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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Aufzugssteuerung; insbesondere betrifft die Erfindung eine Aufzugssteuerung, die ohne Positionssensoren ausgerüstet ist, wobei ein Magnetpolpositions-Detektor für eine Fahrstuhl-Aufzugsvorrichtung verwendet wird, die mit einem Permanentmagnet-Synchronmotor ausgerüstet ist.
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Stand der Technik
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Für die Vektorsteuerung eines Permanentmagnet-Synchronmotors, der auf der Basis einer Spannung mit variabler Spannung und variabler Frequenz von einem Stromrichter gesteuert wird, ist es erforderlich, den Ankerstrom derart zu steuern, dass er nicht nur in Abhängigkeit von dem Wert des Ankerstroms fließt, sondern auch in der richtigen Phase, in Abhängigkeit von der Magnetpolposition. Daher ist es erforderlich, ständig die Magnetpolposition des Permanentmagnet-Synchronmotors zu erhalten.
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Im Allgemeinen ist ein Magnetpolpositions-Detektor an dem Permanentmagnet-Synchronmotor vorgesehen, um die Magnetpolposition zu erhalten. In den letzten Jahren ist in großem Umfang eine Antriebstechnologie ohne Positionssensoren, also ohne Magnetpolpositions-Detektoren untersucht worden.
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Für die Abschätzung der Magnetpolposition eines Permanentmagnet-Synchronmotors gibt es eine Verfahren unter Verwendung der Abhängigkeit der Magnetpolposition von einer induzierten Spannung, welche durch die Drehung eines Rotors erzeugt wird, sowie ein Verfahren zum Abschätzen der Magnetpolposition auf der Basis eines Stromansprechverhaltens durch Anlegen einer Hochfrequenzspannung, und zwar unter Verwendung der Magnetpolpositions-Abhängigkeit von einer Induktivität eines Motors, der Schenkelpole besitzt.
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Bei dem Verfahren unter Verwendung der induzierten Spannung kann die Magnetpolposition auch für einen Motor ohne Schenkelpole abgeschätzt werden. Es besteht jedoch der Nachteil, dass es unmöglich oder zumindest schwierig ist, die Magnetpolposition bei einer Geschwindigkeit von Null und einer niedrigen Geschwindigkeit abzuschätzen.
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Der Begriff „niedrige Geschwindigkeit“, wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf eine relative Geschwindigkeit bezogen auf eine Nenngeschwindigkeit oder Nenndrehzahl bei einem zu verwendenden Motor, insbesondere in einem Geschwindigkeitsbereich, in welchem, obwohl die Geschwindigkeitsabschätzung nicht unmöglich ist, die Steuerung nicht durchgeführt werden kann, und zwar wegen eines großen Schätzfehlers, weil der Rauschabstand abnimmt; dies liegt an der geringen induzierten Spannung, die bei dem Verfahren mit der induzierten Spannung erzeugt wird.
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Obwohl das Verfahren unter Verwendung der Schenkeligkeit in einigen Fällen brauchbar ist, ist es durchaus nicht für alle Situationen der Praxis geeignet.
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Für einen Motor ohne Schenkeligkeit, der in einer Fahrstuhl-Aufzugsvorrichtung vorgesehen ist, wird eine Einrichtung vorgesehen, die eine Bremse löst, die Magnetpolposition auf der Basis der induzierten Spannung abschätzt, und zwar unter Verwendung der Positionsabhängigkeit der Induktivität, sowie eine Änderung der Magnetpolposition detektiert, indem sie einen Kodierer nach der Abschätzung verwendet, vergleiche beispielsweise die
JP 2000- 078 878 A.
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Außerdem gibt es ein Verfahren unter Verwendung eines Permanentmagnet-Synchronmotors, der eine Schenkeligkeit besitzt, um die Magnetpolposition abzuschätzen, und zwar unter Verwendung der Schenkeligkeit der Induktivität, um den Motor ohne einen Kodierer zu steuern, welcher dem Positionssensor entspricht, vergleiche beispielsweise die
JP 2004- 514 392 A.
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Ferner gibt es ein Verfahren, das eine induzierte Spannung verwendet, als Verfahren zur Durchführung der Steuerung mit einer Drehmomentsteuerung, wobei im Zeitpunkt des Startens und Stoppens in die Synchronität übergegangen wird; dies ist beispielsweise in der
JP 2008- 245 411 A erläutert.
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Die
US 6 283 252 B1 zeigt eine Höhensteuerungsvorrichtung für ein Aufzugssystem. Die Höhensteuerungsvorrichtung schätzt ein Lastmoment, das auf eine Achse eines Wechselstrommotors wirkt, auf der Grundlage einer Drehmoment-Stromkomponente und eines Drehwinkels des Wechselstrommotors, während sie einen Höhenausgleichsvorgang durchführt. Die Höhensteuerungsvorrichtung kompensiert die Drehmoment-Stromkomponente für die Differenz zwischen dem geschätzten Lastmoment und dem Lastausgleichsmoment durch ein Ausgangssignal von einem Lastdetektor, was zu einer verbesserten Geschwindigkeitssteuerungseigenschaft im Höhenausgleichsvorgang des Aufzugssystems führt.
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Die
DE 102 18 773 A1 zeigt eine Steuerungsvorrichtung, ein Verfahren und ein System zum Steuern eines mobilen Körpers. Dabei wird die Magnetpolposition des Rotors eines Synchronmotors auf der Grundlage elektrischer Größen abgeschätzt, die mit der dem Synchronmotor zugeführten elektrischen Energie in Beziehung stehen, wobei ferner die Position des mobilen Körpers auf der Grundlage der abgeschätzten Magnetpolposition abgeschätzt wird.
