ES2230007T3 - Aparato y metodo de control de un accionador de motor lineal para puerta. - Google Patents
Aparato y metodo de control de un accionador de motor lineal para puerta.Info
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Abstract
Un sistema de control para un operador de puerta para mover una puerta, incluyendo: medios de detección de posición a acoplar a una puerta móvil por un operador de puerta para detectar la posición de la puerta y generar una señal de posición; medios de detección de aceleración a acoplar a la puerta para detectar la aceleración de la puerta y generar una señal de aceleración; medios de integración para integrar la señal de aceleración para generar una primera señal de velocidad; medios diferenciadores para diferenciar la señal de posición para generar una segunda señal de velocidad; medios de filtro para mezclar la primera y la segunda señal de velocidad para generar una señal de velocidad filtrada; y medios de control para controlar la velocidad de la puerta en respuesta a la señal de velocidad filtrada y la posición de la puerta.
Description
Aparato y método de control de un accionador de
motor lineal para puerta.
La presente invención se refiere a un sistema y
método de control para mover una puerta, y se refiere más en
particular a un sistema de control para un operador de puerta de
ascensor de motor lineal.
Los sistemas anteriores de puerta de ascensor que
emplean motores de inducción lineales unilaterales generan
típicamente grandes fuerzas de atracción entre el primario y el
secundario del motor. La gran fuerza de atracción hace difícil
mantener un intervalo de aire deseablemente pequeño (es decir, 1 mm)
entre el primario y secundario. Además, la alta fuerza de atracción
puede dar lugar a niveles de vibración inaceptables. Tales sistemas
de control también emplean típicamente un codificador de posición
para controlar la posición de la puerta móvil de ascensor en función
del tiempo en una operación de apertura y cierre de puerta. Un
inconveniente de los sistemas de control de puerta que usan un
codificador de posición solo es que tales codificadores tienden a
ser caros y requieren alta resolución y sofisticado procesado de
señal asociado.
Por lo tanto, un objeto de la presente invención
es proporcionar un sistema de control para un operador de puerta de
ascensor de motor lineal que evita los inconvenientes y desventajas
de tales sistemas de control de la técnica anterior.
La invención se define en las reivindicaciones 1,
9 y 17.
En un aspecto de la presente invención, un
sistema de control para un operador de puerta para mover una puerta
incluye unos medios de posición a acoplar a la puerta para detectar
la posición de la puerta y generar una señal de posición. Se ha de
acoplar unos medios de aceleración a la puerta para detectar la
aceleración de la puerta y generar una señal de aceleración. Unos
medios de integración integran la señal de aceleración para generar
una primera señal de velocidad. Unos medios diferenciadores
diferencian la señal de posición para generar una segunda señal de
velocidad. Unos medios de filtro mezclan las señales de velocidad
primera y segunda para generar una señal de velocidad filtrada, y
unos medios de control controlan la velocidad de la puerta en
respuesta a la posición y la velocidad de la puerta.
En un segundo aspecto de la presente invención,
un sistema de control para un operador de puerta para mover una
puerta incluye un controlador de posición que tiene una entrada y
una salida. Un primer circuito sumador tiene una entrada positiva,
una entrada negativa y una salida. La entrada positiva del primer
circuito sumador es para recibir una señal de dictado de posición;
la entrada negativa es para recibir una señal de realimentación de
posición, y la salida del primer circuito sumador está acoplada a la
entrada del controlador de posición. Un controlador de velocidad
tiene una entrada, y una salida para comunicar con un operador de
puerta. Un segundo circuito sumador tiene una entrada positiva, una
entrada negativa y una salida. La entrada positiva del segundo
circuito sumador está acoplada a la salida del controlador de
posición; la entrada negativa es para recibir una señal de
realimentación de velocidad, y la salida del segundo circuito
sumador está acoplada a la entrada del controlador de velocidad. Un
sensor de posición y un sensor de aceleración tienen una entrada y
una salida. La entrada de cada uno del sensor de posición y el
sensor de aceleración se ha de acoplar a la puerta móvil por el
operador de puerta. Una salida del sensor de posición está acoplada
a la entrada negativa del primer circuito sumador para transmitirle
la señal de realimentación de posición. Un integrador tiene una
entrada y una salida. La entrada del integrador está acoplada a la
salida del sensor de aceleración. Un diferenciador tiene una entrada
y una salida. La entrada del diferenciador está acoplada a una
salida del sensor de posición. Un filtro mezclador tiene primeras y
segundas entradas y una salida. La primera entrada del filtro
mezclador está acoplada a la salida del integrador; la segunda
entrada está acoplada a la salida del diferenciador, y la salida que
transporta la señal de realimentación de velocidad está acoplada a
la entrada negativa del segundo circuito sumador.
