FI111932B - Menetelmä hissin nopeuden säätöön ja hissijärjestelmä - Google Patents

Description

111932 MENETELMÄ HISSIN NOPEUDEN SÄÄTÖÖN JA HISSIJÄRJESTELMÄ

Keksintö kohdistuu patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukaiseen hissin nopeuden säätöön ja patenttivaatimuksen 7 johdanto-osassa mainittavaan hissijärjestelmään.

5 Hissin nopeuden säädössä usein esiintyvänä ongelmana ovat erilaiset häiriöt nopeussäädön takaisinkytkentäsilmukassa. Häiriöt vaikuttavat hissiä käyttävän moottorin ulostulosta saatavan vasteen laatuun huonontavasti ja heikentää sitä kautta hissin ajomukavuutta.

10

Hissisovelluksessa voimanlähteeksi voidaan valita erilaisia moottoreita. Esimerkiksi tasavirtamoottori, oikosulkumoottori, vaihtovirtamoottori tai synkronimoottori. Näiden moottorien pyörimisnopeuden säätö toteutetaan eri tavoilla. Tasa-15 virtamoottorissa nopeussäätö toteutetaan moottorille menevää jännitettä ja virtaa säätämällä siten, että hukataan ylimääräinen teho esimerkiksi vastukseen. Ongelmana on suuri teho-häviö. Vaihtovirtamoottorien perinteinen nopeussäätö on toteutettu jättämän säätönä. Tämä vastaa häviötehon kasvatta-20 mistä ja on epätaloudellista. Vaihtovirtamoottorit ovat kui- * * tenkin hyötysuhteeltaan huomattavasti tasavirtamoottoreita * 1 parempia, mutta niiden perinteinen nopeussäätö aiheuttaa suu- * · · ! ·* ren tehohäviön. Vaihtovirtamoottorin taloudelliset edut hä- • · 35 *: viävät perinteisellä jättämäsäädöllä. Taajuusmuuttajakäytöllä • · • t l " 25 saadaan häviöteho pysymään varsin pienenä.

• * · • » ·

Hissin taajuusmuuttajakäytöllä tarkoitetaan vaihtovirtamoot- • torin ohjaamista muuttuvalla taajuudella ja muuttuvalla jän- • · » nitteellä. Verkosta otettava jännite on esimerkiksi 50 Hz:n 30 taajuista, olennaisen sinimuotoista vaihtovirtaa, joka taa-.··, juusmuuttajassa tasasuunnataan. Tämän jälkeen taajuusmuutta jassa tehdään uutta sinimuotoista vaihtovirtaa, jonka taajuus ja amplitudi muuttuvat taajuusmuuttajan ohjauksen mukaan. Uu-“* si vaihtovirta syötetään vaihtovirtamoottorille.

2 111932

Eräs yleisesti käytetty keino hissin nopeudenmittauksessa on käyttää analogiatakometria, josta saadaan vetopyörän pyörimisnopeuteen verrannollinen jännite. Jännitesignaalia suodatetaan ja skaalataan analogisilla komponenteilla, jonka jäl-5 keen signaali viedään analogia/digitaali-muuntimelle. Muunnin antaa digitaalisen nopeussignaalin, jota käytetään nopeussää-dössä.

Analogiatakometrilla tapahtuvassa nopeusmittauksessa ongelma-10 na on, että jännitteestä saatuun nopeussignaaliin syntyy häiriöitä takometrin pyörimisestä, konehuoneen sähköisistä häiriöistä ja analogia-digitaalimuunnoksen (jännitteestä nopeus-tiedoksi) resoluutiosta johtuen. Ongelmaa on yritetty poistaa suodattamalla jännitesignaalia analogiakomponenteilla ennen 15 AD-muunnosta. Suodatus aiheuttaa viiveen, jonka kasvaessa syntyy uusia häiriöitä.