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Die
DE 100 65 237 B4 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung oder Regelung eines von einem Elektromotor abgegebenen Moments. Dabei ist der Momentensteuerung oder -regelung eine Stromregelung zur Regelung des Stroms des Elektromotors unterlagert und der Elektromotor wird von einem Umrichter angesteuert. Als Lösung schlägt die
DE 100 65 237 B4 vor, mittels eines der Stromregelung unterlagerten Spannungsreglers Spannungsausgangsgrößen des Umrichters derart zu regeln, dass sie ein vorgebbares dynamisches Verhalten aufweisen.
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Die
DE 100 63 896 A1 betrifft ein Verfahren und einen Regelkreis zur Regelung des von einem Elektromotor abgegebenen Moments. Bei dem Elektromotor sind ein momentenbildender Stromanteil und ein flussbildender Stromanteil miteinander verkoppelt. Gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren wird eine Ansteuerspannung für den Elektromotor von einem dynamischen Momentenregler der Momentenregelung unmittelbar ermittelt. Dabei wird vorteilhafterweise die Ansteuerspannung aus dem Sollwert des Moments und einem Fehlersignal ermittelt, wobei das Fehlersignal eine Differenz eines Referenzwerts des Moments und des Istwerts des Moments ist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Im Falle eines herkömmlichen Antriebs ohne Positionssensoren für den Permanentmagnet-Synchronmotor unter Verwendung einer induzierten Spannung, wird, wie oben erwähnt, der Rauschabstand bei einer Geschwindigkeit von Null und einer niedrigen Geschwindigkeit reduziert, weil eine kleine Spannung induziert wird. Obwohl eine Geschwindigkeitsabschätzung nicht unmöglich ist, besteht daher die Gefahr, dass der Permanentmagnet-Synchronmotor sich in einer Richtung entgegengesetzt zu der eines Geschwindigkeitsbefehls dreht, was zu einem Laufen des Aufzugs führen kann, weil die Steuerung wegen des großen Schätzfehlers nicht durchgeführt werden kann.
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Bei einem Permanentmagnet-Synchronmotor mit Schenkeligkeit differiert das Stromansprechverhalten, das auftritt, wenn die Spannung angelegt wird, in Abhängigkeit von der Position des Magnetpols wegen der Positionsabhängigkeit von der Induktivität.
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Die Magnetpolposition kann abgeschätzt werden durch Anlegen einer Spannung mit einer höheren Frequenz (einem ganzzahligen Vielfachen der halben Frequenz einer Dreieckwelle eines Inverterträgers) als einer Antriebsfrequenz des Motors, die nicht zum Motorbetrieb beiträgt, und durch Erhalten eines entsprechenden Stromansprechverhaltens. Die Magnetpolpositions-Abschätzung durch Anlegen der Hochfrequenzspannung hat keine Geschwindigkeitsabhängigkeit. Somit ermöglicht das Verfahren die Abschätzung der Magnetpolposition auch bei einer Geschwindigkeit von Null und niedriger Geschwindigkeit.
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Für einen zylindrischen Permanentmagnet-Synchronmotor ohne Schenkeligkeit kann jedoch das oben erwähnte Verfahren nicht verwendet werden. Daher wird, wie in der
JP 2008- 245 411 A beschrieben, ein stationärer Zustand gehalten und eine Steuerung bei niedriger Geschwindigkeit durchgeführt durch das in Tritt Fallen zum Zeitpunkt des Startens und Stoppens des Permanentmagnet-Synchronmotors.
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Wie jedoch in der
JP 2008- 245 411 A angegeben, erfolgt eine rampenartige Zunahme des fließenden Motorstroms, wenn eine Last während eines Stopp-Zustands angelegt wird. Daher wird eine lange Zeitdauer benötigt, um einen Drehmomentstrom zu erhalten, der groß genug ist, um stabil zu sein. Daher besteht die Möglichkeit, dass der Permanentmagnet-Synchronmotor sich vorübergehend in einer entgegengesetzten Richtung dreht, was zu einem Laufen des Aufzugs führt.
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Gemäß der Erfindung wird eine Aufzugssteuerung angegeben, bei der eine Vektorsteuerung über den gesamten Geschwindigkeitsbereich, einschließlich einer Geschwindigkeit von Null und einer niedrigen Geschwindigkeit realisiert wird, obwohl eine Antriebssteuerung ohne Positionssensoren durchgeführt wird, und zwar auch für einen zylindrischen Permanentmagnet-Synchronmotor ohne Schenkeligkeit.
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Lösung des Problems
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Die Lösung des Problems erfolgt durch eine Aufzugssteuerung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 beziehungsweise des Anspruchs 2. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 3 bis 5.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Gemäß der Erfindung kann eine Vektorsteuerung realisiert werden, die über den gesamten Geschwindigkeitsbereich stabil ist, einschließlich einer Geschwindigkeit von Null und einer niedrigen Geschwindigkeit, und zwar mit einer Antriebssteuerung ohne Positionssensoren, für einen Permanentmagnet-Synchronmotor ohne Schenkeligkeit.
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Figurenliste
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Die Zeichnungen zeigen in
- 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Konfiguration eines Aufzugssystems mit einer Aufzugssteuerung gemäß der Erfindung;
- 2 ein Blockschaltbild zur Erläuterung der Konfiguration eines Steuerungssystems für das Aufzugssystem gemäß 1, das eine Aufzugssteuerung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung aufweist;
- 3 ein Blockschaltbild zur Erläuterung der innen Struktur einer Modellreferenzsteuerung für eine Aufzugssteuerung gemäß der Erfindung;
- 4 ein Blockschaltbild zur Erläuterung der inneren Struktur einer Magnetpolpositions- Schätzeinheit für eine Aufzugssteuerung gemäß der Erfindung; und in
- 5 ein Blockschaltbild zur Erläuterung der Konfiguration eines Steuerungssystems für das Aufzugssystem gemäß 1, das eine Aufzugssteuerung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung aufweist.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Die vorliegende Erfindung realisiert eine Vektorsteuerung, die über den gesamten Geschwindigkeitsbereich, einschließlich einer Geschwindigkeit von Null und eines Niedergeschwindigkeitsbereiches, stabil ist, mit einer Antriebssteuerung ohne Positionssensoren, auch für einen Permanentmagnet-Synchronmotor ohne Schenkelpole.