En un tercer aspecto de la presente invención, un
método de controlar un operador de puerta que mueve una puerta
incluye detectar la aceleración de una puerta móvil y generar una
señal de aceleración a partir de ella. Se genera una primera señal
de velocidad a partir de la señal de aceleración. Se detecta la
posición de la puerta móvil y se genera una señal de posición a
partir de ella. Se genera una segunda señal de velocidad a partir de
la señal de posición, y la primera señal de velocidad y la segunda
señal de velocidad se mezclan para generar una señal de velocidad
filtrada para controlar el movimiento de la puerta.
Una ventaja de la presente invención es que el
sistema de control ofrece buena regulación en bucle cerrado de la
velocidad de la puerta para garantizar una operación bien
amortiguada o controlada.
Una segunda ventaja es que el sistema de control
define el movimiento de la puerta usando perfiles simples de
posición en función del tiempo.
Una tercera ventaja es que el sistema de control
obtiene una señal de realimentación de velocidad de alta calidad
empleando un codificador lineal y acelerómetro baratos.
Una cuarta ventaja es el uso de excitación de
motor de voltaje o corriente variable a una frecuencia constante
para simplificar el control y minimizar las fuerzas y vibraciones
normales indeseables en la dinámica de la puerta.
Otros objetos y ventajas de la presente invención
serán evidentes en vista de la siguiente descripción detallada y los
dibujos acompañantes.
La figura 1 ilustra esquemáticamente un sistema
de control de puerta de ascensor que realiza la presente
invención.
La figura 2 es una vista en perspectiva de un
operador de puerta que emplea el sistema de control de puerta de la
figura 1.
La figura 3 es una vista esquemática en alzado
lateral del operador de puerta de la figura 2.
La figura 4 es un diagrama operativo de bloques
del sistema de control de puerta de ascensor de la figura 1.
La figura 5 es un diagrama operativo de bloques
del bloque de control del sistema de control de ascensor ilustrado
en la figura 4.
La figura 6 es un diagrama operativo de bloques
del bloque de accionamiento/motor del sistema de control de puerta
de ascensor ilustrado en la figura 4.
La figura 7A es un perfil de puerta de ascensor
cerrada que ilustra la posición de la puerta en función del
tiempo.
La figura 7B es un perfil de puerta de ascensor
abierta que ilustra la posición de la puerta en función del
tiempo.
La figura 8 es un diagrama operativo de bloques
del bloque de filtro de mezcla del sistema de control de puerta de
ascensor ilustrado en la figura 4.
La figura 9A es un gráfico que ilustra el dictado
de posición de puerta y la posición de la puerta en función del
tiempo para una operación de apertura de puerta.
La figura 9B es un gráfico que ilustra el error
de posición de puerta en función del tiempo para una operación de
apertura de puerta.
La figura 9C es un gráfico que ilustra la
velocidad de la puerta en función del tiempo para una operación de
apertura de puerta.
La figura 9D es un gráfico que ilustra la fuerza
motriz en función del tiempo para una operación de apertura de
puerta.
La figura 10A es un gráfico que ilustra el
dictado de posición de puerta y la posición de la puerta en función
del tiempo para una operación de inversión de puerta.
La figura 10B es un gráfico que ilustra el error
de posición de puerta en función del tiempo para una operación de
inversión de puerta.
La figura 10C es un gráfico que ilustra la
velocidad de la puerta en función del tiempo para una operación de
inversión de puerta.
La figura 10D es un gráfico que ilustra la fuerza
del motor en función del tiempo para una operación de inversión de
puerta.
La figura 11 es un diagrama operativo de bloques
de un procedimiento de inicialización del sistema de control de
puerta de ascensor de la figura 1.
Con referencia a las figuras 1-3,
un sistema de control de puerta de ascensor (sistema de control) que
realiza la presente invención se designa en general con el número de
referencia 10. Un ejemplo de un operador de puerta que emplea el
sistema de control 10 se designa en general 12 (véase las figuras 2
y 3); sin embargo, también se pueden emplear otros operadores de
puerta con el sistema de control.
