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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerungssystem und ein Verfahren
zum Bewegen einer Tür
und betrifft insbesondere ein Steuerungssystem für einen Linearmotor-Aufzugtürbetätiger.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Frühere Aufzugtürsysteme,
die einseitige Linearinduktionsmotoren verwenden, erzeugen typischerweise
große
Anziehungskräfte
zwischen der Motorprimäreinrichtung
und der Motorsekundäreinrichtung.
Die großen
Anziehungskräfte
erschweren es, einen wünschenswerten
kleinen (d.h. 1 mm) Luftspalt zwischen der Primäreinrichtung und der Sekundäreinrichtung
aufrechtzuerhalten. Ferner können
die hohen Anziehungskräfte
zu inakzeptablen Vibrationsniveaus führen. Derartige Steuerungssysteme
verwenden typischerweise auch eine Positions Codiereinrichtung zum
Steuern der Position der beweglichen Aufzugtür als eine Funktion der Zeit
bei einem Türschließvorgang
oder Türöffnungsvorgang. Ein
Nachteil von Türsteuerungssystemen,
die allein eine Positionscodiereinrichtung verwenden, ist, dass derartige
Codiereinrichtungen tendenziell kostspielig sind und eine hohe Auflösung und
eine damit verbundene aufwändige
Signalverarbeitung erfordern.
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Es
ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Steuerungssystem
für einen
Linearmotor-Aufzugtürbetätiger zu
schaffen, der die Nachteile und Unzulänglichkeiten derartiger früherer Steuerungssysteme
vermeidet.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung wird durch Ansprüche
1, 9 und 17 definiert.
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Bei
einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Steuerungssystem
für einen
Türbetätiger zum
Bewegen einer Tür
eine Positionseinrichtung zum Koppeln mit der Tür zum Erfassen der Position
der Tür
und Erzeugen eines Positionssignals auf. Eine Beschleunigungseinrichtung
ist mit der Tür zum
Erfassen der Beschleunigung der Tür und zum Erzeugen eines Beschleunigungssignals
gekoppelt. Eine Integrationseinrichtung integriert das Beschleunigungssignal,
um ein erstes Geschwindigkeitssignal zu erzeugen. Eine Differenziereinrichtung
differenziert das Positionssignal, um ein zweites Geschwindigkeitssignal
zu erzeugen. Eine Filtereinrichtung bringt das erste und das zweite
Geschwindigkeitssignal zusammen, um ein gefiltertes Geschwindigkeitssignal
zu erzeugen, und eine Regelungseinrichtung regelt die Geschwindigkeit
der Tür
in Reaktion auf die Position und die Geschwindigkeit der Tür.
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Bei
einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Steuerungssystem
für einen
Türbetätiger zum
Bewegen einer Tür
eine Positionsregelungseinrichtung mit einem Eingang und einem Ausgang
auf. Eine erste Summierschaltung hat einen positiven Eingang, einen
negativen Eingang und einen Ausgang. Der positive Eingang der ersten
Summierschaltung dient zum Empfangen eines Positionsvorgabesignals;
der negative Eingang dient zum Empfangen eines Positionsrückkopplungssignals,
und der Ausgang der ersten Summierschaltung ist mit dem Eingang
der Positionsregelungseinrichtung gekoppelt. Eine Geschwindigkeitsregelungseinrichtung hat
einen Eingang und einen Ausgang, um mit einem Türbetätiger zu kommunizieren. Eine
zweite Summierschaltung hat einen positiven Eingang, einen negativen
Eingang und einen Ausgang. Der positive Eingang der zweiten Summierschaltung
ist mit dem Ausgang der Positionsregelungseinrichtung gekoppelt;
der negative Eingang dient zum Empfangen eines Geschwindigkeitsrückkopplungssignals,
und der Ausgang der zweiten Summierschaltung ist mit dem Eingang
der Geschwindigkeitsregelungseinrichtung gekoppelt. Ein Positionssensor
und ein Beschleunigungssensor haben je einen Eingang und einen Ausgang.
Das Eingangssignal sowohl des Positionssensors als auch des Beschleunigungssensors
ist mit der durch den Türbetätiger bewegbaren
Tür gekoppelt.
Ein Ausgang des Positionssensors ist mit dem negativen Eingang der
ersten Summierschaltung zum Übertragen
des Positionsrückkopplungssignals dorthin
gekoppelt. Eine Inte grationseinrichtung hat einen Eingang und einen
Ausgang. Der Eingang der Integrationseinrichtung ist mit dem Ausgang
des Beschleunigungssensors gekoppelt. Eine Differenziereinrichtung
hat einen Eingang und einen Ausgang. Der Eingang der Differenziereinrichtung
ist mit einem Ausgang des Positionssensors gekoppelt. Ein Zusammenbringungsfilter
hat einen ersten Eingang und einen zweiten Eingang und einen Ausgang.