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Auf diese Weise kann auch in einem Zustand, in dem eine Last anliegt, ein stationärer Zustand gehalten und eine Steuerung bei niedriger Geschwindigkeit in stabiler Weise durchgeführt werden. In der nachstehenden Beschreibung wird, wie es allgemein bei Permanentmagnet-Synchronmotoren verwendet wird, ein rotierendes Koordinatensystem zugrundegelegt, wobei die Richtung des Magnetflusses, der von einem Permanentmagneten eines Rotors erzeugt wird (Richtung der Mittelachse des Permanentmagneten) als d-Achse vorgegeben wird, während eine elektrisch und magnetisch dazu senkrechte Achse als q-Achse vorgegeben wird.
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Ein positiver d-Achsenstrom wird nachstehend als ein Strom definiert, der eine Stromrichtung besitzt, in welcher eine Feldstärkung erfolgt, während ein negativer d-Achsenstrom so definiert ist, dass er eine Stromrichtung besitzt, in der eine Feldschwächung erfolgt.
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Eine Aufzugssteuerung gemäß der Erfindung besitzt eine Konfiguration, bei der eine Steuerung bei einer Geschwindigkeit von Null und einer niedrigen Geschwindigkeit, bei der die Geschwindigkeit wegen eines verringerten Rauschabstandes nicht abgeschätzt werden kann, weil eine erzeugte induzierte Spannung bei einem Verfahren mit induzierter Spannung klein ist, mit einer Drehmoment-Vorwärtskopplung durchgeführt wird, wobei die Vorwärtskopplung durchgeführt wird auf der Basis einer Magnetpolposition und eines Geschwindigkeitsschätzwertes, erhalten aus der induzierten Spannung bei einer höheren Geschwindigkeit als der oben erwähnten Geschwindigkeit.
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Ein Beschleunigungsdrehmoment, das für die Drehmoment-Vorwärtskopplungssteuerung erforderlich ist, wird von einer Modellreferenzsteuerung erhalten, und ein Drehmoment, das zum Halten eines stationären Zustandes erforderlich ist, wird von einer Lastabtasteinrichtung erhalten.
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Nachstehend wird die Aufzugssteuerung gemäß den jeweiligen Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. In den verschiedenen Ausführungsformen werden gleiche oder äquivalente Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet; sofern Aufbau und Wirkungsweise gleich sind, kann eine entsprechende erneute Beschreibung entfallen.
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Erste Ausführungsform
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1 zeigt eine schematische Darstellung, um einen Überblick über die Konfiguration eines Aufzugssystems zu geben, das eine Aufzugssteuerung gemäß der Erfindung aufweist. Eine Kabine 1 eines Aufzugs sowie ein Gegengewicht 2 sind miteinander über ein Hauptseil 3 verbunden und an dem Hauptseil 3 aufgehängt, das über Seilscheiben 4 läuft, wobei das Aufzugssystems im Zugbetrieb arbeitet. Die Seilscheiben 4 sind ferner an einen Permanentmagnet-Synchronmotor 5 angeschlossen, um den Aufzug mit dem Hauptseil 3 zu betreiben. Die Kabine 1 wird durch die Kraft des Permanentmagnet-Synchronmotors 5 angehoben bzw. abgesenkt.
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Dem Permanentmagnet-Synchronmotor 5 ist eine Bremse 6 zugeordnet, sodass die Seilscheiben 4 mittels der Bremse 6 gebremst werden. Die Bremse 6 kann eine Kabinenbremse sein, die die Kabine 1 direkt bremst, oder sie kann eine Seilbremse sein, welche das Seil bremst, wobei entsprechende Einzelheiten nicht dargestellt sind.
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Ein Stromrichter zum Antreiben des Permanentmagnet-Synchronmotors 5 und ein Hauptteil der Aufzugssteuerung gemäß der Erfindung, die ein Steuersignal (Dreiphasen-Spannungsbefehl) für den Stromrichter erzeugt, sind in einem Schaltschrank 7 untergebracht.
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2 zeigt ein Blockschaltbild zur Erläuterung der Konfiguration eines Steuerungssystems des Aufzugssystems gemäß 1, welches eine Aufzugssteuerung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung aufweist.
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Wie in 2 dargestellt, gibt ein Stromrichter 8, der beispielsweise einen Inverter aufweist, welcher in dem Schaltschrank 7 vorgesehen ist oder manchmal an dessen Außenseite angebracht ist, eine Spannung mit variabler Spannung und variabler Frequenz (VVVF-Spannung) in Abhängigkeit von einem Spannungsbefehl (Steuerungssignal) ab, das von der Aufzugssteuerung geliefert wird.
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Von der Spannung mit variabler Spannung und variabler Frequenz wird der Antrieb des Permanentmagnet-Synchronmotors 5 gesteuert. Ferner sind Stromsensoren 9a bis 9c für die jeweiligen Phasen zwischen dem Stromrichter 8 und dem Permanentmagnet-Synchronmotor 5 vorgesehen, um Phasenströme zu detektieren, die in den jeweiligen Phasen (u-Phase, v-Phase und w-Phase) des Permanentmagnet-Synchronmotors 5 fließen.