El sistema de control 10 a describir ofrece buena
regulación en bucle cerrado de la velocidad de puerta para
garantizar una operación bien amortiguada o controlada. En segundo
lugar, el sistema de control 10 define el movimiento de la puerta
usando perfiles simples de posición en función del tiempo. En tercer
lugar, el sistema 10 obtiene una señal de realimentación de
velocidad de alta calidad empleando un codificador lineal y
acelerómetro. En cuarto término, el uso de excitación de motor de
voltaje o corriente variable a una frecuencia constante simplifica
el control y minimiza las fuerzas y vibraciones normales indeseables
en la dinámica de la puerta.
El operador de puerta 12, preferiblemente un
operador de puerta de motor lineal (LIM), incluye una cabecera 14,
un conjunto de cabecera/pista 16 que soporta un motor lineal que
tiene un primario de motor 18 y un secundario de motor 20. Un
sistema de soporte 22 facilita el movimiento relativo entre el
primario de motor 18 y el secundario de motor 20. Una corredera de
puerta 24 está acoplada al secundario de motor 20 para movimiento
con el secundario de motor a lo largo de la longitud del conjunto de
cabecera/pista 16. Un codificador 26, tal como un codificador lineal
o de aletas, detecta la posición de una puerta de ascensor asociada
28 (véase la figura 3) a lo largo de la longitud del conjunto de
cabecera/pista 16. Un dispositivo de enclavamiento 30 acopla la
puerta de ascensor 28 y la puerta de caja asociada (no representada)
una a otra para moverlos al unísono.
Con referencia a la figura 1, el sistema de
control 10 incluye un controlador de posición 32 para recibir la
diferencia entre una señal de dictado de posición 34 y una señal de
realimentación de posición 36 mediante un primer bloque sumador 38.
Una entrada de un controlador de velocidad 40 recibe una señal
mediante un segundo bloque sumador 41 que es la diferencia entre la
señal de salida del controlador de posición 32 y una salida de un
filtro mezclador convencional 42, cuya finalidad se explica más
adelante. Preferiblemente, el controlador de posición 32 y el
controlador de velocidad 40 son controladores proporcionales. Una
sección de dinámica de puerta 44, que incluye un controlador de
motor, el mecanismo de accionamiento y motor de puerta, y un sistema
de puerta, recibe una señal de control de velocidad generada por el
controlador de velocidad 40 para mover la puerta de ascensor 28 a la
velocidad adecuada en función de su posición. Un sensor de
aceleración o acelerómetro 48, que comunica con la puerta de
ascensor 28 dentro de la sección de dinámica de puerta 44, tiene una
salida acoplada a una entrada de un integrador 50 que se puede
implementar por hardware o software para generar una primera señal
de velocidad del sensor de aceleración. Una salida del integrador 50
está acoplada a una primera entrada 52 del filtro mezclador 42. Un
sensor de posición 54 comunica con la puerta de ascensor 28 dentro
de la sección de dinámica de puerta 44. El sensor de posición 54 es
preferiblemente un codificador lineal, tal como un codificador
barato y convencional incluyendo una tira perforada de metal que
emplea detección óptica. Una salida del sensor de posición 54 está
acoplada a un diferenciador 56 para generar una segunda señal de
velocidad del sensor de posición, y a una entrada negativa del
primer circuito sumador para transmitirle la señal de realimentación
de posición. Una salida del diferenciador 56 está acoplada a una
segunda entrada del filtro mezclador 42. Una señal de salida del
filtro mezclador 42 que forma una señal de realimentación de
velocidad se resta de la señal de salida del controlador de posición
32 en el segundo bloque sumador 41.
