DE69835001T2

DE69835001T2 - Automatische Feinabstimmung der Rotorzeitkonstante für eine feldorientierten Aufzugsantriebsmotor

Info

Publication number: DE69835001T2
Application number: DE69835001T
Authority: DE
Inventors: Roy Stephen Raleigh Colby; Neil New Britain Greiner; Alberto Middletown Vecchiotti
Original assignee: Otis Elevator Co
Current assignee: Otis Elevator Co
Priority date: 1997-12-22
Filing date: 1998-12-18
Publication date: 2007-01-11
Anticipated expiration: 2018-12-19
Also published as: CN1174906C; CN1229762A; EP0933869B1; EP0933869A2; DE69835001D1; US5896954A; EP0933869A3

Description

Die ebenfalls anhängigen EP-Patentanmeldungen ( EP 98 310 406.8 , EP 98 310 410.8 , EP 98 310 470.4 und EP 98 310 409.2 ), die gleichzeitig mit dieser eingereicht wurden, enthalten Gegenstände, die mit dem hierin offenbarten Gegenstand in Beziehung stehen.
Diese Erfindung betrifft automatische Kalibrierung eines Motor/Ansteuerungs-Systems und insbesondere die Feinabstimmung einer Rotorzeitkonstante in einem feldorientierten (oder vektorgesteuerten) Aufzugmotoransteuerungsvorrichtung.
Es ist bekannt, dass eine indirekte feldorientierte (oder vektorgesteuerte) Motoransteuerungsvorrichtung Hochleistungsdrehmomentsteuerung eines Induktionsmotorantriebs bietet. Es ist ebenfalls in der Technik von Aufzugmotorsteuerungen bekannt, indirekte feldorientierte Ansteuerungsvorrichtungen zu verwenden, um einen Aufzuginduktionsmotor zu steuern. Solche Ansteuerungsvorrichtungen sind Ansteuerungsvorrichtungen mit mehreren Drehzahlen und variabler Frequenz. Es ist ferner bekannt, dass solche Ansteuerungsvorrichtungen ein genaues Bekanntsein der Rotorzeitkonstante des Motors erfordern, um Feldorientierung einzurichten.
Ein Verfahren, um die Rotorzeitkonstante genau zu bestimmen, ist, den Motor in einem Ingenieurlabor mittels teurer Testausrüstung und einiger Ingenieurarbeitsstunden zu analysieren. Bei Modernisierungs- oder Umbauanwendungen, bei denen eine neue Ansteuerungsvorrichtung eine ältere Ansteuerungsvorrichtung in einem existierenden Aufzugsystem ersetzt, ist es jedoch nicht zweckmäßig oder kosteneffizient, den Motor zu entfernen oder den Motor von dem Aufzug zu entkoppeln zur Evaluierung des Rotorzeitkonstantenparameters.
Ein weiteres Verfahren, um die Rotorzeitkonstante zu bestimmen, umfasst das Entsenden eines gut ausgebildeten Ingenieurs an die Stelle des Auftrags, um die Ansteuerungsvorrichtung zu dem Motor mittels spezieller Testausrüstung einzustellen. Ein solches Verfahren ist jedoch kosten- und zeitaufwändig und macht somit ein Modernisieren von Aufzugmotoransteuerungsvorrichtungen für Gebäudeeigner unattraktiv.
Es wurden auch verschiedene Techniken beschrieben zum Modellieren der Rotorzeitkonstanten des Motors. Ein Verfahren ist in T.M. Rowan: "A Simple On-Line Adaption for Indirect Field Orientation of an Induction Machine", IEEE Transactions on Industry Applications, Ausgabe 27, No. 4, Juli/August 1991 beschrieben; ein solches Verfahren bietet jedoch eine keine genaue Verstärkungsanpassung, wenn die Rotationsrichtung des Motors umgekehrt wird, wie dies bei Aufzugmotoren auftritt, die bidirektional sind. Ein weiteres Verfahren ist in C. Wang et al.: "An Automated Rotor Time Constant Measurement System for Indirect Field-Oriented Drives", IEEE Transactions on Industry Applications, Ausgabe 24, Nr. 1, Januar/Februar 1988, beschrieben; ein solches Verfahren erfordert jedoch, dass die Drehmomentkonstante und das Lastträgheitsmoment zuvor genau bekannt sind.
Aufgaben der vorliegenden Erfindung umfassen das Vorsehen einer automatischen Feineinstellung eines Rotorzeitkonstantenparameters eines Motors in feldorientierten Ansteuerungsvorrichtungen für Aufzüge vor Ort, die kein Entfernen oder Entkoppeln des Motors von dem Aufzugsystem erfordert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Berechnen einer Rotorzeitkonstante (τ_R) eines durch eine feldorientierte Steuerung betriebenen Aufzugmotors: a) Setzen von τ_R auf einen Anfangswert; b) Fahren des Aufzugs in eine erste Richtung; c) Berechnen eines Fehlersignals (V_dERR) während der Aufzugfahrt wie folgt: V_dERR = Vd – R₁Id + (ω_R + Iq/(Idτ_R)) LσIq wobei: Id = d-Achsen-Strom, Iq = q-Achsen-Strom, Vq = q-Achsen-Spannung, ω_R = Motorgeschwindigkeit, R₁ = Motorstatorwiderstand, Lσ = Motortransienteninduktivität, wobei Vd, Id, Iq, ω_R Signale sind, die von der feldorientierten Steuerung geliefert werden, wobei R₁ und Lσ vorbestimmte Motorkonstanten sind; d) Berechnen eines Vorzeichen-angepassten Fehlersignals DXD_ERR während der Aufzugfahrt wie folgt: DXD_ERR = V_dERR × (Vorzeichen von Iq) × (Vorzeichen von ω_R); und e) Variieren von τ_R, Durchführen der Schritte (b) bis (d) und Bestimmen des Werts von τ_R, bei dem DXD_ERR gleich null ist innerhalb einer vorbestimmten Toleranz.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst der Schritt des Variierens (e) ferner: f) Variieren von τ_R, bis DXD_ERR das Vorzeichen ändert; und g) Durchführen eines Suchalgorithmus, um den Wert von τ_R zu bestimmen, bei dem DXD_ERR durch 0 geht innerhalb einer vorbestimmten Toleranz.