Der erste Eingang des Zusammenbringungsfilters ist mit dem Ausgang
der Integrationseinrichtung gekoppelt; der zweite Eingang ist mit
dem Ausgang der Differenziereinrichtung gekoppelt, und der Ausgang,
der das Geschwindigkeitsrückkopplungssignal
führt,
ist mit dem negativen Eingang der zweiten Summierschaltung gekoppelt.
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Bei
einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren
zum Steuern eines Türbetätigers,
der eine Tür
bewegt, ein Detektieren der Beschleunigung einer beweglichen Tür und ein Erzeugen
eines Beschleunigungssignals daraus auf. Ein erstes Geschwindigkeitssignal
wird aus dem Beschleunigungssignal erzeugt. Die Position der beweglichen
Tür wird
detektiert, und ein Positionssignal wird daraus erzeugt. Ein zweites
Geschwindigkeitssignal wird aus dem Positionssignal erzeugt, und
das erste Geschwindigkeitssignal und das zweite Geschwindigkeitssignal
werden zusammengebracht, um ein gefiltertes Geschwindigkeitssignal
zum Steuern der Türbewegung
zu erzeugen.
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Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass das Steuerungssystem
eine gute Regelung geschlossener Regelschleife der Türgeschwindigkeit bietet,
um einen gut gedämpfte
oder gesteuerte Arbeitsweise sicherzustellen.
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Ein
zweiter Vorteil ist, dass das Steuerungssystem eine Türbewegung
unter Verwendung einfacher Profile der Position über die Zeit definiert.
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Ein
dritter Vorteil ist, dass das Steuerungssystem ein hoch qualitatives
Geschwindigkeitsrückkopplungssignal
durch Verwendung einer kostengünstigen
Linearcodiereinrichtung und einer Beschleunigungsmesseinrichtung
erhält.
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Ein
vierter Vorteil ist die Verwendung einer Motorerregung mit einem
variablen Strom oder einer variablen Spannung bei einer konstanten
Frequenz, um die Steuerung zu vereinfachen und unerwünschte Normalkräfte und
Vibrationen der Türdynamik
zu minimieren.
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Andere
Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden angesichts
der folgenden detaillierten Beschreibung und begleitenden Zeichnungen ersichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 stellt
schematisch ein Aufzugtürsteuerungssystem
dar, das die vorliegende Erfindung verkörpert.
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2 ist
eine perspektivische Ansicht eines Türbetätigers, der das Türsteuerungssystem
von 1 anwendet.
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3 ist
eine schematische Seitenaufrissansicht des Türbetätigers von 2.
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4 ist
ein Funktionsblockdiagramm des Aufzugtürsteuerungssystems von 1.
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5 ist
ein Funktionsblockdiagramm des Steuerungsblocks des in 4 dargestellten
Aufzugsteuerungssystems.
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6 ist
ein Funktionsblockdiagramm des Antriebs/Motor-Blocks des in 4 dargestellten Aufzugtürsteuerungssystems.
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7A ist
ein Aufzugtürschließprofil,
das die Türposition
als Funktion der Zeit darstellt.
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7B ist
ein Aufzugtüröffnungsprofil,
das die Türposition
als Funktion der Zeit darstellt.
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8 ist
ein Funktionsblockdiagramm des Zusammenbringungsfilterblocks des
in 4 dargestellten Aufzugtürsteuerungssystems.
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9A ist
ein Graph, der die Türpositionsvorgabe
und die Türposition über die
Zeit für
einen Türöffnungsvorgang
darstellt.
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9B ist
ein Graph, der den Türpositionsfehler über die
Zeit für
einen Türöffnungsvorgang darstellt.
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9C ist
ein Graph, der die Türgeschwindigkeit über die
Zeit für
einen Türöffnungsvorgang darstellt.
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9D ist
ein Graph, der die Motorkraft über die
Zeit für
einen Türöffnungsvorgang
darstellt.
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10A ist ein Graph, der die Türpositionsvorgabe und die Türposition über die
Zeit für
einen Türrücklaufvorgang
darstellt.
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10B ist ein Graph, der den Türpositionsfehler über die
Zeit für
einen Türrücklaufvorgang
dargestellt.
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10C ist ein Graph, der die Türgeschwindigkeit über die
Zeit für
einen Türrücklaufvorgang zeigt.
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10D ist ein Graph, der die Motorkraft über die
Zeit für
einen Türrücklaufvorgang
zeigt.