El motor lineal de la realización de la figura 1
es un motor de inducción lineal unilateral controlado por corriente
o voltaje (SLIM) empleado en un sistema de puerta de motor lineal de
rango medio (MRLIM). El empleo de un SLIM es atractivo a causa del
bajo costo. El elemento excitado o secundario de motor 20 en el
operador MRLIM es preferiblemente una lámina resistente de cobre
unida a una estructura de hierro que proporciona un recorrido de
retorno del flujo y rigidez. Se ha descubierto que se logra un
control de fuerza preciso, rápido y resistente en un mecanismo de
accionamiento de puerta SLIM mitigando la fuerza de atracción
potencialmente grande entre el primario de motor 18 y el secundario
de motor 20. Esto se lleva a cabo con un SLIM y el uso de una
excitación de corriente o voltaje variable del motor lineal a una
frecuencia generalmente constante en el rango de aproximadamente 15
Hz a aproximadamente 30 Hz para minimizar la fuerza de atracción, y
más preferiblemente a una frecuencia generalmente constante de
aproximadamente 15 Hz para minimizar también los efectos acústicos
(es decir, las vibraciones). La frecuencia de excitación de motor es
suficientemente alta para mitigar la fuerza normal indeseable y
suficientemente baja para reducir el riesgo de excitar modos
estructurales en la puerta de ascensor y para garantizar que las
vibraciones que se produzcan estén cerca de lo inaudible. El motor
lineal opera preferiblemente a resbalamiento alto, actuando por ello
más como un accionador de fuerza que como un motor de inducción. No
hay que determinar la velocidad del elemento excitado (es decir, el
secundario de motor 20) para obtener buen control de fuerza. La
constante de tiempo del motor está en el rango, por ejemplo, de 5
ms, que la hace altamente controlable sin recurrir a una técnica de
control vectorial más compleja y cara. Se emplea levitación
magnética para compensar la fuerza de atracción entre el primario de
motor 18 y el hierro en el secundario de motor 20. Sin tal
consideración de la fuerza de atracción, sería difícil mantener un
intervalo de aire deseablemente pequeño, por ejemplo, de 1 mm
entremedio. Además, una fuerza de atracción alta puede dar lugar a
niveles inaceptables de vibración de la puerta.
En la operación, se integra una señal de
aceleración generada por el sensor de aceleración o acelerómetro 48
para proporcionar la primera señal de velocidad que es una
estimación muy suave y exacta de la velocidad de la puerta en un
período de tiempo breve. La señal de posición generada por el sensor
de posición 54 se diferencia (numéricamente) para obtener la segunda
señal de velocidad que es una estimación de velocidad ruidosa, pero
sin deriva. El filtro mezclador 42 realizado el suavizado de la
segunda señal de velocidad derivada del sensor de posición 54, quita
el error de deriva de la primera señal de velocidad derivada del
acelerómetro 48, y combina después las dos señales de velocidad para
generar una señal de velocidad filtrada que es una estimación exacta
y muy suave de la velocidad de la puerta. La señal de velocidad se
obtiene, en algunos dispositivos de la técnica anterior, por medio
de un codificador de posición solo, pero tal codificador es caro y
requiere alta resolución, y no puede ser tan resistente y fiable
como un codificador de resolución basta fabricado de acero
perforado. Además, si solamente se emplease un codificador, se
requeriría un procesado de señal más sofisticado si la resolución no
es alta.
La figura 4 ilustra un diagrama operativo de
bloques que describe el sistema de control de puerta de ascensor 10
con mayor detalle. El diagrama operativo de bloques modela una de
varias implementaciones posibles del sistema de control de puerta
10. El bloque 60 es el controlador de motor cuya operación se
representa más plenamente en la figura 5. Con respecto a la
corriente de motor, el controlador de motor 60 modelado toma la raíz
cuadrada del valor absoluto de la entrada recibida del controlador
de velocidad 40 y después le asigna el signo de la entrada (bloque
62 de la figura 5). Se incluye un factor de escala en la operación.
La función signo 62 es +1 o -1 dependiendo del signo de su
argumento. El valor de kmotor se define, a modo de ejemplo, como
200/7,5^2 de manera que una corriente de motor de 7,5 amps da lugar
a una fuerza deseada de 200 N aplicada a la puerta de ascensor.
Con referencia a la figura 6, un bloque de
accionamiento/motor 66 de la figura 4 modela el motor como un
retardo de 20 ms. El bloque de accionamiento/motor 66 modela además
la característica cuadrática, la saturación y el enganche parcial
del secundario de motor. La salida del bloque de accionamiento/motor
66 es una fuerza que se aplica a la puerta de ascensor, como se
ilustra en un bloque de sistema de puerta 68 de la figura 4. El
bloque de accionamiento/motor 66 incluye preferiblemente un modelo
de acoplador, y el modo traslacional primario y un modo rotacional.
El modo rotacional puede ser excitado si la aplicación de fuerza de
la puerta de ascensor no es coincidente con el centro de gravedad.
La posición de la dinámica de puerta de ascensor se cuantifica en
incrementos aproximados de, por ejemplo, 1,0 mm con un codificador
lineal barato, ilustrado en la figura 4 por el bloque codificador
70. Una salida del bloque codificador 70 se escala de metros a
milímetros usando un bloque de escala 72. La señal escalada resulta
entonces la señal de realimentación de posición que se alimenta al
primer bloque sumador 38.