Die Erfindung stellt eine erhebliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik dar, indem ermöglicht wird, dass die Rotorzeitkonstante in feldorientierten (oder vektorgesteuerten) Aufzugmotoransteuerungsvorrichtungen automatisch am Ort des Auftrags fein-eingestellt werden kann. Die Erfindung erfordert kein Entfernen des Motors vom Ort des Auftrags oder ein Entkoppeln des Motors von dem Aufzugsystem. Somit führt die Erfindung ein solches Einstellen unter Belastungsbedingungen durch, nicht dem standardmäßigen lastfreien Test, wie er für industrielle Ansteuerungsvorrichtungen üblich ist. Die Erfindung erfordert auch keinen speziell ausgebildeten Ingenieur mit spezieller Testausrüstung, um das Motor/Ansteuerungs-System einzustellen. Die Erfindung ermöglicht somit, neue Motorantriebsvorrichtungen an Auftragsorten bei geringen Installationskosten und Kalibrierungskosten nachzurüsten. Demgemäß spart eine automatische Feineinstellung der Rotorzeitkonstanten am Auftragsort sowohl Zeit als auch Geld. Als Ergebnis macht es die vorliegende Erfindung für Gebäudeeigner attraktiver, ihre Aufzugsysteme mit modernen Steuerungen aufzurüsten, die derzeit aufgrund der hohen Kosten der Bestimmung von Parametern von älteren Motoren, die an Modernisierungsauftragsorten aufgefunden werden, ökonomisch unmöglich sind. Weiterhin ermöglicht die vorliegende Erfindung, dass existierende Aufzugbewegungssteuerungen und -sicherheits-Systeme, während des Kalibrierungsvorgangs der vorliegenden Erfindung an Ort und Stelle bleiben.
Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun lediglich beispielhaft und unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
1 ein Blockdiagramm einer Steuerung mit einer Auto-Kalibrierungs-Logik in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist.
2 ist ein Blockdiagramm einer feldorientierten Stromregelungs-/Motoransteuerungsvorrichtungsschaltung mit der Steuerung aus 3 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
3 ist ein Induktionsmotorkopplungsschaltungsdiagramm für q-Achsen-Variablen für einen feldorientiert angetriebenen Motor in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Induktionsmotorkopplungsschaltungsdiagramm für d-Achsen-Variablen für einen feldorientiert angetriebenen Motor in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
5 ist ein Logikflussdiagramm eines Teils der Auto-Kalibrierungs-Logik aus 1 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
6 ist ein Graph eines Aufzuggeschwindigkeitsreferenzprofils gegen die Zeit in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
7 ist ein Graph von XD_ERR gegen die Rotorzeitkonstante für eine Serie von Aufwärts- und Abwärtsfahrten eines Aufzugs in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
Bezugnehmend auf 1 ist das, was links von der Linie 9 gezeigt ist, ein Bereich einer Aufzugssteuerung 7, die eine Bewegungssteuerungsschaltung 10 aufweist, die Stockwerkzielanweisungen von einer Operationssteuerungslogik (nicht gezeigt) an einer Leitung 8 empfängt und ein Geschwindigkeitsprofil ω_REF an einer Leitung 12 zu einer Motorsteuerung 14 liefert. Die Motorsteuerung 14 weist eine Geschwindigkeitsreglungskompensationslogik 16 auf, die ein Stromreferenzsignal I_qREF an einer Leitung 18 zu einer feldorientierten Stromregulierungs-/Motorantriebsvorrichtungsschaltung 20 liefert. Die Schaltung 20 liefert Drei-Phasen-Ansteuerungsspannungen V_X, V_Y, V_Z an Leitungen 22 zu einem Motor 24, z.B. einen Drei-Phasen-Induktionsmotor. Der Motor 24 liefert ein Geschwindigkeitsrückkopplungssignal ω_R, das indikativ für die Rotationsgeschwindigkeit des Motors 24 ist, an einer Leitung 36 zurück zu der Steuerung 7.
Zwei Beispiele von Drei-Phasen-AC-Induktionsmotoren, die mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind Modell LUGA-225LB-04A von Loher mit einer Nennleistung von 45 KW, einer Nennspannung von 355 V, einer Nenndrehzahl von 1480 und einer Nennfrequenz von 50 Hz, in einer Getriebekonfigu ration; und Modell 156MST von Tatung (aus Taiwan) mit einer Nennleistung von 40 KW, einer Nennspannung von 500 V, einer Nenndrehzahl von 251 und einer Nennfrequenz von 16,7 Hz, in einer getriebelosen Konfiguration. Andere Motoren mit anderen Nennparametern können verwendet werden, wenn dies erwünscht ist.
Der Motor 24 ist durch eine mechanische Verbindung 26, z.B. eine Welle und/oder ein Getriebe, mit einer Treibscheibe 28 verbunden. Ein Seil oder ein Kabel 30 ist um die Treibscheibe 28 geschlungen und hat ein Ende, das mit einer Aufzugkabine 32 verbunden ist, und das andere Ende, das mit einem Gegengewicht 34 verbunden ist. Das Gewicht des Gegengewichts ist typischerweise gleich dem Gewicht einer leeren Kabine plus 40–50% der maximalen Last in der Kabine.
Andere Aufzugsystemkonfigurationen, und mit oder ohne ein Gegengewicht, mit oder ohne ein Getriebe, können verwendet werden, wenn dies erwünscht ist, um das Ausgangsdrehmoment des Motors 24 in Bewegung der Aufzugkabine 32 umzusetzen, wie z.B. ein Dual-Lift (bei dem zwei Aufzugkabinen mit einem einzelnen Seil verbunden sind, die Kabinen sich in entgegengesetzte Richtungen bewegen und jede Kabine ein Gegengewicht für die andere Kabine darstellt), eine Trommelmaschine (bei der das Seil um eine von einem Motor angetriebene Trommel geschlungen ist), etc.