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11 ist
ein Funktionsblockdiagramm einer Initialisierungsprozedur des Aufzugtürsteuerungssystems
von 1.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es
wird auf 1 bis 3 Bezug
genommen. Ein Aufzugtürsteuerungssystem
(Steuerungssystem), das die vorliegende Erfindung verkörpert, ist allgemein
mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Ein Beispiel eines
Türbetätigers,
der das Steuerungssystem 10 anwendet, ist generell mit 12 bezeichnet
(siehe 2 und 3); jedoch können auch andere Türbetätiger mit
dem Steuerungssystem verwendet werden.
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Das
zu beschreibende Steuerungssystem 10 bietet eine gute Regelung
der Türgeschwindigkeit
bei geschlossener Regelschleife, um eine gut gedämpfte oder gesteuerte Arbeitsweise
sicherzustellen. Zweitens definiert das Steuerungssystem 10 eine
Türbewegung
unter Verwendung einfacher Profile der Position über die Zeit. Drittens erhält das System 10 ein
hoch qualitatives Geschwindigkeitsrückkopplungssignal durch Verwenden
einer Linearcodiereinrichtung und einer Beschleunigungsmesseinrichtung. Viertens
vereinfacht die Verwendung einer Motorerregung mit einem variablen
Strom oder einer variablen Spannung bei einer konstanten Frequenz
die Steuerung und minimiert unerwünschte Normalkräfte und
Vibrationen in der Türdynamik.
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Der
Türbetätiger 12,
vorzugsweise ein Linearmotortürbetätiger (LIM-Türbetätiger),
weist ein Kopfteil 14, eine Anordnung 16 aus Kopfteil/Führung auf,
die einen Linearmotor mit einer Motorprimäreinrichtung 18 und
einer Motorsekundäreinrichtung 20 stützt. Ein
Lagerungssystem 22 vereinfacht die Relativbewegung zwischen
der Motorprimäreinrichtung 18 und
der Motorsekundäreinrichtung 20.
Eine Türhängeeinrichtung 24 ist
mit der Motorsekundäreinrichtung 20 für eine Bewegung
mit der Motorsekundäreinrichtung
entlang der Anordnung 16 aus Kopfteil/Führung gekoppelt. Eine Codiereinrichtung 26, beispielsweise
eine Linearcodiereinrichtung oder eine Flügelcodiereinrichtung (vane
encoder), erfasst die Position einer zugeordneten Aufzugtür 28 (siehe 3)
entlang der Länge
der Anordnung 16 aus Kopfteil/Führung. Eine Verriegelungseinrichtung 30 koppelt
die Aufzugtür 28 und
die zugehörige
Aufzugschachttür
(nicht gezeigt) miteinander, um sie zueinander übereinstimmend zu bewegen.
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Es
wird auf 1 Bezug genommen. Das Steuerungssystem 10 weist
eine Positionsregelungseinrichtung 32 zum Erhalten der
Differenz zwischen einem Positionsvorgabesignal 34 und
einem Positionsrückkopplungssignal 36 mittels
eines ersten Summierblocks 38 auf. Ein Eingang einer Geschwindigkeitsrege lungseinrichtung 40 erhält ein Signal
mittels eines zweiten Summierblocks 41, das die Differenz
zwischen dem Ausgangssignal der Positionsregelungseinrichtung 32 und
einem Ausgangssignal eines herkömmlichen
Zusammenbringungsfilters 42 ist, dessen Zweck nachstehend
erklärt
wird. Vorzugsweise sind die Positionsregelungseinrichtung 32 und die
Geschwindigkeitsregelungseinrichtung 40 Proportionalregelungseinrichtungen.
Ein Türdynamikabschnitt 44,
der eine Motorsteuerungseinrichtung, den Türantrieb und den Motor und
das Türsystem
aufweist, erhält
ein Geschwindigkeitssteuerungssignal, das durch die Geschwindigkeitsregelungseinrichtung 40 erzeugt
wird, um die Aufzugtür 28 mit
der geeigneten Geschwindigkeit als Funktion ihrer Position zu bewegen.
Ein Beschleunigungssensor oder eine Beschleunigungsmesseinrichtung 48,
die mit der Aufzugtür 28 in
dem Türdynamikabschnitt 44 kommunizieren,
hat einen Ausgang, der mit einem Eingang einer Integrationseinrichtung 50 gekoppelt
ist, der entweder durch Hardware oder durch Software implementiert
ist, um ein erstes Geschwindigkeitssignal von dem Beschleunigungssensor
zu erzeugen. Ein Ausgang der Integrationseinrichtung 50 ist
mit einem ersten Eingang 52 des Zusammenbringungsfilters 42 gekoppelt.
Ein Positionssensor 54 kommuniziert mit der Aufzugtür 28 in
dem Türdynamikabschnitt 44.