La entrada al primer bloque sumador 38 es la
señal de dictado "dict". Esta señal se obtiene inyectando al
bloque 74 una definición lineal de trazos de la posición en función
del tiempo deseado para operación de la puerta. Esta señal se filtra
usando un filtro de retardo de 0,2 segundo 76 para obtener
"dict". El filtro de retardo 76 suaviza las transiciones
bruscas en la señal de dictado de posición lineal de trazos.
Las figuras 7A y 7B son ejemplos que ilustran los
perfiles deseados de posición de la puerta en función del tiempo
para operaciones de apertura y cierre, respectivamente. Con
referencia a la figura 7A, por ejemplo, la puerta de ascensor, que
se puede mover 1086 mm de su posición abierta a la cerrada, está en
una posición abierta o de referencia de 0 mm a la inicialización de
una operación de cierre de puerta (es decir, en el tiempo = cero),
en una posición de 50 mm de esta posición inicial en un tiempo de
0,3 segundos a la operación de cierre de puerta, en una posición de
1000 mm en un tiempo de 3,3 segundos a la operación de cierre de
puerta, y en una posición totalmente cerrada de 1086 mm a 3,8
segundos y después a la operación de cierre de puerta.
Con referencia a la figura 7B, por ejemplo, la
puerta de ascensor que se puede mover 1086 mm de su posición cerrada
a la abierta está en una posición cerrada o de referencia de 0 mm a
la inicialización de una operación de apertura de puerta (es decir,
al tiempo = cero), en una posición de 50 mm de esta posición inicial
en un tiempo de 0,3 segundos a la operación de apertura de puerta,
en una posición de 1000 mm en un tiempo de 2,0 segundos a la
operación de apertura de puerta, y en una posición totalmente
abierta de 1086 mm a 2,5 segundos y después a la operación de
apertura de puerta. El perfil de cierre de puerta es más lento que
el perfil de apertura de puerta por la razón obvia de la seguridad
de los pasajeros.
Con referencia de nuevo a la figura 4, ahora se
describirá el bucle de velocidad del diagrama operativo de bloques.
El bloque 80 o "vel_calc" calcula la velocidad de la puerta a
partir de la señal de posición cuantificada generada por el
codificador 70. Se determina el número de incrementos de posición en
dos ciclos. El número de incrementos de posición se multiplica por
la cuantificación de posición y después divide por dos períodos de
reloj para proporcionar una estimación de la velocidad de la puerta.
Se emplea un tiempo de muestreo de 5 ms, por ejemplo. La
cuantificación de la velocidad es algo basta, tal como 1,0 mm/ 0,01
s = 100 mm/s.
La señal de salida del bloque de cálculo de
velocidad 80 se acopla al filtro mezclador 42 y a un bloque de media
móvil 82 (véase la figura 4) cuya señal de salida se denomina
"vel_view". La señal "vel_view" es el resultado de una
media móvil de seis puntos. Esta señal se utiliza para comprobar la
velocidad excesiva de la puerta (véase la figura 11). Además, esta
señal de velocidad se puede emplear solo para inicializar el
operador de puerta.
El bucle de velocidad se cierra usando la señal
del filtro mezclador 42, que tiene una operación como la modelada,
por ejemplo, en la figura 8. La señal de velocidad del codificador
se pasa por un filtro de retardo de 0,16 84 que elimina la mayor
parte del ruido de alta frecuencia en la señal de velocidad
filtrada, pero introduce un retardo de tiempo intolerable (evita el
cierre del bucle de velocidad suficientemente rápida). Este problema
se resuelve introduciendo la señal de velocidad derivada del
acelerómetro montado en puerta. La señal del acelerómetro tiene una
respuesta de frecuencia alta excelente, pero es errónea a
frecuencias bajas a causa de un desvío producido por las
imperfecciones y sensibilidad a la aceleración gravitacional. El
desvío o desviación da lugar a un error creciente en la estimación
de velocidad realizada por integración.
El filtro mezclador 42 realiza la operación:
encoder_vel*filter_transfer_fcn +
accel_deri-
ved_vel*(1-filter_transfer-fcn)
ved_vel*(1-filter_transfer-fcn)
donde:
"encoder_vel" es la primera señal de
velocidad derivada del sensor de posición,
"filter_transfer_fcn" es la función de
transferencia del filtro mezclador, y
"accel_derived_vel" es la segunda señal de
velocidad derivada del sensor de aceleración.