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Im Allgemeinen wird ein ausgeglichener Dreiphasenstrom verwendet. Daher sind manchmal die Stromsensoren nur an zwei von den drei Phasen angebracht, beispielsweise an der u-Phase und der v-Phase.
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Die Aufzugssteuerung weist beispielsweise folgende Komponenten auf: eine Modellreferenzsteuerung 10, eine Geschwindigkeitssteuerung 11, eine Strom steuerung 12, eine Schätzgeschwindigkeits-Schalteinheit 13, eine Magnetpolpositions-Schätzeinheit 14, Koordinatenwandler 15a und 15b, einen Lastdetektor 16, eine Magnetpolgeschwindigkeits-Schätzeinheit 17, sowie eine Geschwindigkeitsbefehl-Bestimmungseinheit 19. Die oben erwähnten Komponenten können beispielsweise in einem einzigen Computer realisiert sein, der eine Konstruktion mit den oben erwähnten Funktionen besitzt.
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Die Geschwindigkeitsbefehl-Bestimmungseinheit 19 bestimmt einen Geschwindigkeitsbefehlswert in Abhängigkeit von den Eingangsbedingungen einer Etage, auf der sich die Kabine 1 derzeit befindet, einem Kabinenrufbefehl von der Innenseite der Kabine 1 und ferner einem Landerufbefehl von einer Landung der jeweiligen Etage, wobei die Eingangswerte mit einem Bezugszeichen C in 2 bezeichnet sind. Die Aufzugssteuerung berechnet einen Dreiphasenbefehl (Spannungsbefehl) für den Stromrichter 8 in Abhängigkeit von dem Geschwindigkeitsbefehlswert.
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Aufgrund der Steuerung der Aufzugssteuerung ist der Aufzug einer Vektorsteuerung unterworfen. Die Koordinatenwandler 15a und 15b führen eine Vektortransformation bei einem Magnetpolwinkel entsprechend einem Ausgangssignal der Magnetpolpositions-Schätzeinheit 14 durch. Der Koordinatenwandler 15a wandelt die Phasenstromwerte, die von den Stromsensoren 9a bis 9c detektiert werden, in d-q-Koordinaten um, die orthogonal zueinander stehen und die rotierende Koordinaten sind, und zwar auf der Basis des Magnetpolwinkel-Ausgangssignals von der Magnetpolpositions-Schätzeinheit 14.
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Der Koordinatenwandler 15b führt eine Vektortransformation bei den Spannungsbefehlen in den d-q-Koordinaten durch, welche von dem Stromwandler 12 abgegeben werden, und zwar in Spannungsbefehle für die Dreiphasenspannung auf der Basis des Magnetpolwinkels der Magnetpolpositions-Schätzeinheit 14.
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3 zeigt ein Beispiel der inneren Struktur der Modellreferenzsteuerung 10 unter der Annahme, dass das Referenzmodell ein vollständig starrer Körper ist. Die Modellreferenzsteuerung 10 erhält einen Geschwindigkeitsbefehl ωref, entsprechend dem Ausgangssignal der Geschwindigkeitsbefehl-Bestimmungseinheit 19 als Eingangssignal, um einen Idealgeschwindigkeitsbefehl ωideal und einen Idealdrehmomentsbefehl τideal abzugeben.
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Gemäß 3 subtrahiert ein Subtrahierer 10c den Idealgeschwindigkeitsbefehl ωideal, der von einer Idealgeschwindigkeits-Recheneinheit 10b abgegeben wird, von dem Geschwindigkeitsbefehl ωref. Eine Idealdrehmoment-Recheneinheit 10a berechnet ein ideales Drehmoment mit der oberen Formel in den Formeln (1), die nachstehend angegeben sind, um den Geschwindigkeitsbefehl ωref in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal von dem Subtrahierer 10c zu realisieren, und zwar auf der Basis des enthaltenen Referenzmodells, wobei dieser Wert erhalten wird, indem man den Aufzug als ein Modell eines starren Körpers betrachtet, und liefert den Idealdrehmomentsbefehl τideal.
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Die Idealgeschwindigkeits-Recheneinheit 10b berechnet eine ideale Geschwindigkeit mit der unteren Formel in den Formeln (1), die nachstehend angegeben sind, und zwar in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal von der Idealdrehmoment-Recheneinheit 10a, um den Idealgeschwindigkeitsbefehl ωideal abzugeben.
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Nimmt man an, dass sich der Aufzug in idealer Weise wie das Referenzmodell verhält, so berechnet die Modellreferenzsteuerung 10 ein Drehmoment und zusätzlich eine Geschwindigkeit, die für die Beschleunigung des Aufzugs erforderlich sind, aus dem Geschwindigkeitsbefehl und dem Referenzmodell, um den Idealdrehmomentsbefehl und Idealgeschwindigkeitsbefehl abzugeben.
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Die Relationen zwischen dem Geschwindigkeitsbefehl ωref, dem Idealdrehmomentsbefehl τideal und dem Idealgeschwindigkeitsbefehl ωideal sind in den nachstehenden Formeln (1) angegeben.
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In den Formeln bezeichnet K eine Ansprechgeschwindigkeit, und Jm ist ein Modell eines starren Körpers (Trägheit) des Aufzugs. In der Praxis muss das Referenzmodell nicht notwendigerweise ein Modell eines vollständig starren Körpers sein, es kann sich auch um ein Feder-Massen-Dämpfungs-Modell oder in einigen Fällen um ein Modell der finiten Elemente handeln.
