Geschwindigkeit ermittelt wird, entsprechend dem Zeitpunkt, dem das Zeitintervall zugeordnet ist, ändert (das Zeitintervall wird dem zugehörigen Zeitpunkt entsprechend verschoben).
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Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere für die Verwendung zur Steuerung von Antrieben für bewegbare Türen, insbesondere für Fahrstuhltüren oder Bahnsteigtüren.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen:
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1 zeitliche Verläufe eines Weges, einer Geschwindigkeit und einer Beschleunigung gemäß einer Fahrkurve,
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2 zeitliche Verläufe eines Weges und einer Geschwindigkeit gemäß einer Fahrkurve und ein Zeitintervall zur Bestimmung einer mittleren Geschwindigkeit, und
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3 zeitliche Verläufe einer Geschwindigkeit und einer Beschleunigung gemäß einer Fahrkurve und zeitliche Verläufe der entsprechenden gemittelten Geschwindigkeit und Beschleunigung.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1, 2, 3 dienen der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung zur Steuerung eines Antriebs für eine geradlinig bewegbare Tür, insbesondere für eine Fahrstuhltür oder eine Bahnsteigtür
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1 zeigt Verläufe s(t), v(t), a(t) eines Weges s, einer Geschwindigkeit v und einer Beschleunigung a der Tür in Abhängigkeit von einer Zeit t gemäß einer Fahrkurve 1, welche durch den Verlauf v(t) der Geschwindigkeit v definiert ist. Dabei weist der Verlauf a(t) der Beschleunigung a Sprünge auf, die zu ruckartigen Bewegungen der Tür führen würden, wenn die Fahrkurve 1 direkt zur Steuerung des Türantriebs verwendet werden würde.
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Um derartige ruckartige Bewegungen der Tür zu vermeiden, werden aus der Fahrkurve 1 erfindungsgemäß eine mittlere Geschwindigkeit v(t) und eine mittlere Beschleunigung a(t) in Abhängigkeit von der Zeit t ermittelt und zur Bestimmung von Stellwerten für die Antriebssteuerung verwendet. Dies wird im Folgenden anhand der 2 und 3 näher beschrieben.
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2 zeigt zeitliche Verläufe s(t), v(t) des Weges s und der Geschwindigkeit v gemäß einer durch den Verlauf v(t) der Geschwindigkeit v definierten Fahrkurve 1 und ein Zeitintervall Δt zur Bestimmung einer mittleren Geschwindigkeit v, die einem Zeitpunkt tx zugeordnet wird. Das Zeitintervall Δt wird symmetrisch um den Zeitpunkt tx herum gelegt, d. h. eine untere Grenze t1 und eine obere Grenze t2 des Zeitintervalls Δt = t2 – t1 werden gemäß t1 = tx – 0.5 Δt und t2 = tx + 0.5 Δt gewählt.
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Zur Bestimmung der dem Zeitpunkt t
x zugeordneten mittleren Geschwindigkeit v(t) wird zunächst eine in dem Zeitintervall Δt entsprechend der Fahrkurve
1 vorgegebene Weglänge Δs ermittelt. Dazu wird der Verlauf v(t) der durch die Fahrkurve
1 definierten Geschwindigkeit v über das Zeitintervall Δt interiertg,
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Dem Zeitpunkt tx wird nun als mittlere Geschwindigkeit v –tx) der Quotient der gemäß Gleichung [1] ermittelten vorgegebenen Weglänge Δs und des Zeitintervalls Δt zugeordnet, v –(tx) = Δs / Δt.[2]
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Dem Zeitpunkt t
x wird ferner als mittlere Beschleunigung
a –(tx) der Quotient aus der Differenz der Geschwindigkeiten v an den beiden Grenzen t
1, t
2 des Zeitintervalls Δt und dem Zeitintervall Δt zugeordnet,
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Die mittlere Geschwindigkeit v –(t) und die mittlere Beschleunigung a –(t) werden auf die beschriebene Weise für alle Zeitpunkte tx der Fahrkurve ermittelt, wobei das Zeitintervall Δt und der Zeitpunkt tx gemeinsam verschoben werden.