Pienillä nopeuksilla, analogiatakometri antaa hyvin pienen jännitteen, jolloin analogiakomponenttien tarkkuusvaatimukset 20 ovat promilleluokassa. AD-muuntimessa on helpostikin offsettiä kymmeniä millivoltteja, joka on hissin nimellisnopeuden : 4.5 V signaalista lähempänä prosenttiluokkaa.

• · ·*·': Nopeusanturina voidaan käyttää resolveria, joka lähettää ;*·.! 25 paikkaan verrannolliset sini- ja kosinisignaalit. Näistä sig- ·*·,, naaleista resolveri/digitaali-muunnin (RD-muunnin) antaa kul- man muuttuessa pulssin. Itse nopeutta mitataan menetelmällä , jossa lasketaan tunnetussa ajanjaksossa RD-muuntimelta tule-vien pulssien lukumäärä (niin sanottu MT-menetelmä) . Tästä

» I

,*·. 30 saadaan edelleen laskettua nopeus. Resolveria käytettäessä • · • li digitaalisessa nopeussignaalissa esiintyy resolverin pyöri- » > » mistaajuudella ja sen moninkerroilla häiriöitä. Pienet nopeu- • * det aiheuttavat ongelmia, koska tällöin on käyttävissä huo-• '·· mättävän pieni pulssien lukumäärä. Mitattu nopeuden arvo 35 muuttuu helposti ja jää tyypillisesti värähtelemään joidenkin arvojen väliin. Koska resolveri on paikka-anturi ja mitataan 3 111932 nopeutta, niin muunnoksesta tulee oma kohinansa digitaaliseen signaaliin. Häiriöitä pyritään suodattamaan pois, mutta suodatus aiheuttaa samoja ongemia kuin käytettäessä takomet-risignaalia.

5

Joskus nopeustakaisinkytkennässä käytetään enkooderia, josta saadaan vetopyörän absoluuttinen paikka. Paikasta saadaan MT-menetelmällä nopeus. Enkoodereista on mahdollista saada digi-taalisignaali ulos, jolloin sähköiset häiriöt ovat pienempiä.

10 Pienillä nopeuksilla on kuitenkin resoluutio-ongelmia. Muutoinkin enkooderin käyttö johtaa samantapaisiin ongelmiin kuin resolverin käyttö, vaikka paikkatieto saadaankin suoraan digitaalisessa muodossa.

15 Keksinnön tarkoituksena on poistaa tunnetun tekniikan epäkohdat ja erityisesti aikaansaada uusi entisiä häiriöttömämpi hissin nopeussäätö. Perusajatus keksinnössä on muodostaa säädössä käytettävä takaisinkytkentäsignaali käyttäen muodostamisessa hissin mitattua nopeustietoa ja hissikäyttöä ohjaavaa 20 ohjetta. Yksityiskohtaisesti keksinnölle tunnusomaiset piir- .. . teet esitetään patenttivaatimuksissa.

• · •’*· Keksinnöllä voidaan merkittävästi vähentää mitatussa nopeu- • V dessa ja tätä kautta myös moottorin ulostulossa (momentissa) • · :* näkyvää häiriötä. Nimenomaan niin sanotut satunnaishäiriöt • * • '·· 25 tai oikeammin niiden haitalliset vaikutukset säätöön voidaan : eliminoida takaisinkytkentäsignaalista. Näin säätö tulee tar kemmaksi ja vakaammaksi. Keksintö soveltuu erinomaisen hel- : posti erilaisten hissin diskreettien nopeussäätöjen kanssa käytettäväksi. Samoin keksintöä voidaan käyttää erityyppisten 30 hissikäyttöjen kanssa.