Die Geschwindigkeitsregelungskompensationslogik 16 kann irgendeine Motordrehzahlsteuerungskompensationslogik mit einer oder mehreren Kontrollschleifen sein, z.B. einer Proportional-plus-Integral-Außenschleifensteuerung und einer Proportional-Innenschleifensteuerung. Es kann auch eine andere Motordrehzahlkontrollkompensation verwendet werden. Der Typ der Motordrehzahlkontrollkompensation ist für die vorliegende Erfindung nicht kritisch.
Bezugnehmend auf 2 ist es bei der Technik von Steuerungen für feldorientierte Motoren bekannt, dass eine solche Steuerung Strom- und Spannungsparameter verwendet, die zwei Achsen entsprechen. Insbesondere weist die feldorientierte Stromregulator/Motorsteuerung 20 aus 1 zwei Stromkontrollschleifen auf, eine für den d-Achsen-Strom Id und eine für den q-Achsen-Strom Iq. Die Id-Schleife empfängt das I_dREF-Signal an der Leitung 19, welches einem positiven Eingang zu einer Summiereinrichtung 102 zugeführt wird. Ein gemessenes oder rückgekoppeltes d-Achsen-Strom-Signal Id an einer Leitung 104 wird einem negativen Eingang zu der Summiereinrichtung 102 zugeführt. Die Ausgabe der Summiereinrichtung 102 ist ein Fehlersignal I_dERR an einer Leitung 10b, welches einer Kontrollkompensationslogik 108, wie z.B. einer Proportional-plus-Integral-Stromschleifensteuerung, zugeführt wird. Es kann eine andere Stromschleifenkontrollkompensation verwendet werden, wenn dies erwünscht ist. Die Logik 108 erzeugt ein d-Achsen-Spannung-Anweisungssignal VdCMD an einer Leitung 110.
Für die q-Achse empfängt die Iq-Schleife das I_qREF-Signal an der Leitung 18, das einem positiven Eingang zu einer Summiereinrichtung 114 zugeführt wird. Ein gemessenes oder rückgekoppeltes q-Achsen-Strom-Signal Iq an einer Leitung 116 wird einem negativen Eingang zu der Summiereinrichtung 114 zugeführt. Die Ausgabe der Summiereinrichtung 114 ist ein Fehlersignal I_qERR an einer Leitung 118, die einer Steuerungskompensationslogik 120 zugeführt wird, z.B. einer Proportional-plus-Integral-Logik ähnlich der Logik 108. Die Ausgabe der Logik 120 ist ein q-Achsen-Spannung-Anweisungssignal V_qCMD an einer Leitung 122.
Die Spannungsanweisungen V_dCMD und V_qVMD werden einer bekannten Feldorientierung-zu-Drei-Phasen-Konversionslogik 124 zugeführt, die die d-Achsen- und q-Achsen-Spannungsanweisungen in Drei-Phasen-Spannungsanweisungen V_XCMD, V_YCMD, V_ZCMD an Leitungen 126 umwandelt. Die Phasen-Spannungsanweisungen V_XCMD, V_YCMD, V_ZCMD werden einer bekannten Drei-Phasen-Antriebsschaltung (oder einem Inverter) 128 zugeführt, die Drei-Phasen-Spannungen V_X, V_Y, V_Z jeweils an Leitungen 130, 132, 134 liefert, um den Motor 24 anzusteuern (1).
Innerhalb der Antriebsschaltung 128 (Details nicht gezeigt) wird jede der Spannungsanweisungen V_XCMD, V_YCMD, V_ZCMD an den Leitungen 126 in prozentuale Arbeitszyklusanweisungen umgewandelt, die Indikativ für die entsprechenden Eingabespannungsniveaus sind. Der prozentuale Arbeitszyklus wird in ein Pulsweiten-moduliertes Ansteuerungssignal umgewandelt, das Leistungstransistoren steuert, um jeweils die Pulsweiten-modulierten Drei-Phasen-Spannungen V_X, V_Y, V_Z mit variabler Frequenz an den Leitungen 130, 132, 134 bereitzustellen. Die Umwandlungen innerhalb der Ansteuerung 128 werden mittels elektronischer Bauteile und/oder Software durchgeführt, die in der Technik der Motoransteuerungsschaltungen wohl bekannt sind. Es kann jeder andere Typ von Ansteuerungsschaltung, der Eingabespannungsanweisungen empfängt und Ausgabepha senspannungen ausgibt, verwendet werden, und die Phasenspannungen müssen nicht Pulsweiten-moduliert sein.
Phasenströme I_X, I_Y, I_Z, die jeweils den Spannungen V_X, V_Y, V_Z zugeordnet sind, werden durch bekannte Stromsensoren 136, 138, 140 gemessen, z.B. Hall-Effekt-Stromsensoren mit geschlossener Schleife (wie z.B. LEMS), und werden jeweils an den Leitungen 141, 142, 143 bereitgestellt. Die Phasenströme I_X, I_Y, I_Z werden einer bekannten Drei-Phasen-zu-Feldorientierung-Konversionslogik 150 zugeführt, die eine bekannte Konversion von Phasenströmen zu d- und q-Achsenströmen Id, Iq an den Leitungen 104, 116 erzeugt, die als Rückkoppelströme jeweils den Summiereinrichtungen 102, 114 zugeführt werden.
Die Konvertiereinrichtungen 124, 150 bieten bekannte Konversionen zwischen Vektorparametern (d- und q-Achse) und Pro-Phase-Parametern, wie z.B. diejenige, die in D. Novotny et al.. "Vektor Control and Dynamics of AC Drives", Oxford University Press, 1996, Ch 5, Seiten 203 bis 251 beschrieben ist. Die Konvertierungseinrichtungen 124, 150 können solche Konversionen gleichfalls in Software unter Verwendung eines Mikrocomputers oder dergleichen implementieren.