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Die Schätzgeschwindigkeits-Schalteinheit 13 erhält den Idealgeschwindigkeitsbefehl ωideal, der dem Ausgangssignal der Modellreferenzsteuerung 10 entspricht, und einen Geschwindigkeitsschätzwert ωest, der von der Magnetpolgeschwindigkeits-Schätzeinheit 17 abgegeben wird, als Eingangssignale, um eine von diesen als Schätzgeschwindigkeit abzugeben.
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Das Umschalten des Ausgangssignals der Schätzgeschwindigkeits-Schalteinheit 13 wird so durchgeführt, dass der Idealgeschwindigkeitsbefehl ωideal von der Modellreferenzsteuerung 10 abgegeben wird, wenn der Idealgeschwindigkeitsbefehl ωideal, der dem Ausgangssignal von der Modellreferenzsteuerung 10 entspricht, gleich einer oder kleiner als eine vorher eingestellte vorbestimmte Geschwindigkeit ist, und das Ausgangssignal wird von dem Idealgeschwindigkeitsbefehl umgeschaltet auf den Geschwindigkeitsschätzwert ωest, der von der Magnetpolgeschwindigkeits-Schätzeinheit 17 abgegeben wird, wenn der Wert des Geschwindigkeitsbefehls die vorbestimmte Geschwindigkeit überschreitet.
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Wenn der Idealgeschwindigkeitsbefehl ωideal gleich der oder kleiner als die vorbestimmte Geschwindigkeit wird, dann wird das Ausgangssignal umgeschaltet von dem Geschwindigkeitsschätzwert ωest, die von der Magnetpolgeschwindigkeits-Schätzeinheit 17 abgegeben wird, auf den Idealgeschwindigkeitsbefehl ωideal, der von der Modellreferenzsteuerung 10 abgegeben wird.
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Alternativ wird das Umschalten des Ausgangssignals der Schätzgeschwindigkeits-Schalteinheit 13 so durchgeführt, dass der Idealgeschwindigkeitsbefehl ωideal abgegeben wird, bis der Geschwindigkeitsschätzwert ωest von der Magnetpolgeschwindigkeits-Schätzeinheit 17 konvergiert („Konvergenz“ bezieht sich auf einen Zustand, in welchem die Abschätzung beendet wird ohne Divergenz des Schätzwertes), und das Ausgangssignal wird umgeschaltet von dem Idealgeschwindigkeitsbefehl von der Modellreferenzsteuerung 10 auf den Geschwindigkeitsschätzwert ωest von der Magnetpolgeschwindigkeits-Schätzeinheit 17, nachdem der Geschwindigkeitsschätzwert ωest von der Magnetpolgeschwindigkeits-Schätzeinheit 17 konvergiert hat.
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Die Geschwindigkeitssteuerung 11 erhält den Idealgeschwindigkeitsbefehl ωideal von der Modellreferenzsteuerung 10 sowie den Idealgeschwindigkeitsbefehl ωideal oder den Geschwindigkeitsschätzwert ωest, entsprechend dem Ausgangssignal von der Schätzgeschwindigkeits-Schalteinheit 13 als Eingangssignale, um eine Differenz zwischen ihnen zu bilden, um einen Strombefehl in Abhängigkeit von der erhaltenen Differenz abzugeben.
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Der Lastdetektor 16 detektiert eine Summe aus einem Gewicht Wcar der Kabine 1 und einem Gewicht Wpeople von einem oder mehreren Passagieren, beispielsweise von einer nicht dargestellten Wiegeeinrichtung, die in der Kabine 1 oder im Inneren eines Aufzugschachtes montiert ist, oder detektiert eine Differenz zwischen der Summe des Gewichtes der Kabine 1 und dem Gewicht des Passagiers oder der Passagiere (Wcar + Wpeople) und einem Gewicht Wweight des Gegengewichts 2 (Rotationsmoment des Permanentmagnet-Synchronmotors 5), wobei das Gewicht Wweight des Gegengewichts 2 vorher in einem nicht dargestellten Speicher abgespeichert werden kann), um ein Drehmoment, das nachstehend als „Haltemoment für den stationären Zustand“ bezeichnet wird, als Drehmoment τhold zu berechnen und abzugeben, wobei das Drehmoment τhold erforderlich ist, um die Kabine 1 in stationärer Weise ohne Absenkung zu halten, oder aber das Ergebnis der Umwandlung des Drehmoments τhold in Form von einem Strom abzugeben.
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Die Berechnung kann in dem Lastdetektor 16 durchgeführt werden, kann aber auch in der Stromsteuerung 12 durchgeführt werden. Wenn angenommen wird, dass der Radius der Seilscheibe 4 den Wert Rs hat, dann lässt sich das Haltemoment τhold im stationären Zustand durch die nachstehende Formel (2) definieren.
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Die Stromsteuerung 12 gibt einen Spannungsbefehl ab. Die Summe aus dem Idealdrehmomentsbefehl τideal, entsprechend dem Ausgangssignal der Modellreferenzsteuerung 10, und dem Resultat der Umwandlung des Strombefehls, entsprechend dem Ausgangssignal der Geschwindigkeitssteuerung 11, in einem Drehmoment wird als Drehmoment τacc erhalten, das nachstehend als Beschleunigungsdrehmoment bezeichnet wird und für die Beschleunigung der Kabine 1 erforderlich ist.
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Für den q-Achsenstrom, der einem Drehmomentstrom entspricht, wird die Summe des Resultats der Umwandlung von τacc in einen Strom und des Resultats der Umwandlung des Stationärzustands-Haltemoments τhold, entsprechend dem Ausgangssignals des Lastdetektors 16, in einen Strom erhalten als Strombefehlswert für die q-Achse.