Der Positionssensor 54 ist vorzugsweise eine Linearcodiereinrichtung,
beispielsweise eine kostengünstige
und herkömmliche
Codiereinrichtung, die einen gelochten Metallstreifen aufweist und
die eine optische Detektion anwendet. Ein Ausgang des Positionssensors 54 ist
mit einer Differenziereinrichtung 56 gekoppelt, um ein
zweites Geschwindigkeitssignal von dem Positionssensor zu erzeugen,
und mit einem negativen Eingang der ersten Summierschaltung zum Übertragen
des Positionsrückkopplungssignals
dorthin gekoppelt. Ein Ausgang der Differenziereinrichtung 56 ist
mit einem zweiten Eingang des Zusammenbringungsfilters 42 gekoppelt.
Ein Ausgangssignal des Zusammenbringungsfilters 42, das ein
Geschwindigkeitsrückkopplungssignal
bildet, wird von dem Ausgangssignal der Positionsregelungseinrichtung 32 an
dem zweiten Summierblock 41 subtrahiert.
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Der
Linearmotor der Ausführungsform
von 1 ist ein stromgesteuerter oder spannungsgesteuerter
einseitiger Linearinduktionsmotor (SLIM), der bei einem Mittelbereichslinearmotortürsystem (MRLIM-Türsystem)
verwendet wird. Die Verwendung eines SLIM ist wegen der niedrigen
Kosten attraktiv. Das ange triebene Element oder die Motorsekundäreinrichtung 20 in
dem MRLIM-Betätiger
ist vorzugsweise ein kräftiges
Kupferblech, das mit einer Eisenstruktur verbunden ist, die sowohl
einen Flussrückpfad
als auch Festigkeit bereitstellt. Man hat herausgefunden, dass eine
präzise,
schnelle und robuste Kraftregelung bei einem SLIM-Türantrieb durch
Abschwächen
der möglicherweise
großen
Anziehungskraft zwischen der Motorprimäreinrichtung 18 und
der Motorsekundäreinrichtung 20 erreicht wird.
Das wird durch einen SLIM und die Verwendung einer Erregung des
Linearmotors mit einem variablen Strom oder einer variablen Spannung
bei einer generell konstanten Frequenz in dem Bereich von etwa 15 Hz
bis etwa 30 Hz erreicht, um die Anziehungskraft zu minimieren, und
stärker
bevorzugt bei einer generell konstanten Frequenz von etwa 15 Hz,
um auch die akustischen Effekte (d.h. Vibrationen) zu minimieren.
Die Motorerregungsfrequenz ist hoch genug, um eine unerwünschte Normalkraft
abzuschwächen,
und niedrig genug, um das Risiko eines Anregens von Strukturschwingungen
(structural modes)in der Aufzugtür
zu reduzieren und sicherzustellen, dass auftretenden Vibrationen
nahezu unhörbar
sind. Der Linearmotor arbeitet vorzugsweise bei einem hohen Schlupf,
wodurch er mehr als ein Kraftstellglied als ein Induktionsmotor
wirkt. Es ist nicht erforderlich, die Geschwindigkeit des angetriebenen
Elements (d.h. die Motorsekundäreinrichtung 20)
zu bestimmen, um eine gute Kraftregelung zu erreichen. Die Motorzeitkonstante
ist in der Größe von beispielsweise
5 ms, was sie leicht regelbar macht, ohne zu einer komplexeren und
kostspieligeren Vektorregelungstechnik zu greifen. Ein magnetisches
Schweben wird angewandt, um die Anziehungskräfte zwischen der Motorprimäreinrichtung 18 und
dem Eisen in der Motorsekundäreinrichtung 20 aufzuheben.
Ohne die Anziehungskraft derart zu beachten, wäre es schwierig, den wünschenswerten
kleinen Luftspalt dazwischen von beispielsweise 1 mm aufrechtzuerhalten.
Ferner könnte
eine hohe Anziehungskraft zu inakzeptablen Türvibrationsniveaus führen.