Es ist in der Technik feldorientierter Ansteuerungsvorrichtungen bekannt, dass der Wert der Rotorzeitkonstante τ_R des Motors, der gesteuert wird, benötigt wird, um die Konversion zu und von den feldorientierten d- und q-Achsen durchzuführen. Insbesondere wird τ_R verwendet, um die korrekte Schlupffrequenz ω_S einzurichten, um Feldorientierung zu erreichen. Der Wert der Rotorzeitkonstante τ_R wird den zwei Konvertierungseinrichtungen 124, 150 an einer Leitung 144 zugeführt.
Bezugnehmend auf 1 weist die vorliegende Erfindung eine Autokalibrierungslogik 48 auf, die den korrekten Wert der Rotorzeitkonstante τ_R automatisch bestimmt, wie hierin im Anschluss genauer diskutiert. Die Logik 48 weist bekannte elektronische Komponenten auf, die einen Mikroprozessor, eine Interfaceschaltung, einen Speicher, Software und/oder Firmware, die in der Lage sind, die hierin beschriebenen Funktionen auszuführen, umfassen kann.
Bezugnehmend auf die 3 und 4 haben die Kopplungsschaltungsdiagramme 180, 182 jeweils für die q-Achsen-Variable und die d-Achsen-Variable für einen feldorientiert-angetriebenen Motor Schaltungsparameter, die wie folgt definiert sind:

Id: = d-Achsen- (oder Magnetisierungs-) Strom;
Iq: = q-Achsen- (oder Drehmoment-) Strom;
Vd: = d-Achsen-Spannung; Vq = q-Achsen-Spannung;
R₁: = Statorwiderstand;
L_ls: = Streuinduktivität;
L_lr: = Rotorstreuinduktivität;
Lm: = Gegeninduktivität;
λ_ds: = d-Achsen-Stator-Fluss;
λ_dr: = d-Achsen-Rotor-Fluss;
λ_qs: = q-Achsen-Stator-Fluss;
λ_qr: = q-Achsen-Rotor-Fluss;
ω_S: = Schlupffrequenz;
ω_E: = elektrische Frequenz der Motorströme; und
R₂: = Rotorwiderstand.

Damit Feldorientierungsbedingungen existieren, erfordern die Induktionsmotor-Kopplungsschaltungsdiagramme aus den 3 und 4, wie dies bekannt ist, dass λ_qr = 0, λ_dr = LmId, λ_qs = LσIq und λ_ds = LsId, wobei Ls = Lm + L_ls und wobei L σ die Transienteninduktivität des Motors ist.
Die Antriebsvorrichtung mit variabler Frequenz, die hierin beschrieben ist, arbeitet mit einem konstanten Magnetisierungsstrom Id. Alle Strom- und Spannungsmotorparameter, die hierin durch einen Index "r" oder "R" bezeichnet sind, sind Rotorparameter, und alle anderen Strom- und Spannungsmotorparameter sind Statorparameter, sofern nicht anders beschrieben.
Wie bekannt, ist bei einer feldorientierten Ansteuerungsvorrichtung auch der Steuerungsreferenzrahmen so orientiert, dass die d-Achse mit dem Rotorfluss ausgerichtet ist. Bezugnehmend auf 4 ist im statinären Zustand, wenn sich die Transienten stabilisiert haben (d.h. dId/dt = 0 und dIq/dt = 0), die Spannung über die Induktoren gleich 0. Somit ist die Gleichung für die d-Achsen-Stator-Spannung Vd für eine feldorientierte Ansteuerungsvorrichtung definiert als: Vd = R1Id – ωELσIq Gleichung 1 wobei Lσ die Transienteninduktivität des Motors ist, R₁ der Statorwiderstand ist, ω_E die elektrische Frequenz der Motorströme ist und Id und Iq jeweils der d-Achsen-Stator-Strom und der q-Achsen-Stator-Strom sind. Es ist ebenfalls bekannt, dass ω_S = ω_E – ω_R und ω_S = Iq/(Idτ_R), wobei ω_R die Rotationsgeschwindigkeit des Motors bezogen auf einen elektrischen Referenzrahmen ist, und ω_S die Schlupffrequenz ist. Wenn man dies in die Gleichung 1 einsetzt, erhält man: Vd = R1Id – (ωR + Iq/(IdτR))LσIq Gleichung 2
Durch Verschieben der rechten Seite von Gleichung 2 auf die linke Seite definieren wir einen neuen Parameter V_dERR als: VdERR = Vd – R1Id + (ωR + Iq/(IdτR))LσIq Gleichung 3
Ein Nullwert von V_dERR gibt an, dass die Ansteuerungsvorrichtung feldorientiert ist, d.h. dass Gleichung 1 erfüllt ist (wenn Kernverluste vernachlässigt werden können). Das Vorzeichen (positiv oder negativ) von V_dERR hängt von der Rotationsrichtung des Motors (dem Vorzeichen von ω_R), der Richtung des Drehmoments (dem Vorzeichen von Iq) und davon, ob der Rotorzeitkonstantenparameter τ_R größer oder kleiner als der korrekte Wert ist, ab. Tabelle 1 unten fasst die Bedingungen zusammen, die bestimmen, ob das V_dERR positiv oder negativ ist.
Tabelle 1 Vorzeichen von V_dERR
Wir haben aus der obigen Tabelle 1 herausgefunden, dass, wenn wir das Produkt bilden: DXDERR = VdERR × Iq × ωR Gleichung 4 das Vorzeichen (die Polarität) von DXD_ERR positiv ist, wenn der Parameter τ_R der Rotorzeitkonstante zu klein ist, und negativ, wenn τ_R zu groß ist, unabhängig von dem Drehmoment und der Richtung. Wir haben somit herausgefunden, dass, unter einer Motorlastbedingung (wie z.B. mit einer leeren Kabine), das Signal DXD_ERR die richtige Richtung, in die τ_R anzupassen ist zu ihrem korrekten Wert und um so Feldorientierung zu erreichen, eindeutig angibt. Anstatt ω_R in Gleichung 4 zu verwenden, kann ω_E verwendet werden, wenn dies erwünscht ist.