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Ein q-Achsenspannungsbefehl Vq, der von der Stromsteuerung 12 abgegeben wird, wird ausgegeben, sodass eine Differenz zwischen einem Stromwert Iq der q-Achse entsprechend dem Ausgangssignal vom Koordinatenwandler 15a, und dem Strombefehlswert der q-Achse zu Null wird. Hierbei ist der Strombefehlswert der q-Achse ein Wert, der erhalten wird durch Umwandlung von (τacc + τhold) in einen Strom.
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Dann wird ein Spannungsbefehlswert Vd der d-Achse, der von der Stromsteuerung 12 abgegeben wird, so ausgegeben, dass eine Differenz zwischen einem voreingestellten vorbestimmten Strombefehlswert der d-Achse und einem Stromwert id der d-Achse entsprechend dem Ausgangssignal vom Koordinatenwandler 15a, zu Null wird. Der Spannungsbefehl und der Strombefehl werden unter Verwendung eines Motormodells umgewandelt.
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Die Spannungsbefehle Vd und Vq, die den Ausgangssignalen von der Stromsteuerung 12 entsprechen, werden einer Vektortransformation mit dem Koordinatenwandler 15b unterworfen, um Spannungsbefehle Vu, Vv und Vw zu liefern. Die Spannungsbefehle Vu, Vv und Vw werden Ausgangssignale der Aufzugssteuerung und werden dem Stromrichter 8 zugeführt.
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Die Magnetpolgeschwindigkeits-Schätzeinheit 17 ist beispielsweise eine Magnetfluss-Beobachtungseinrichtung, die in der Nicht-Patentliteratur Yoshihiko Kanehara, „Position Sensorless Control for PM Motor“, The journal of the Institute of Electrical Engineers of Japan, Transactions D (on Industry Applications), Vol. 123, Nr. 5, 2003, beschrieben ist. Eine Magnetpolgeschwindigkeits-Schätzeinheit, welche die Spannungsbefehlen, abgegeben von der Stromsteuerung 12, sowie Stromwerte, welche erhalten werden durch Koordinatenumwandlung von Phasenströmen, erhalten von den Stromsensoren 9a-9c, auf die d-q-Achsen des Koordinatenwandler 15a, um die Position beziehungsweise den Winkel des Magnetpols und die Geschwindigkeit des Magnetpols abzuschätzen, sind hier als Beispiel angegeben.
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4 zeigt ein Beispiel der inneren Struktur einer Magnetpolpositions-Schätzeinheit 14. Die Magnetpolpositions-Schätzeinheit 14 weist eine Stationärmagnetpolpositions-Schätzeinheit 14a, einen Integrierer 14b und einen Addierer 14c auf und erhält die Schätzgeschwindigkeit, entsprechend einem Ausgangssignal von der Schätzgeschwindigkeit-Schalteinheit 13 als Eingangssignal, um einen Magnetpolwinkel abzuschätzen.
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Der Magnetpolwinkel bezeichnet einen Winkel, der mit einer α-Achse (im Allgemeinen mit der u-Phase ausgerichtet) in einem α-β-Koordinatensystem gebildet ist, entsprechend den beiden statischen orthogonalen Achsen des N-Pols des Permanentmagneten, entsprechend dem Rotor des Permanentmagnet-Synchronmotors 15. Der Magnetpolwinkel, der einem Ausgangssignal der Magnetpolpositions-Schätzeinheit 14 entspricht, wird erhalten von dem Addierer 14c durch Addition von dem Resultat der Integration des Ausgangssignals (Schätzgeschwindigkeit) der Schätzgeschwindigkeits-Schalteinheit 13 durch den Integrierer 14b zu dem Wert τ0, welches die Magnetpolposition in einem stationären Zustand ist, entsprechend dem Ausgangssignal von der Magnetpolpositions-Schätzeinheit 14 als Anfangswert.
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Als Magnetpolpositions-Schätzeinheit 14 für die stationäre Magnetpolposition ist eine derartige Einheit beispielsweise in der
JP 2004- 032 907 A angegeben, die es ermöglicht, den Wert eines Stromes, der eine magnetische Sättigung hervorruft, als rotierenden Strom in einem stationären Koordinatensystem fließen zu lassen, um die Magnetpolposition im stationären Zustand in Abhängigkeit von einem Spannungsansprechen abzuschätzen.
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Zweite Ausführungsform
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5 zeigt ein Blockschaltbild zur Erläuterung der Konfiguration eines Steuerungssystems für das Aufzugssystem gemäß 1, welches eine Aufzugssteuerung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung aufweist. In 5 ist ein d-Achsenstrombefehlsgenerator 18 zusätzlich zu der Konfiguration gemäß 1 vorgesehen. Ein d-Achsen-Strombefehlswert, der dem Ausgangssignal des d-Achsen-Strombefehlsgenerators 18 entspricht, wird als Strombefehl für die d-Achse verwendet. Die Stromsteuerung 12 erhält die Differenz zwischen dem Stromwert Id der d-Achse, entsprechend dem Ausgangssignal des Koordinatenwandlers 15a, und dem d-Achsen-Strombefehlswert als Eingangssignal und liefert als Ausgangssignal einen Spannungsbefehl Vd der d-Achse.
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Genauer gesagt, die Stromsteuerung 12 verwendet den d-Achsen-Strombefehlswert, der von dem d-Achsen-Strombefehlswert 18 abgegeben wird, an Stelle des voreingestellten vorbestimmten d-Achsen-Strombefehlswertes. Der d-Achsen-Strombefehlsgenerator 18 erhält den d-Achsen-Strombefehlswert in Abhängigkeit von dem Stationärzustands-Haltemoment τhold von dem Lastdetektor 16.