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Im
Betrieb wird ein Beschleunigungssignal, das von dem Beschleunigungssensor
oder von der Beschleunigungsmesseinrichtung 48 erzeugt
wird, integriert, um ein erstes Geschwindigkeitssignal bereitzustellen,
dass eine sehr glatte und genaue Schätzung der Türgeschwindigkeit über eine
kurze Zeitspanne ist. Das Positionssignal, das von dem Positionssensor 54 erzeugt
wird, wird (numerisch) differenziert, um ein zweites Geschwindigkeitssignal
bereitzustellen, das eine verrauschte, aber driftfreie Schätzung der
Geschwindigkeit ist. Das Zusammenbringungsfilter 42 stellt
ein Glätten
des von dem Positionssensor 54 hergeleiteten zweiten Geschwindigkeitssignals
bereit, entfernt einen Driftfehler aus den von der Beschleunigungsmesseinrichtung 48 hergeleiteten
ersten Geschwindigkeitssignal und kombiniert dann die zwei Geschwindigkeitssignale,
um ein gefiltertes Geschwindigkeitssignal zu erzeugen, das eine
genaue und sehr glatte Schätzung
der Türgeschwindigkeit
ist. Das Geschwindigkeitssignal wird bei manchen Anordnungen des
Stands der Technik nur mittels einer Positionscodiereinrichtung
erhalten, aber eine derartige Codiereinrichtung ist kostspielig und
erfordert eine hohe Auflösung
und könnte
nicht so robust und zuverlässig
wie eine Codiereinrichtung mit einer groben Auflösung sein, die aus einem gelochten
Stahl hergestellt ist. Falls nur eine Codiereinrichtung verwendet
würde,
wäre ferner
eine aufwändigere
Signalverarbeitung erforderlich, falls die Auflösung nicht hoch ist.
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4 zeigt
ein Funktionsblockdiagramm, das das Aufzugtürsteuerungssystem 10 detaillierter zeigt.
Das Funktionsblockdiagramm modelliert eine von mehreren möglichen
Implementierungen des Türsteuerungssystems 10.
Der Block 60 ist die Motorsteuerungseinrichtung, deren
Arbeitsweise vollständiger
in 5 gezeigt ist. Bezüglich des Motorstroms nimmt
die Motorsteuerungseinrichtung 60, wie sie modelliert ist,
die Quadratwurzel des Absolutwerts des Eingangssignals, das von
der Geschwindigkeitsregelungseinrichtung 40 erhalten wird,
und weist ihm dann das Vorzeichen des Eingangssignals (Block 62 von 5)
zu. Die Signumfunktion 62 ist +1 oder –1 in Abhängigkeit des Vorzeichens ihres
Arguments. Der Wert von kmotor wird beispielsweise derart definiert,
dass er 200/7,5 ^ 2 ist, so dass ein Motorstrom von 7,5 A zu einer
gewünschten
Kraft von 200 N führt,
die auf die Aufzugtür
aufgebracht wird.
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Es
wird auf 6 Bezug genommen. Ein Antriebs/Motor-Block 66 von 4 modelliert
den Motor als eine Zeitverzögerung
von 20 ms. Der Antriebs/Motor-Block 66 modelliert
ferner die quadratische Kennlinie, die Sättigung und das Teilkopplung (partial
engagement) der Motorsekundäreinrichtung. Die
Abgabe des Antriebs/Motor-Blocks 66 ist eine Kraft, die
auf die Aufzugtür
aufgebracht wird, wie in einem Türsystemblock 68 von 4 dargestellt
ist. Der Antriebs/Motor-Block 66 weist vorzugsweise ein Kopplermodell
und den primären
Translationsmodus und einen Rotationsmodus auf. Der Rotationsmodus kann
erregt werden, falls das Aufbringen der Kraft der Aufzugtür nicht
mit dem Schwerpunkt zusammenfällt. Die
Position der Aufzugtürdynamik
wird in groben Schritten von beispielsweise 1,0 mm mit einer kostengünstigen
Linearcodiereinrichtung quantisiert, wie in 4 durch
einen Codiereinrichtungsblock 70 dargestellt ist. Ein Ausgangssignal
des Codiereinrichtungsblocks 70 wird unter Verwendung eines
Skalierungsblocks 72 von Meter zu Millimeter skaliert.
Das skalierte Signal wird dann das Positionsrückkopplungssignal, das in den
ersten Summierblock 38 gespeist wird.
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Das
Eingangssignal in dem ersten Summierblock 38 ist das Vorgabesignal "dict". Dieses Signal wird
durch Einkoppeln einer stückweise
linearen Definition der Position über die Zeit für die gewünschte Türarbeitsweise
an Block 74 erhalten. Das Signal wird unter Verwendung
eines Glättungsfilters
(lag filter) 76 mit 0,2 s gefiltert, um „dict" zu erhalten. Das Glättungsfilter 76 glättet die
scharfen Übergänge in dem
stückweise
linearen Positionsvorgabesignal.
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7A und 7B sind
Beispiele, die die gewünschten
Profile der Türposition über die
Zeit für den
Schließvorgang
bzw. Öffnungsvorgang
darstellen. Es wird auf 7A Bezug
genommen. Beispielsweise ist die Aufzugtür, die von ihrer geöffneten
Position zu ihrer geschlossenen Position 1086 mm bewegbar ist, bei
einer geöffneten
Position oder einer Referenzposition von 0 mm am Beginn eines Türschließvorgangs
(d.h. Zeit = 0), bei einer Position von 50 mm von dieser Startposition
zu einem Zeitpunkt von 0,3 s des Türschließvorgangs, bei einer Position von
1000 mm zu einem Zeitpunkt von 3,3 s des Türschließvorgangs und bei einer vollständig geschlossenen
Position von 1086 mm bei 3,8 s und danach des Türschließvorgangs.