Wir haben auch herausgefunden, dass, wenn der Wert von DXD_ERR über eine Aufzugfahrt hin integriert wird, das Vorzeichen des Ergebnisses XD_ERR angibt, wie τ_R anzupassen ist, um den korrekten Wert zu erhalten. Wenn der Wert von XD_ERR positiv ist, wird der Rotorzeitkonstantenparameter nach unten angepasst. Wenn der Wert negativ ist, wird der τ_R nach oben angepasst. Wenn das Vorzeichen von XD_ERR sich ändert, ist der Wert von τ_R durch seinen korrekten Wert gelaufen, und der Wert von τ_R kann interpoliert werden, basierend auf dem vorherigen und dem augenblicklichen Wert von XD_ERR und dem vorherigen und dem aktuellen Wert von τ_R mittels bekannter linearer Interpolationsverfahren.
Genauer ausgedrückt und bezugnehmend auf 1 weist die Autokalibrierungslogik 48 eine V_dERR-Berechnungslogik 50 auf, die die nötigen Parameter empfängt, um V_dERR mittels der Gleichung 3 zu berechnen. Der Wert von V_dERR wird an einer Leitung 52 einer Multipliziereinrichtung 54 zugeführt, die V_dERR mit dem Geschwindigkeitsparameter ω_R multipliziert und die das Ergebnis an einer Leitung 56 bereitstellt, die mit dem q-Achsen-Strom-Parameter Iq durch eine Multipliziereinrichtung 58 multipliziert wird, um das Signal DXD_ERR an der Leitung 60 zu bilden. Das Signal DXD_ERR wird einer Integrationseinrichtung 62 zugeführt, welche ein integriertes Ausgabesignal XD_ERR an der Leitung 64 bereitstellt, das für das Integral von DXD_ERR indikativ ist. Das integrierte Signal XD_ERR wird der τ_R-Berechnungslogik 66 zugeführt.
Anstatt V_dERR mit den Werten (und Vorzeichen) von ω_R und Iq zu multiplizieren, kann einer oder beide dieser Werte lediglich durch das Vorzeichen des Werts ersetzt werden. Statt ω_R in der Multipliziereinrichtung 54 zu verwenden, kann auch ω_E verwendet werden, wenn dies erwünscht ist. Eine Multiplikation mit der Motordrehzahlfrequenz ω_R (oder ω_E) hat den zusätzlichen Vorteil, dass sie das V_dERR-Signal stärker bei hohen Frequenzen gewichtet, wo die Spannungsmessung genauer ist und der Motor bei der Nenndrehzahl ist.
Die Logik 66 liefert ein Rücksetzsignal an einer Leitung 68 an die Integrationseinrichtung 62, um die Integrationseinrichtung zwischen Aufzugfahrten auf 0 zurückzusetzen. Die Logik 66 liefert auch die Konstanten L_σ und R₁ an die V_dERR-Berechnungslogik 50 an einer Leitung 76. Die Logik 66 berechnet die Rotorzeitkonstante τ_R und liefert τ_R an der Leitung 144 an die Strom-Regulator/Motoransteuerungsvorrichtungsschaltung 20 und an die V_dERR-Berechnungslogik 50.
Die Logik 66 liefert auch MODE- und FLRCMD-Signale jeweils an Leitungen 71, 72 an die Bewegungssteuerungslogik 10. Das MODE-Flag veranlasst die Bewegungslogik 10, Stockwerkanweisungen von dem FLRCMD-Signal an der Leitung 72 zu akzeptieren.
Das FLRCMD-Signal weist die Bewegungssteuerung 10 dazu an, eine Aufzugfahrt in eine angewiesene Richtung über eine angewiesene Anzahl von Stockwerken (oder zu einem bestimmten Zielstockwerk) unter Verwendung eines vorbestimmten Standardgeschwindigkeitsprofils für W_REF (6) in der Motorsteuerung 10 durchzuführen, was hierin im Anschluss diskutiert wird. Die Bewegungssteuerungslogik 10 liefert auch ein Motorsteuerungsfehlersignal MCFAULT an einer Leitung 73 an die Logik 66, um anzugeben, ob ein Fehler während einer Aufzugfahrt aufgetreten ist. Während der Aufzugfahrt wird der Aufzug durch ein normales Geschwindigkeitsprofil unter Verwendung einer leeren Kabine laufen gelassen, wobei die normalen Sicherheitsmerkmale aktiviert sind.
Bezugnehmend auf 6 hat ein Standardgeschwindigkeitsprofil 400 für W_REF, das durch die Bewegungssteuerungslogik 10 bereitgestellt ist, einen Anstiegsbereich A, einen Bereich B konstanter Geschwindigkeit (wo der Motor bei der Arbeits- oder Kontraktgeschwindigkeit für eine bestimmte Anwendung läuft) und einen Abstiegsbereich C. Die Dauer des Bereichs B konstanter Geschwindigkeit basiert auf der Anzahl von Stockwerken (oder dem Zielstockwerk), die durch das FLRCMD-Signal angewiesen ist. Immer, wenn hierbei eine Aufwärts- oder Abwärtsfahrt des Aufzugs angewiesen wird, ist die Anzahl angewiesener Stockwer ke derart, dass der Bereich B konstanter Geschwindigkeit der Aufzugfahrt eine Dauer hat, die lang genug ist, um Transienten in dem System zu ermöglichen, sich zu stabilisieren, d.h. mindestens etwa 3 s, was etwa 3 bis 4 Stockwerken entspricht, abhängig von der Gebäudestockwerkshöhe. Das Profil 400 dient lediglich zu Veranschaulichungszwecken, und andere Anstiegs-/Abstiegs-Raten, Arbeitsgeschwindigkeiten und Gesamtprofile können verwendet werden, vorausgesetzt, dass es einen Bereich konstanter Geschwindigkeit mit einer Dauer gibt, die lang genug ist, den Systemtransienten zu ermöglichen, sich zu stabilisieren. Die Anzahl von Stockwerken oder das Zielstockwerk kann durch das Wartungswerkzeug 80 über die Verbindung 82 bereitgestellt werden.