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Als nächstes wird der Grund erläutert, warum eine d-Achsen-Stromsteuerung durchgeführt wird. Bei der Vorwärtskopplungssteuerung wird ein Betrieb durchgeführt in Abhängigkeit davon, ob ein Parameter keinen Fehler enthält oder keiner Störung unterworfen ist. Die Vorwärtskopplungssteuerung hat jedoch den Nachteil, dass die aktuelle Geschwindigkeit und Position nicht erhalten werden können. Wenn daher ein geschätzter Winkel einen Fehler hat, wird eine wirksame Drehmomentkomponente des q-Achsenstroms zum Zeitpunkt der Koordinatenumwandlung reduziert.
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Somit kann ein Drehmoment, das zum stationären Halten der Kabine erforderlich ist, nicht geliefert werden, was zu einer Rotation des Motors in einer umgekehrten Richtung zu der des Geschwindigkeitsbefehls führt, was eine Bewegung des Aufzugs bewirken kann. Wenn der geschätzte Winkel sich weiter verschiebt, was zu einem Drehmoment von Null führt, so erfolgt schließlich ein freier Fall der Kabine. Um diesen freien Fall zu verhindern, wird eine Vorwärtskopplungssteuerung mit einem positiven Strom in Betracht gezogen, der längs der d-Achse fließt.
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Wenn ein positiver d-Achsenstrom fließt, wie es in den Patentliteraturstellen 5 und 6 beschrieben ist, so hat der d-Achsenstrom eine Drehmomentkomponente im Falle einer Magnetpolverlagerung. Der Drehmomentstrom hat eine Richtung, in der die Magnetpolverschiebung verhindert wird. Die Größe der Drehmomentkomponente des d-Achsenstroms ist proportional zu der Größe des d-Achsenstroms und einem Sinus des Magnetpolverlagerungswinkels.
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Genauer gesagt, wenn der positive d-Achsenstrom fließt, wird ein größeres Korrekturdrehmoment in dem Fall angelegt, in welchem die Winkelverlagerung groß ist innerhalb eines Bereiches von ± 90° von einer korrekten Magnetpolposition, und ein kleineres Korrekturdrehmoment wird angelegt für den Fall, in welchem die Winkelverlagerung klein ist innerhalb des oben angegebenen Bereichs. Wenn der d-Achsenstrom in der oben beschriebenen Weise fließt, kann eine Geschwindigkeitssteuerung auch für den Fall durchgeführt werden, dass die Magnetpolverlagerung während der Vorwärtskopplungssteuerung auftritt, in der die Magnetpolposition nicht erhalten werden kann.
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Die Stromsteuerung 12 weist eine nicht dargestellte Bremssteuereinheit auf, um die Bremse 6 zu steuern. Nach der Abgabe des Spannungsbefehls Vd der d-Achse, auf der Basis des d-Achsen-Strombefehlswertes, der von dem d-Achsen-Strombefehlsgenerator 18 bestimmt worden ist, und nach der Abgabe des Spannungsbefehls Vq der q-Achse, auf der Basis des Stationärzustands-Haltemoments τhold, das zum Halten des stationären Zustands erforderlich ist, welches von dem Lastdetektor 16 erhalten wird, gibt die Bremssteuereinheit einen Lösebefehl an die Bremse 6, um den Start des Aufzugs zu ermöglichen.
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Der d-Achsen-Strombefehlsgenerator 18 hat die Eigenschaft, dass der d-Achsen-Strombefehlsgenerator 18 einen d-Achsen-Strombefehlswert mit einer Größe erzeugt, die es nicht zulässt, dass die Kabine fällt, auch wenn eine maximale zulässige Last für den Aufzug wirksam ist. Beispielsweise erzeugt der d-Achsen-Strombefehlsgenerator 18 einen d-Achsen-Strombefehlswert auf der Basis eines maximalen Drehmoments des Stationärzustands-Haltemoments τhold des Ladedetektors 16 während des Betriebs.
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Alternativ wird beispielsweise als d-Achsen-Strombefehlswert, entsprechend dem Ausgangssignal des d-Achsen-Strombefehlsgenerator 18, der d-Achsen-Strombefehlswert mit der gleichen Größe des Stromes der d-Achse wie bei dem q-Achsenstrom unter einer maximalen erwarteten Last abgegeben.
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Weiterhin erzeugt der d-Achsen-Strombefehlsgenerator 18 beispielsweise alternativ den d-Achsen-Strombefehl derart, dass ein d-Achsen-Strombefehlswert Id_ref abgegeben von dem d-Achsen-Strombefehlsgenerator 18, und ein q-Achsen-Strombefehlswert Iq_ref entsprechend einem Strombefehl, der von der Geschwindigkeitssteuerung 11 abgegeben wird, wobei diese Strombefehlswerte die Relation gemäß der nachstehenden Formel (3) erfüllen.
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Auf diese Weise kann, indem man einen Zustand, in welchem der Magnetpol des Motors um einen konstanten Winkel verlagert wird, ein elektrischer Winkel der zulässigen Magnetpolverlagerung konstant gehalten werden.
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Alternativ gibt der d-Achsen-Strombefehlsgenerator 18 beispielsweise das Resultat einer Stromwandlung aus einer Summe des Stationärzustands-Haltemomentes τhold, erhalten von dem Lastdetektor 16, und dem oben beschriebenen Beschleunigungsdrehmoment τacc, also einen Wert, der ständig größer als der q-Achsen-Strombefehl ist, als d-Achsen-Strombefehl ab.
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Bei der Aufzugssteuerung wird die Drehmoment-Vorwärtskopplungssteuerung durchgeführt, während die Schätzgeschwindigkeits-Schalteinheit 13 den Idealgeschwindigkeitsbefehl ωideal von der Modellreferenzsteuerung 10 abgibt, und die Geschwindigkeitsrückkopplungssteuerung wird durchgeführt, während der Geschwindigkeitsschätzwert ωest von der Magnetpolgeschwindigkeits-Schätzeinheit 17 abgegeben wird.