La operación del filtro mezclador 42 permite la
obtención de la excelente respuesta de señal de baja frecuencia del
codificador y la excelente respuesta de alta frecuencia del
acelerómetro. La técnica da lugar a una estimación limpia,
esencialmente sin desvío, de la velocidad de la puerta.
Como se representa en la figura 4, el bloque 86
introduce desvíos de aceleración en la operación. Para un desvío de,
por ejemplo, 0,1 M/s2 (10 mg), el error de parada en rellano es
aproximadamente 4 mm. Si la constante de tiempo del filtro mezclador
se reduce de 160 ms a 80 ms, el error de parada en rellano disminuye
a 2 mm y la inestabilidad en la velocidad mezclada aumenta sólo
ligeramente. El sistema de control 10 opera adecuadamente con un
filtro de 160 ms. Es importante poner a cero la salida del
acelerómetro antes de cada operación de la puerta para garantizar
que el sistema 10 opere correctamente. Esta puesta a cero se lleva a
cabo fácil y rápidamente en un sistema de control basado en
ordenador.
Como se representa en la figura 4, los bloques
88-92 se emplean para modelar la integración de la
señal del acelerómetro. La aceleración se dirige a un bloque sumador
88 al que se puede inyectar desvío. La salida del bloque sumador 88
está acoplada a un integrador discreto 90. El bloque 92 con ganancia
1000 se emplea para convertir la señal de aceleración integrada de
metros/s a milímetros/s.
Pasando ahora a las figuras
9A-9D, se ilustra un ejemplo del rendimiento del
sistema de control 10 en una puerta de corredera única de 1,1 metro,
200 kg. La señal de dictado de posición y posición real de la puerta
son identificadas respectivamente por curvas 100, 102 en la figura
9A. El dictado se define usando una curva "S" que consta de
cuatro líneas rectas. La suavidad del dictado enviado al controlador
de posición 32 es el resultado de emplear el filtro de retardo de
200 ms 76. El retardo de seguimiento en el control de posición es
aproximadamente 1/4 segundo.
Como se representa en la figura 9B, una curva de
posición de la puerta en función del tiempo 104 ilustra un tiempo de
vuelo de 3,5 segundos y una exactitud de parada en rellano de 1,0
mm. Con referencia a la figura 9C, una curva de velocidad de la
puerta en función del tiempo 106 es suave a excepción del período de
enganche con el acoplador. La curva 106 es la velocidad real de la
puerta denominada "vel1" en la figura 4. La curva 106 es un
gráfico de la velocidad de la puerta determinada por el filtro
mezclador 42 superpuesta sobre la velocidad real de la puerta. A
todos los efectos prácticos, las velocidades de la puerta
determinadas por el filtro mezclador 42 y "vel1" son idénticas.
Si se ha visualizado "vel_calc" (velocidad determinada usando
solamente un codificador), la señal de velocidad habría mostrado
pasos de cuantificación a intervalos de 100 mm/s. La complementación
del codificador con un acelerómetro da lugar a mejoras drásticas en
la estimación de la velocidad. Con referencia a la figura 9D, la
curva 108 que ilustra la fuerza en función del tiempo muestra el
motor al borde de la saturación durante la aceleración. Indica que
el motor puede dar un rendimiento aceptable.
La operación de cierre es similar a la operación
de apertura, pero la velocidad se limita preferiblemente para evitar
que exceda de una energía cinética de 10 Joules
(Watt-s). El tiempo de vuelo es aproximadamente 4,8
segundos. Se requiere una fuerza superior a 100 N durante
aproximadamente 1/4 segundo, y una fuerza máxima es aproximadamente
150 N.
Un ejemplo de emplear el sistema de control 10 en
una operación de inversión de puerta se representa en las figuras
10A-10D. Se lleva a cabo inversión rápida de la
puerta, por ejemplo, por dictado directo de 200 N de fuerza de
inversión durante un período de tiempo igual al momento/200, donde
momento es el producto de la masa y velocidad del sistema. Al inicio
de un pulso de inversión, se ordena inmediatamente un perfil de
apertura. Todas las inversiones se pueden realizar en menos de 60
mm. Los gráficos de las figuras 10A-10D ilustran,
por ejemplo, la orden de una inversión de puerta en una posición
semicerrada que empieza a 2,06 segundos a una operación de cierre.