Die Berechnungslogik 66 kommuniziert auch mit einem Wartungswerkzeug 80 über eine serielle Verbindung 82. Das Wartungswerkzeug 80 weist eine Anzeige 84 und einen Tastenblock (oder eine Tastatur) 86 zum Eingeben von Daten in das Wartungswerkzeug 80 und über die Verbindung 82 zu der Steuerung 7 auf. Insbesondere empfängt die Logik 66 eine Startanweisung und eine Stoppanweisung über die Verbindung 82 von dem Wartungswerkzeug 80, die steuert, wann die Autokalibrierung jeweils gestartet und gestoppt (oder abgebrochen) wird. Die Logik 152 empfängt auch Parameter, die notwendig sind, um die Autokalibrierungslogik 48 durchzuführen, was hierin später genauer diskutiert wird. Die Logik 66 liefert auch ein DONE-Signal und ein FAULT-Signal über die Verbindung 82 an das Wartungswerkzeug 80. Das DONE-Signal gibt an, wann die Autokalibrierung abgeschlossen ist, und das FAULT-Signal gibt an, wenn während der Autokalibrierung ein Fehler detektiert wurde.
Die Aufzugbewegungsanweisungen (Zielstockwerke) können manuell mittels des Wartungswerkzeugs 80 eingegeben werden, oder alternativ kann der Aufzug mittels des Wartungswerkzeugs 80 dazu eingestellt werden, sich zwischen zwei vorbestimmten Stockwerken zu bewegen. Um die Implementierung zu vereinfachen und die Sicherheit zu maximieren, kann ferner die gesamte Bewegung des Aufzugs unter der Kontrolle des normalen Aufzugsteuerungssystems sein, und alle normalen Aufzugschachtsicherheitsfunktionen können aktiv sein.
Bezugnehmend auf 5 beginnt ein Top-Level-Flussdiagramm für die Autokalibrierungslogik 66 bei einem Schritt 200, der überprüft, ob eine Startanweisung von dem Wartungswerkzeug 80 (1) empfangen wurde. Wenn keine Startan weisung empfangen wurde, endet die Logik 66. Wenn eine Startanweisung empfangen wurde, fordert und empfängt ein Schritt 202 die notwendigen Parameter, um die Autokalibrierungslogik 48 durchzuführen, wie z.B. Lσ, R₁, I_dREf, τ_R-INIT, (Anfangswert für τ_R) von dem Wartungswerkzeug 80.
Einige oder alle Parameter R₁, Lσ, τ_R-INIT, I_dINIT können eingestellt werden basierend jeweils auf den Werten von R₁, Lσ, τ_R, I_dRATED, die zuvor durch einen anderen Motortest berechnet wurden, wie z.B. demjenigen, der in der ebenfalls anhängigen EP Patentanmeldung Nr. (Vertreterreferenz: 80.85.69356) beschrieben ist.
Alternativ können einige oder alle der Parameter Lσ, τ_R
INIT, I_dINIT wie folgt approximiert werden: Lσ = Ls – (Lm2/Lr) τR-INIT = Lr/Rr IdINIT = INO-LOAD wobei R₁ der Statorwicklungswiderstand ist, Ls die Statorwicklungsinduktivität ist, Lr die Rotorwicklungsinduktivität ist, Lm die Motorgegeninduktivität ist, Rr der Rotorwicklungswiderstand ist und I_NO-LOAD der lastfreie Strom ist und wobei R₁, Ls, Lr, Lm, Rr und I_{NO_LOAD} aus dem Motordatenblatt erhalten werden. In diesem Fall kann das Wartungspersonal die Parameter Lσ, τ_R-INIT, I_dINIT berechnen und sie und R₁ an die Logik 48 durch das Wartungswerkzeug 80 liefern. Alternativ kann das Wartungspersonal die Parameter R₁, Ls, Lm, Lr, Rr und I_NO-LOAD durch das Wartungswerkzeug 80 an die Logik 48 liefern, und die Logik 48 berechnet die Parameter L σ, τ_R-INIT, I_dINIT. Andere Techniken können verwendet werden, um die Anfangsparameter zu erhalten, die notwendig sind, um die vorliegende Erfindung auszuführen.
Es sollte von den mit der Technik von Motoren vertrauten Fachleuten verstanden werden, dass I_NO-LOAD gleich dem Gesamtmotorstrom ist, wenn der Motor unter keiner Belastung oder keinem Drehmoment ist, d.h. Iq = 0. Somit ist I_NO-LOAD gleich dem Nenn-d-Achsen- (oder Magnetisierungs-) -Strom I_dRATED.
Als Nächstes setzt eine Reihe von Schritten 204 eine Variable COUNT auf 0, setzt das MODE-Flag auf 1 und setzt die Rotorzeitkonstante τ_R gleich dem Anfangswert τ_R-INIT. Dann setzt ein Schritt 206 den Integrator 62 (1) auf 0 zurück. Als Nächstes weist ein Schritt 208 den Aufzug an, in die Aufwärtsrichtung zu fahren, unter Verwendung des hierin zuvor diskutierten Standardprofils (6). Dann überprüft ein Schritt 210, ob ein Fehler während der Fahrt des Aufzugs detektiert wurde. Wenn dies so ist, wird ein Fehlersignal auf 1 gesetzt in einem Schritt 212 und zu dem Wartungswerkzeug 80 übertragen (3).
Als Nächstes überprüft ein Schritt 212, ob eine Stoppanweisung von dem Wartungswerkzeug 80 empfangen wurde. Wenn sie empfangen wurde, endet die Logik. Wenn nicht, speichert ein Schritt 214 den Wert von XD_ERR als einen Parameter XD_ERR (1). Dann setzt ein Schritt 216 den Integrator 62 auf 0 zurück für die nächste Fahrt des Aufzugs.