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Alternativ zu der Ermittlung der mittleren Geschwindigkeit
v –(tx) unter Verwendung der Gleichung [1] kann die mittlere Geschwindigkeit
v –(tx) auch abschnittsweise aus einer genäherten Fahrkurve
1 ermittelt werden. Beispielsweise kann sie innerhalb eines Abschnitts einer Fahrkurve
1, welcher eine Anfangszeit t
0 und Anfangswerte s
0, v
0, a
0 des Weges s, der Geschwindigkeit v und der Beschleunigung a aufweist, aus genäherten zeitlichen Verläufen s(t) und v(t) für s(t) und v(t) ermittelt werden, die wie folgt berechnet werden:
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3 zeigt zeitliche Verläufe v(t), a(t) einer Geschwindigkeit v und einer Beschleunigung a gemäß einer Fahrkurve 1 wie in 1 und entsprechende, mit dem oben anhand von 2 beschriebenen Verfahren ermittelte zeitliche Verläufe v –(tx), a –(t) der mittleren Geschwindigkeit v – und der mittleren Beschleunigung a –. Die zeitlichen Verläufe v –(t) und a –(t) sind durch die Mittelwertbildung automatisch gegenüber den Verläufen v(t) and a(t) der durch die Fahrkurve 1 definierten Geschwindigkeit v and der ihr entsprechenden Beschleunigung a geglättet und ergeben daher ein ruckbegrenztes Fahrprofil. Deshalb werden die einem Zeitpunkt tx zugeordnete mittlere Geschwindigkeit v –(t) und die mittlere Beschleunigung a –(t) vorteilhaft als Stellwerte für die Steuerung des Türantriebs (Motorsteuerung) zum Zeitpunkt tx verwendet, wodurch eine ruckbegrenzte Türsteuerung erreicht wird.
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Bildhaft gesprochen wird erfindungsgemäß also ein durch das Zeitintervall Δt gegebenes Zeitfenster definiert, dessen Mitte den aktuellen Zeitpunkt darstellt und rechts und links davon zwei Zeitbereiche zur Mittelung aufweist. Dann wird der Mittelwert v – der Geschwindigkeit v innerhalb dieses Zeitfensters gebildet und als verrundeter Geschwindigkeitswert ausgegeben. Das Zeitfenster wird über die Fahrkurve 1 verschoben, wodurch sich automatisch ein ruckbegrenztes Fahrprofil ergibt.
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Befindet sich das Zeitfenster z. B. in einem Bereich der Fahrkurve 1 mit konstanter Geschwindigkeit v, so ist auch der Mittelwert v – gleich der konstanten Geschwindigkeit v.
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Befindet sich das Zeitfenster in einem Bereich mit konstanter Beschleunigung a, so entspricht der Mittelwert v – wiederum dem Momentanwert der durch die Fahrkurve 1 definierten Geschwindigkeit v, da der Mittelwert v – zwischen Anfangs- und Endgeschwindigkeit in dem Zeitfenster genau in der Mitte zwischen Anfangs- und Endgeschwindigkeit liegt.
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Verschiebt sich das Zeitfenster von einem Bereich mit konstanter Geschwindigkeit v in einen Bereich konstanter Beschleunigung a, so wird während der Verschiebung der neue Bereich immer stärker gewichtet und die Gewichtung des alten Bereichs sinkt. Damit ergibt sich automatisch eine Glättung des Geschwindigkeitsprofils und daraus eine Ruckbegrenzung der Türsteuerung.
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Eine Abwandlung des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels sieht vor, dass die Fahrkurve 1 statt durch einen Geschwindigkeitsverlauf v(t) für die Geschwindigkeit v der Tür in Abhängigkeit von der Zeit t durch einen Verlauf v(s) für die Geschwindigkeit v der Tür in Abhängigkeit von dem Weg s vorgegeben wird. Das obige Ausführungsbeispiel kann an eine derartig vorgegebene Fahrkurve 1 angepasst werden, indem der Verlauf v(s) in einen Verlauf v(t) umgerechnet wird, beispielsweise mittels einer Tabelle, über die eine Zuordnung des Weges s zu der Zeit t für einen Fahrkurvenabschnitt erfolgt oder wenigstens näherungsweise für jeweils einzelne Fahrkurvenabschnitte mittels der Gleichungen [4] und [5], wobei die Fahrkurvenabschnitte jeweils über Stützpunkte der Fahrkurve 1 definiert werden.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht dadurch eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise kann statt einer linearen auch eine quadratische oder eine gewichtete Mittelwertbildung zur Ermittelung der mittleren Geschwindigkeit v – und/oder der mittleren Beschleunigung a – verwendet werden. Ferner kann das Verfahren auch verwendet werden, wenn die Fahrkurve 1 direkt den Weg s statt der Geschwindigkeit v der Tür als Funktion von der Zeit t vorgibt (in diesem Fall kann Gleichung [1] durch Δs = s(t2) – s(t1) ersetzt werden).