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Es
wird auf 7B Bezug genommen. Beispielsweise
ist die Aufzugtür,
die von ihrer geschlossenen Position zu ihrer geöffneten Position 1086 mm bewegbar
ist, bei einer geschlossenen Position oder einer Referenzposition
von 0 mm am Beginn eines Türöffnungsvorgangs
(d.h. Zeit = 0), bei einer Position von 50 mm von dieser Startposition
zu einem Zeitpunkt von 0,3 s des Türöffnungsvorgangs, bei einer Position
von 1000 mm zu einem Zeitpunkt von 2,0 s des Türöffnungsvorgangs und bei einer
vollständig geöffneten
Position von 1086 mm bei 2,5 s und danach des Türöffnungsvorgangs. Wegen des
offensichtlichen Grundes der Fahrgastsicherheit ist das Türschließprofil
langsamer als das Türöffnungsprofil.
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Es
wird wieder auf 4 Bezug genommen. Die Geschwindigkeitsschleife
des Funktionsblockdiagramms wird jetzt beschrieben. Ein Block 80 oder „vel_calc" berechnet die Türgeschwindigkeit
aus dem quantisierten Positionssignal, das von der Codiereinrichtung 70 erzeugt
wird. Es wird die Anzahl der Positionsinkremente über zwei
Zyklen bestimmt. Die Anzahl der Positionsinkremente wird mit der
Positionsquantisierung multipliziert und dann durch zwei Taktperioden
dividiert, um eine Türgeschwindigkeitsschätzung bereitzustellen.
Es wird beispielsweise eine Abtastzeit von 5 ms verwendet. Die Quantisierung
der Geschwindigkeit ist etwas grob, beispielsweise 1,0 mm/0,01 s
= 100 mm/s.
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Das
Ausgangssignal des Geschwindigkeitsberechnungsblocks 80 ist
mit dem Zusammenbringungsfilter 42 und einem Block 82 für einen
laufenden Mittelwert (siehe 4) gekoppelt,
dessen Ausgangssignal als „vel_view" bezeichnet wird.
Das Signal „vel_view" ist das Ergebnis
eines laufenden Sechs-Punkt-Mittelwerts. Dieses Signal wird verwendet,
um eine zu hohe Geschwindigkeit der Tür zu prüfen (siehe 11).
Ferner kann dieses Geschwindigkeitssignal alleine verwendet werden,
um den Türbetätiger zu
initialisieren.
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Die
Geschwindigkeitsschleife wird unter Verwendung des Signals von dem
Zusammenbringungsfilter 42 geschlossen, das eine Arbeitsweise hat,
wie beispielsweise in 8 modelliert ist. Das Geschwindigkeitssignal
von der Codiereinrichtung verläuft
durch ein 0,16-Glättungsfilter 84,
das das meiste Hochfrequenzrauschen in dem gefilterten Geschwindigkeitssignal
eliminiert, aber eine nicht tolerierbare Zeitverzögerung (die
das Schließen
einer ausreichend schnellen Geschwindigkeitsschleife verhindert)
einführt.
Dieses Problem wird durch Einbeziehen des Geschwindigkeitssignals
gelöst,
das von der an der Tür
angebrachten Beschleunigungsmesseinrichtung hergeleitet ist. Das Beschleunigungsmesseinrichtungssignal
hat eine exzellente Hochfrequenzantwort, aber ist bei niedrigen
Frequenzen aufgrund eines Nullpunktfehlers, der sowohl durch die Unvollkommenheit
und durch eine Empfindlichkeit gegenüber der Gravitationsbeschleunigung
verursacht wird, fehlerhaft. Der Nullpunktfehler oder Offset führt zu einem
immer ansteigenden Fehler der Geschwindigkeitsschätzung, die
durch Integration durchgeführt
wird.
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Das
Zusammenbringungsfilter 42 führt folgende Operation durch:
encoder_vel*filter_transfer_fcn
+ accel_derived_vel*(1-filter_transfer-fcn);
wobei gilt:
encoder_vel" ist das erste Geschwindigkeitssignal, das
von dem Positionssensor hergeleitet ist,
„filter_transfer_fcn" ist die Übertragungsfunktion
des Zusammenbringungsfilters, und
„accel_derived_vel" ist das zweite Geschwindigkeitssignal,
das von dem Beschleunigungssensor hergeleitet ist.
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Die
Arbeitsweise des Zusammenbringungsfilters 42 erlaubt das
Erreichen der exzellenten Niederfrequenzsignalantwort der Codiereinrichtung
und der exzellenten Hochfrequenzantwort der Beschleunigungsmesseinrichtung.