Als Nächstes weist ein Schritt 218 den Aufzug an, in die Abwärtsrichtung zu fahren, unter Verwendung des hierin zuvor diskutierten Standardprofils (6). Dann überprüft ein Schritt 220, ob ein Fehler während der Fahrt des Aufzugs aufgetreten ist. Wenn dies zutrifft, setzt der Schritt 212 das FAULT-Flag, und die Logik endet. Wenn nicht, prüft der Schritt 222, ob eine Stoppanweisung von dem Wartungswerkzeug empfangen wurde. Falls dies zutrifft, endet die Logik. Falls nicht, speichert die Logik den Wert von XD_ERR als XD_ERR (2) in einem Schritt 224.
Als Nächstes berechnet ein Schritt 226 XD_ERR-AVG als den Durchschnitt von XD_ERR (1) und XD_ERR (2) für die aktuelle Aufwärts-/Abwärtsfahrt des Aufzugs. Dann prüft ein Schritt 230, ob XD_ERR-AVG das Vorzeichen gewechselt hat von dem XD_ERR-AVG der direkt vorangehenden Aufzug-Aufwärts-/Abwärtsfahrt. Wenn XD_ERR-AVG das Vorzeichen nicht gewechselt hat, prüft ein Schritt 232, ob die COUNT-Variable gleich oder größer als 10 ist, d.h. ob die Schleife mindestens 10 Mal iteriert wurde. Wenn die Schleife 10 Mal iteriert wurde, setzt ein Schritt 234 das FAULT-Flag gleich 1, welches über die Verbindung 82 (1) an das Wartungswerkzeug 80 gesendet wird, und ein Schritt 235 setzt MODE = 0, und die Logik endet. Wenn die Schleife weniger als 10 Mal iteriert wurde, prüft ein Schritt 236, ob das Vorzeichen von XD_ERR-AVG positiv ist, und wenn dies zutrifft, verringert ein Schritt 238 τ_R um einen vorbestimmten Betrag, z.B. 10%. Wenn das Vorzeichen von XD_ERR-AVG nicht positiv ist, erhöht ein Schritt 240 τ_R um einen vorbestimmten Betrag, z.B. 10%. Andere Prozentänderungen an τ_R können verwendet werden, wenn dies erwünscht ist. Als Nächstes erhöht ein Schritt 242 das COUNT um 1, und die Logik fährt wieder mit Schritt 206 fort.
Wenn XD_ERR-AVG in Schritt 230 das Vorzeichen gewechselt hat, interpoliert ein Schritt 246 linear zwischen den Werten von XD_ERR-AVG für die vorherige und die aktuelle Aufzugfahrt und die entsprechenden Werte von τ_R für die vorherige und die aktuelle Fahrt, um den Wert von τ_R zu bestimmen, bei dem XD_ERR-AVG durch 0 durchläuft (d.h. das Vorzeichen ändert). Als Nächstes setzt ein Schritt 248 das DONE-Flag gleich 1, welches über die serielle Verbindung 82 (1) zu dem Wartungswerkzeug 80 gesendet wird, der Schritt 235 setzt das MODE-Flag auf 0, und dann endet die Logik.
In den Schritten 226, 230, 236 und 246 kann XD_ERR (1) oder (2) einzeln verwendet werden, anstatt XD_ERR-AVG zu berechnen; ein Verwenden des Durchschnittswerts XD_ERR-AVG liefert jedoch einen robusteren Wert für τ_R. In diesem Fall wird angenommen, dass der Wert für τ_R nahe genug ist, um das Iterieren zu stoppen, wenn, für eine bestimmte Aufwärts-/Abwärtsfahrt des Aufzugs, die Werte von XD_ERR (1), (2) verschiedene Vorzeichen haben. Wenn jedoch die Werte XD_ERR (1), (2) beide zusammen die Vorzeichen ändern, wird einer der Parameter XD_ERR (1) oder (2) verwendet, um den Wert von τ_R zu interpolieren.
Bezugnehmend auf 7 ist ein Graph von XD_ERR gegen die Rotorzeitkonstante τ_R (in Sekunden) aufgetragen für sieben Fahrten in die Aufwärtsrichtung, gezeigt durch eine Kurve 310, und sieben Fahrten in die Abwärtsrichtung, gezeigt durch eine Kurve 312. Typischerweise werden die Aufwärts- und Abwärtsfahrten abgewechselt, wie in der Logik 66 angegeben, bevor τ_R zu dem nächsten Wert geändert wird. Die Aufwärtsfahrt-Werte sind somit durch die Kurve 310 angegeben, und die Abwärtsfahrt-Werte sind durch die Kurve 312 angegeben. Das Ziel des hierin zuvor diskutierten Interpolationsvorgangs ist, den Wert von τ_R zu erhalten, der einem Wert von XD_ERR entspricht, der gleich 0 ist.
Andere Suchverfahren können verwendet werden, falls erwünscht, um den korrekten Wert von τ_R zu iterieren. Ein alternativer Suchalgorithmus für τ_R ist, eine Suche vom binären Typ zu verwenden, bei der der Suchbereich in aufeinander folgenden Durchläufen verengt wird, bis die Änderung in τ_R oder XD_ERR innerhalb einer vorbestimmten Toleranz ist.
Die Reihenfolge der Richtung für die Aufwärts-/Abwärts-Aufzugfahrt ist für die vorliegende Erfindung nicht kritisch, z.B. kann der Aufzug in dem Schritt 208 abwärts gefahren werden und in dem Schritt 218 aufwärts (5). Typischerweise fährt das Wartungspersonal den Aufzug jedoch ins Erdgeschoss oder zum ersten Stockwerk, um eine Wartung oder eine Kalibrierung zu beginnen. In diesem Fall kann es notwendig sein, den Aufzug zuerst nach oben zu fahren, um für eine Fahrt zu sorgen, die eine Dauer hat, die lange genug ist, wie hierin zuvor mit dem Standardprofil diskutiert.