Como se representa en la figura 10A, la señal de dictado de posición
y la posición real de la puerta se identifican respectivamente por
las curvas 200, 202. Como se representa en la figura 10B, la
posición de la puerta en función del tiempo se ilustra con la curva
204. Con referencia a la figura 10C, la velocidad de la puerta en
función del tiempo se ilustra con la curva 206, y la fuerza en
función del tiempo se ilustra con la curva 208 en la figura 10D.
Se ilustra un procedimiento de inicialización a
modo de ejemplo con referencia al diagrama de bloques operativos de
la figura 11. Una puerta de ascensor se pone en funcionamiento
usando solamente un control de velocidad. El dictado de velocidad
sube, por ejemplo, hasta 100 mm/s en 100 ms en el bloque de entrada
300. La fuerza de puerta se limita a menos del valor completo para
evitar problemas potenciales relacionados con el bloqueo de la
puerta, etc. La puerta se cierra hasta que encuentra un sensor de
posición cerrada convencional. El codificador de posición 70 se
inicializa entonces a cero y el dictado de velocidad se establece a
cero. Después se ordena que la puerta de ascensor se abra a 100 mm/s
hasta que se dispara un sensor de posición abierta convencional.
Entonces se registra la anchura de la entrada y se ordena que la
velocidad sea cero.
La anchura de la puerta y la masa del sistema se
utilizan para establecer las ganancias de los bucles de velocidad y
posición y para determinar los perfiles de apertura y cierre.
Entonces puede empezar el funcionamiento normal de la puerta. El
control de velocidad de inicialización tiene preferiblemente una
respuesta más lenta que el control usado para operar normalmente. La
ganancia del bucle de velocidad es preferiblemente aproximadamente
1/4 del utilizado en el modo normal. La señal de realimentación de
velocidad realimentada al controlador de velocidad es
"vel_view" como se representa en la figura 11. La señal
"vel_view" se obtiene, por ejemplo, determinando el cambio de
posición durante dos pulsos de reloj, dividiendo por dos períodos de
reloj, y pasando después el resultado por un filtro de media móvil
de seis ciclos.
El sistema de control de puerta de ascensor que
realiza la presente invención representado y descrito ofrece varias
ventajas. En primer lugar, el sistema de control se puede emplear
con motores lineales baratos y resistentes. En segundo térmico, la
generación de la fuerza preestablecida del motor no depende del uso
de un codificador. En tercer lugar, se minimizan las vibraciones del
motor puesto que la fuerza de atracción del motor lineal se mantiene
a un nivel bajo. En cuarto lugar, el control de motor es fácil de
regular.
Aunque la presente invención se ha descrito en
una realización preferida, se entenderá que se puede hacer numerosas
modificaciones sin apartarse de la invención. Por consiguiente, la
presente invención se ha descrito en una realización preferida a
modo de ilustración, en vez de limitación.
Claims (20)
1. Un sistema de control para un operador de
puerta para mover una puerta, incluyendo:
medios de detección de posición a acoplar a una
puerta móvil por un operador de puerta para detectar la posición de
la puerta y generar una señal de posición;
medios de detección de aceleración a acoplar a la
puerta para detectar la aceleración de la puerta y generar una señal
de aceleración;
medios de integración para integrar la señal de
aceleración para generar una primera señal de velocidad;
medios diferenciadores para diferenciar la señal
de posición para generar una segunda señal de velocidad;
medios de filtro para mezclar la primera y la
segunda señal de velocidad para generar una señal de velocidad
filtrada; y
medios de control para controlar la velocidad de
la puerta en respuesta a la señal de velocidad filtrada y la
posición de la puerta.
2. Un sistema de control como el definido en la
reivindicación 1, donde los medios de detección de posición son un
codificador lineal.
3. Un sistema de control como el definido en la
reivindicación 1, donde los medios de detección de posición son un
codificador lineal incluyendo una tira de metal perforada que emplea
detección óptica.
4. Un sistema de control como el definido en
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, incluyendo además un motor
que comunica con los medios de control para mover la puerta.
5. Un sistema de control como el definido en
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, incluyendo además un motor
lineal unilateral que comunica con los medios de control para mover
la puerta.
6. Un sistema de control como el definido en la
reivindicación 4 o 5, incluyendo además medios para excitar el motor
a una frecuencia generalmente constante.