Diese Technik führt
zu sauberen, im Wesentlichen Nullpunktfehler-freien Schätzungen
der Türgeschwindigkeit.
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Wie
in 4 gezeigt ist, führt der Block 86 Beschleunigungsnullpunkfehler
in den Ablauf ein. Für
einen Nullpunktfehler von beispielsweise 0,1 m/s2 (10
mg) beträgt
der Zielpositionsfehler etwa 4 mm. Falls die Zeitkonstante des Zusammenbringungsfilters
von 160 ms auf 80 ms reduziert wird, verringert sich der Zielpositionsfehler
zu 2 mm, und das Jitter in der zusammengebrachten Geschwindigkeit steigt
nur geringfügig
an. Das Steuerungssystem 10 arbeitet ordnungsgemäß mit einem
Filter von 160 ms. Es ist wichtig, das Ausgangssignal der Beschleunigungsmesseinrichtung
vor jeder Türbetätigung zu
eliminieren, um sicherzustellen, dass das System 10 ordnungsgemäß arbeitet.
Dieses Eliminieren wird einfach und schnell bei einem computerbasierten Steuerungssystem
erreicht.
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Wie
in 4 gezeigt ist, werden die Blöcke 88 bis 92 verwendet,
um das Integrieren des Beschleunigungsmesseinrichtungssignals zu
modellieren. Die Beschleunigung wird in einen Summierblock 88 geleitet,
in den der Nullpunktfehler eingebracht werden kann. Das Ausgangssignal
des Summierblocks 88 ist mit einer diskreten Integrationseinrichtung 90 gekoppelt.
Der Block 92 mit einer Verstärkung von 1000 wird verwendet,
um das integrierte Beschleunigungssignal von m/s zu mm/s zu wandeln.
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Es
wird jetzt auf 9A bis 9D Bezug genommen.
Ein Beispiel der Leistungsfähigkeit
des Steuerungssystems 10 wird mit einer einzelnen Schiebetür mit 1,1
m und 200 kg dargestellt. Das Positionsvorgabesignal und die Ist-Position
der Tür
sind jeweils durch Kurven 100, 102 in 9A identifiziert. Die
Vorgabe ist unter Verwendung einer „S"-Kurve definiert, die aus vier geraden
Linien besteht. Die Glätte
der Vorgabe, die an die Positionsregelungseinrichtung 32 gesandt
wird, ist eine Folge des Verwendens des Glättungsfilters 76 mit
200 ms. Die Nachverfolgungsverzögerung
bei der Positionsregelung ist etwa ¼ s.
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Wie
in 9B gezeigt ist, zeigt eine Kurve 104 mit
der Türposition über die
Zeit eine Verfahrzeit von 3,5 s und eine Zielpositionsgenauigkeit
von 1,0 mm. Es wird auf 9C Bezug
genommen. Eine Kurve 106 mit der Türgeschwindigkeit über die
Zeit ist glatt, außer
während
des Zeitraums des Einrückens
mit der Kopplungseinrichtung. Die Kurve 106 ist die Ist-Türgeschwindigkeit,
wie sie mit „vel1" in 4 bezeichnet
ist. Die Kurve 106 ist ein Graph der Türgeschwindigkeit, die durch
das Zusammenbringungsfilter 42 festgelegt ist und der Ist-Türgeschwindigkeit überlagert
ist. Für
alle praktischen Zwecke sind die Geschwindigkeit der Tür, wie sie
durch das Zusammenbringungsfilter 42 bestimmt wird, und „vel1" identisch. Falls „vel_calc" (die nur unter Verwendung
einer Codiereinrichtung bestimmte Geschwindigkeit) dargestellt wäre, würde das
Ge schwindigkeitssignal Quantisierungsschritte mit Intervallen von
100 mm/s zeigen. Das Ergänzen
der Codiereinrichtung mit einer Beschleunigungsmesseinrichtung führt zu tief
greifenden Verbesserungen bei der Geschwindigkeitsschätzung. Es
wird auf 9D Bezug genommen. Die Kurve 108,
die die Kraft über
die Zeit darstellt, zeigt den Motor während der Beschleunigung am
Rande der Sättigung.
Das zeigt an, dass der Motor eine akzeptable Performanz abgeben
kann.
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Der
Schließvorgang ähnelt dem Öffnungsvorgang,
aber die Geschwindigkeit ist vorzugsweise beschränkt, um das Überschreiten
einer kinetischen Energie von 10 J (Watt-sec) zu vermeiden. Die
Verfahrzeit ist etwa 4,8 s. Eine Kraft die 100 N überschreitet,
ist für
etwa ¼ s
erforderlich, und eine Kraftspitze ist etwa 150 N.