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Bei der Drehmoment-Vorwärtskopplungssteuerung gibt der d-Achsen-Strombefehlsgenerator 18 das Ergebnis der Umwandlung der Summe aus dem Stationärzustands-Haltemoment τhold von dem Lastdetektor 16 und dem Idealdrehmomentsbefehl τideal von der Referenzsteuerung 10 in einen Strom zu der Stromsteuerung 12 ein, und zwar als d-Achsen-Strombefehlswert Id_ref, um den Spannungsbefehl abzugeben. Zu diesem Zeitpunkt wird die Eingabe in die Geschwindigkeitssteuerung 11 stets Null. Somit wird der Strombefehl, der von der Geschwindigkeitssteuerung 11 abgegeben wird, auch zu Null.
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Andererseits gibt bei der Geschwindigkeitsrückkopplungssteuerung, welche den Geschwindigkeitsschätzwert ωest von der Magnetpolgeschwindigkeits-Schätzeinheit 17 verwendet, der d-Achsen-Strombefehlsgenerator 18 eine Summe aus dem q-Achsen-Strombefehlswert Iq (Iq_ref) von der Geschwindigkeitssteuerung 11 und dem Resultat der Umwandlung der Summe aus dem Stationärzustands-Haltemoment τhold von dem Lastdetektor 16 und dem Idealdrehmomentsbefehl τideal von der Modellreferenzsteuerung 10 in einen Strom zu der Stromsteuerung 12 ein, und zwar als d-Achsen-Strombefehlswert Id_ref, um den Spannungsbefehl abzugeben.
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An den d-Achsen-Strombefehlsgenerator 18 können die für die Verarbeitung erforderlichen Ausgangssignale direkt von den jeweiligen Einrichtungen eingegeben werden oder insgesamt von der Stromsteuerung 12 geliefert werden, in welche in die Ausgangssignale eingegeben werden, wie es in 5 schematisch dargestellt ist.
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Dritte Ausführungsform
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Eine Aufzugssteuerung gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung weist die Eigenschaft auf, dass der d-Achsen-Strombefehlsgenerator 18 den d-Achsen-Strombefehlswert, der für die Drehmoment-Vorwärtskopplungssteuerung sowie die Geschwindigkeitsrückkopplungssteuerung zu erzeugen ist, umschaltet, indem er die Schätzgeschwindigkeit in der Aufzugssteuerung verwendet, wie es in 5 schematisch angedeutet ist.
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Wenn die Geschwindigkeitsrückkopplungssteuerung unter Verwendung der Schätzgeschwindigkeit durchgeführt wird, muss der d-Achsenstrom nicht notwendigerweise zur Stabilisierung der Magnetpolposition fließen, da die Magnetpolposition abgeschätzt ist. Daher schaltet der d-Achsenstrombefehlsgenerator 18 den Befehlswert zum Zeitpunkt der Umschaltung der Steuerung um.
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Genauer gesagt, wenn die Steuerung eine Drehmoment-Vorwärtskopplungssteuerung ist, wie es im Zusammenhang mit der zweiten Ausführungsform beschrieben ist, dann erzeugt der d-Achsen-Strombefehlsgenerator 18 den positiven d-Achsen-Strombefehl zur Stabilisierung der Magnetpolposition.
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Nachdem die Steuerung auf die Geschwindigkeits-Rückkopplungssteuerung umgeschaltet worden ist, wird der d-Achsen-Strombefehl auf Null gesetzt oder auf einen vorbestimmten Befehlswert umgeschaltet. Als vorbestimmter Befehlswert ist der d-Achsen-Strombefehl eine vorbestimmte Konstante oder derart vorbestimmt, dass der Spannungsbefehlswert einen vorbestimmten Wert nicht überschreitet, indem eine Feldabschwächung vorgenommen wird.
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Wie bereits erwähnt, wird durch das Umschalten des d-Achsen-Strombefehls der Stromverbrauch der Aufzugssteuerung reduziert. Aufgrund der Feldabschwächung wird die induzierte Spannung reduziert, um eine Drehzahl unter dem Grenzwert der Stromversorgungsspannung zu verbessern.
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Beispielsweise bilden die Geschwindigkeitssteuerung 11, die Stromsteuerung 12, die Bremssteuereinheit, die Magnetpolpositions-Schätzeinheit 14 sowie die Koordinatenwandler 15a und 15b die Antriebsbefehls-Ausgabeeinrichtung.
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Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und es ist ersichtlich, dass die Erfindung auch Kombinationen von den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen umfasst.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kabine
- 2
- Gegengewicht
- 3
- Hauptseil
- 4
- Seilscheiben
- 5
- Permanentmagnet-Synchronmotor
- 6
- Bremse
- 7
- Schaltschrank
- 8
- Stromrichter
- 9a-9c
- Stromsensoren
- 10
- Modellreferenzsteuerung
- 10a
- Idealdrehmoment-Recheneinheit
- 10b
- Idealgeschwindigkeits-Recheneinheit
- 10c
- Subtrahierer
- 11
- Geschwindigkeitssteuerung
- 12
- Stromsteuerung
- 13
- Schätzgeschwindigkeits-Schalteinheit
- 14
- Magnetpolpositions-Schätzeinheit
- 14a
- Stationärmagnetpolpositions-Schätzeinheit
- 14b
- Integrierer
- 14c
- Addierer
- 15a
- Koordinatenwandler
- 15b
- Koordinatenwandler
- 16
- Lastdetektor
- 17
- Magnetpolgeschwindigkeits-Schätzeinheit
- 18
- d-Achsen-Strombefehlsgenerator
- 19
- Geschwindigkeitsbefehl-Bestimmungseinheit