7. Un sistema de control como el definido en la
reivindicación 4 o 5, incluyendo además medios para excitar el motor
a una frecuencia generalmente constante en el rango de desde
aproximadamente 15 Hz a aproximadamente 30 Hz.
8. Un sistema de control como el definido en la
reivindicación 4 o 5, incluyendo además medios para excitar el motor
a una frecuencia generalmente constante de aproximadamente 15
Hz.
9. Un sistema de control para un operador de
puerta para mover una puerta, incluyendo:
un controlador de posición que tiene una entrada
y una salida;
un primer circuito sumador que tiene una entrada
positiva, una entrada negativa y una salida, la entrada positiva
destinada a recibir una señal de dictado de posición, la entrada
negativa destinada a recibir una señal de realimentación de
posición, y estando acoplada la salida del primer circuito sumador a
la entrada del controlador de posición;
un controlador de velocidad que tiene una
entrada, y una salida para controlar el operador de puerta;
un segundo circuito sumador que tiene una entrada
positiva, una entrada negativa y una salida, estando acoplada la
entrada positiva a la salida del controlador de posición, la entrada
negativa destinada a recibir una señal de realimentación de
velocidad, y estando acoplada la salida del segundo circuito sumador
a la entrada del controlador de velocidad;
un sensor de posición y un sensor de aceleración
teniendo cada uno una entrada y una salida, la entrada de cada uno
del sensor de posición y el sensor de aceleración a acoplar a la
puerta móvil por el operador de puerta, y la salida del sensor de
posición acoplada a la entrada negativa del primer circuito sumador
para transmitirle la señal de realimentación de posición;
un integrador que tiene una entrada y una salida,
la entrada a acoplar a la salida del sensor de aceleración;
un diferenciador que tiene una entrada y una
salida, la entrada a acoplar a una salida del sensor de posición;
y
un filtro mezclador que tiene primeras y segundas
entradas y una salida, la primera entrada acoplada a la salida del
integrador, la segunda entrada acoplada a la salida del
diferenciador, y la salida acoplada a la entrada negativa del
segundo circuito sumador para transmitirle la señal de
realimentación de velocidad.
10. Un sistema de control como el definido en la
reivindicación 9, donde el sensor de posición es un codificador
lineal.
11. Un sistema de control como el definido en la
reivindicación 9, donde el sensor de posición es un codificador
lineal incluyendo una tira de metal perforada que emplea detección
óptica.
12. Un sistema de control como el definido en
cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, incluyendo además un
motor acoplado a una salida del controlador de velocidad para mover
la puerta.
13. Un sistema de control como el definido en
cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, incluyendo además un
motor lineal unilateral acoplado a una salida del controlador de
velocidad para mover la puerta.
14. Un sistema de control como el definido en la
reivindicación 12 o 13, incluyendo además medios para excitar el
motor a una frecuencia generalmente constante.
15. Un sistema de control como el definido en la
reivindicación 12 o 13, incluyendo además medios para excitar el
motor a una frecuencia generalmente constante en el rango de desde
aproximadamente 15 Hz a aproximadamente 30 Hz.
16. Un sistema de control como el definido en la
reivindicación 12 o 13, incluyendo además medios para excitar el
motor a una frecuencia generalmente constante de aproximadamente 15
Hz.
17. Un método de controlar un operador de puerta
que mueve una puerta, incluyendo los pasos de:
detectar la aceleración de una puerta móvil y
generar una señal de aceleración a partir de ella;
generar una primera señal de velocidad a partir
de la señal de aceleración;
detectar la posición de la puerta móvil y generar
una señal de posición a partir de ella;
generar una segunda señal de velocidad de la
señal de posición; y
mezclar la primera señal de velocidad y la
segunda señal de velocidad para generar una señal de velocidad
filtrada para controlar el movimiento de la puerta.
18. Un método de controlar un operador de puerta
como el definido en la reivindicación 17, donde el paso de generar
una primera señal de velocidad incluye integrar la señal de
aceleración.
19. Un método de controlar un operador de puerta
como el definido en la reivindicación 17 o 18, donde el paso de
generar la segunda señal de velocidad incluye diferenciar la señal
de posición.
20. Un método de controlar un operador de puerta
como el definido en cualquiera de las reivindicaciones 17 a 19,
incluyendo además el paso de energizar un motor lineal a una
frecuencia constante con la señal de velocidad filtrada para mover
la puerta.
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