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Ein
Beispiel zum Anwenden des Steuerungssystems 10 bei einem
Türrücklaufvorgang
ist in 10A bis 10D gezeigt.
Beispielsweise wird ein schnelles Rücklaufen der Tür durch
direkte Vorgabe einer Rücklaufkraft
von 200 N über
eine Zeitdauer, die gleich dem Impuls/200 ist, erreicht, wo der Impuls
das Produkt der Systemmasse und der Geschwindigkeit ist. Beim Beginn
eines Rücklaufimpulses
wird sofort ein Profil zum Öffnen
vorgegeben. Diese Rücklaufvorgänge können über weniger
als 60 mm erreicht werden. Die Graphen von 10A bis 10D stellen beispielsweise die Vorgabe eines Türrücklaufs
bei einer halb geschlossenen Position dar, die bei 2,06 s während eines
Schließvorgangs beginnt.
Wie in 10A gezeigt ist, sind das Positionsvorgabesignal
und die Ist-Position der Türen
jeweils durch Kurven 200, 202 identifiziert. Wie
in 10B gezeigt ist, ist die Türposition über die Zeit durch Kurve 204 dargestellt.
Es wird auf 10C Bezug genommen. Die Türgeschwindigkeit über die
Zeit ist durch Kurve 206 dargestellt, und die Kraft über die Zeit
ist durch Kurve 208 in 10D dargestellt.
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Eine
Initialisierungsprozedur ist beispielhaft unter Bezugnahme auf das
Funktionsblockdiagramm von 11 dargestellt.
Eine Aufzugtür
wird nur unter Verwendung einer Geschwindigkeitsregelung betätigt. Eine
Geschwindigkeitsvorgabe wird rampenartig auf beispielsweise 100
mm/s in 100 ms an dem Ein gangsblock 300 erhöht. Eine
Türkraft
ist auf weniger als einen vollen Wert beschränkt, um mögliche Probleme zu vermeiden,
die damit zusammenhängen, dass
die Tür
blockiert ist, etc. Die Tür
schließt,
bis sie auf einen herkömmlichen
Sensor für
die geschlossene Position trifft. Zu diesem Zeitpunkt wird die Positionscodiereinrichtung 70 mit
null initialisiert, und die Geschwindigkeitsvorgabe wird zu null
gesetzt. Der Aufzugtür
wird dann vorgegeben, mit 100 mm/s zu öffnen, bis ein herkömmlicher
Sensor für
die geöffnete
Position ausgelöst
wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die Breite des Eingangs aufgezeichnet,
und die Geschwindigkeit wird mit null vorgegeben.
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Die
Breite der Tür
und die Systemmasse werden verwendet, um die Geschwindigkeit und
die Positionsschleifenverstärkungen
einzustellen und um das Öffnungsprofil
und das Schließprofil
zu bestimmen. Der normale Betrieb der Tür kann dann beginnen. Die Initialisierungsgeschwindigkeitsregelung hat
vorzugsweise eine langsamere Antwort als die Regelung, die zum normalen
Betrieb verwendet wird. Die Geschwindigkeitsschleifenverstärkung ist
vorzugsweise etwa ¼ dessen,
was im Normalmodus verwendet wird. Das Geschwindigkeitsrückkopplungssignal,
das an die Geschwindigkeitsregelungseinrichtung rückgekoppelt
wird, ist „vel_view"; wie in 11 gezeigt
ist. Das Signal „vel_view" wird beispielsweise
erhalten, indem die Positionsänderung während zwei
Taktimpulsen bestimmt wird, durch die zwei Taktperioden dividiert
wird und dann das Ergebnis durch ein laufendes Mittelwertfilter
mit sechs Zyklen geführt
wird.
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Das
gezeigte und beschriebene Aufzugtürsteuerungssystem, das die
vorliegende Erfindung verkörpert,
bietet mehrere Vorteile. Erstens kann das Steuerungssystem bei kostengünstigen
und robusten Linearmotoren verwendet werden. Zweitens ist das Erzeugen
der zuvor beschriebenen Motorkraft nicht von der Verwendung einer
Codiereinrichtung abhängig.
Drittens werden Motorvibrationen minimiert, da die Linearmotoranziehungskraft
bei einem niedrigen Niveau gehalten wird. Viertens ist die Motorsteuerung
einfach anzupassen.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung bei einer bevorzugten Ausführungsform
beschrieben wurde, versteht man, dass zahlreiche Modifikationen
gemacht wer den können,
ohne von der Erfindung abzuweichen. Demgemäß wurde die vorliegende Erfindung
zur Erläuterung
statt als Beschränkung
bei einer bevorzugten Ausführungsform
beschrieben.