Obwohl eine leere Kabine der am einfachsten zu erreichende Zustand ist, funktioniert die Erfindung auch bei Volllast oder Teillast, vorausgesetzt, ein Nettolastungleichgewicht zwischen der Kabine und dem Gegengewicht wird erreicht. Bei einem Lastzustand (wie z.B. Volllast), der ein Nettolastungleichgewicht derart bewirkt, dass die Kabine schwerer ist als das Gegengewicht, hätte der Graph von 7 jedoch statt einer positiven Steigung eine negative Steigung, und die Suchlogik würde sich entsprechend ändern.
Statt des Integrators 62 kann ein Tiefpassfilter oder ein anderer Typ von Filter verwendet werden, um Transienten in DXDERR zu filtern und einen Durchschnittswert von DXDERR über eine bestimmte Aufzugfahrt zu liefern. In diesem Fall kann die Ausgabe des Filters 62 durch die Logik 66 erfasst werden, bevor die Motorgeschwindigkeit ω_R auf 0 geht, z.B. während des konstanten Bereichs oder des Arbeitsgeschwindigkeitsbereichs der Fahrt.
Statt den Integrator (oder Filter) 62 zu verwenden, kann das Signal DXD_ERR alternativ direkt durch die Logik 66 ohne einen Filter oder Integrator erfasst werden. In diesem Fall würde die Logik 66 den Wert von DXD_ERR am Ende (oder während) des Bereichs konstanter Geschwindigkeit der Fahrt in den Schritten 214, 224 (4) erfassen und DXD_ERR würde XDERR überall dort ersetzen, wo hierin darauf Bezug genommen wurde. Statt oder zusätzlich zum Filtern von DXD_ERR können alternativ die Eingabesignale zu Gleichung 4 für DXD_ERR gefiltert werden. Alternativ kann die VD_ERR-Berechnungslogik 50 VD_ERR nur dann berechnen, wenn die Motorgeschwindigkeit oberhalb einer bestimmten Geschwindigkeit ist oder wenn sie für eine vorbestimmte Zeitdauer bei der Arbeitsgeschwindigkeit war.
Obwohl die Erfindung mit Bezug auf deren beispielhafte Ausführungsformen beschrieben und veranschaulicht wurde, sollte von den mit dem Stand der Technik vertrauten Fachleuten verstanden werden, dass das vorangehend ausgeführte und verschiedene andere Änderungen, Auslassungen und Hinzufügungen durchgeführt werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung, wie er in den Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.

Claims

Verfahren zum Berechnen einer Rotorzeitkonstante τ_R eines Aufzugmotors, der durch eine feldorientierte Steuerung betrieben wird, aufweisend die folgenden Schritte: a) Setzen von τ_R auf einen Anfangswert; b) Fahren des Aufzugs in eine erste Richtung; c) Berechnen eines Fehlersignals V_dERR während der Aufzugfahrt wie folgt: VdERR = Vd – R1Id + (ωR + Iq/(IdτR))LσIqwobei: Id = d-Achsen-Strom Iq = q-Achsen-Strom Vq = q-Achsen-Spannung ω_R = Motorgeschwindigkeit R₁ = Motorstatorwiderstand Lσ = Motortransienteninduktivität wobei Vd, Id, Iq, ω_R Signale sind, die von der feldorientierten Steuerung geliefert werden; wobei R₁ und Lσ vorbestimmte Motorkonstanten sind; d) Berechnen eines Vorzeichen-angepassten Fehlersignals DXD_ERR während der Aufzugfahrt wie folgt: DXDERR = VdERR × (Vorzeichen von Iq) × (Vorzeichen von ωR); und e) Variieren von τ_R, Durchführen der Schritte (b) bis (d) und Bestimmen des Werts von τ_R, bei dem DXD_ERR gleich null ist innerhalb einer vorbestimmten Toleranz.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Variierens (e) aufweist: f) Variieren von τ_R, bis DXD_ERR das Vorzeichen ändert; und g) Durchführen eines Suchalgorithmus, um den Wert von τ_R zu bestimmen, bei dem DXD_ERR durch null geht innerhalb einer vorbestimmten Toleranz.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Suchalgorithmus ein Interpolieren zwischen den Werten von DXD_ERR und τ_R für aktuelle und vorangehende Aufzugfahrten umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt (d) ferner ein Filtern von DXD_ERR mit einem Filter während der Aufzugfahrt umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Filter einen Integrator aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (d) ferner die folgenden Schritte aufweist: i) Fahren des Aufzugs in eine zweite Richtung entgegengesetzt der ersten Richtung; j) Wiederholen der Schritte (c) bis (d) während der Aufzugfahrt in die zweite Richtung; und k) Berechnen des Durchschnittswerts von DXD_ERR für die zwei Aufzugfahrten als DXD_ERR.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Variierens (e) ferner aufweist: f) Variieren von τ_R und Durchführen der Schritte (c) bis (d) und (i) bis (k), bis DXD_ERR das Vorzeichen wechselt; und g) Durchführen eines Suchalgorithmus, um den Wert von τ_R zu bestimmen, bei dem DXD_ERR durch null geht innerhalb einer vorbestimmten Toleranz.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Suchalgorithmus ein Interpolieren zwischen den Werten von DXD_ERR und τ_R für aktuelle und vorangehende Aufzugfahrten umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schritte (a) bis (e) beim Empfangen einer Anweisung von einem Wartungswerkzeug automatisch durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Schritte (a) bis (e) und (i) bis (k) beim Empfangen einer Anweisung von einem Wartungswerkzeug durchgeführt werden.
Aufzugsteuerung (7), aufweisend eine Logik (48), die eine Motorzeitkonstante τ_R für eine Regulator/Motorantriebsvorrichtung (20) mit feldorientiertem Strom durch Fahren des Aufzugs aufwärts und abwärts automatisch berechnet, wobei ein Durchschnitt eines Vorzeichen-angepassten Fehlersignals DXD_ERR für die Aufwärts-/Abwärtsfahrt berechnet wird, und wobei τ_R variiert wird und der Wert von τ_R bestimmt wird, bei dem der Durchschnitt von DXD_ERR für die Aufwärts- und die Abwärtsfahrt gleich null ist innerhalb einer vorbestimmten Toleranz.