* t ’...· Keksinnön avulla päästään suhteellisen huokealla merkittävään ajolaadun parantumiseen ja myös lisääntyneeseen säädön robus-tisuuteen. Robustisuuden ansiosta asennuksen ja huoltojen yhteydessä tehtävien säädön hienovirityksen tarve vähenee, mis- 4 111932 tä seuraa työn ja kustannusten väheneminen. Lisäksi hissin säätö pystyy sopeutumaan hissin olosuhteissa tapahtuviin muutoksiin, esimerkiksi siihen kuinka lämpötilan muutos vaikuttaa vasteeseen vaikkapa hissiohjäimien- ja johteiden välisen 5 kitkan muutoksen johdosta. Samaten voidaan kompensoida pitempiaikaisia muutoksia, joita ilmenee hissijärjestelmän ikääntyessä. Tämä adaptiivisuus saavutetaan käyttäen säädössä hissiä kuvaavaa mallia, joka on päivitettävissä. Päivitys on suoritettavissa usealla eri tavalla. Edullista on hakea sello lainen päivitysaikataulu, joka pitää mallin riittävän ajantasaisena, mutta joka ei kuormita liiallisesti käytettävissä olevaa laskentakapasiteettia.

Hissin nopeussäätöjärjestelmän voi yksinkertaistaen sanoa koostuvan neljästä osasta: ohjausjärjestelmästä, moottorikäy-15 töstä ja moottorista, hissistä ja sen mekaniikasta sekä no- peudenmittauksesta. Hissillä ja sen mekaniikalla tarkoitetaan tässä kokonaisuutta, johon kuuluu lähinnä hissikori, laitteet hissikorin liikkeen mekaaniseen ohjaukseen pitkin hissikuilussa olevaa rataa, keinot moottorin aikaan saaman liikevai-20 kutuksen välittämiseksi hissikorin liikkeeksi, esimerkiksi nostoköydet ja mahdollisesti tarvittavat vastapaino ja muut » · ^' laitteet. Moottorikäyttö välittää ohjausjärjestelmältä tule- • · · J. . vat hissin ohjauskäskyt hissille. Ohjausjärjestelmä saa nope- • · *. ustakaisinkytkentätiedon hissiltä nopeusmittauksen avulla.

25 * ·

Nopeusmittauksen ja ohjausjärjestelmän välinen raja voidaan • * · ‘ vetää siihen, kun nopeus-anturilta saatu nopeus on digitaali sessa muodossa. Nopeustakaisinkytkennän muunnokset ja skaala-•ti|* ukset on edullista tehdä samalla piirikortilla kuin nopeus- 30 säätökin, jolloin signaalin siirtomatka näiden toimintojen välillä saadaan lyhyeksi. Nopeusmittauksessa joudutaan taval-: : lisesti käyttämään suodatusta häiriöiden poistamiseksi. Suo- datus aiheuttaa viivettä nopeustakaisinkytkentään, joka edel-,·*>, leen johtaa nopeussäätösilmukan värähtelyyn.

I

35 5 111932

Hissin nopeuden ja paikan ohjaus tehdään ohjausjärjestelmässä, samoin kuin mahdollisesti kiihtyvyyden ja kiihtyvyyden muutosten ohjaus. Ohjausjärjestelmässä hissistä mitatulla no-peustakaisinkytkennällä tarkkaillaan nopeusohjeen toteutumis-5 ta ja tarvittaessa korjataan servon ja moottorin ohjausta. Moottorikäyttö sisältää taajuusmuuttajan ja moottorin. Nämä muokkaavat ohjausjärjestelmästä tulevan ohjeen momentiksi, joka siirtyy moottorin akselin ja tarvittaessa vaihteen välityksellä vetopyörälle. Taajuusmuuttajassa digitaalinen ohje 10 muutetaan analogisiksi moottorivaiheiden syöttöjännitteiksi. Muunnoksesta aiheutuu häiriöitä, jotka näkyvät vetopyörällä. Keksinnön avulla saadaan nämä häiriöt vähennettyä olennaisesti .

15 Keksintöä selostetaan seuraavassa keksinnön sovellusalaa sinänsä rajoittamattoman sovellusesimerkin avulla ja viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää kaaviomaisesti erästä tunnettua hissin no-20 peussäätösilmukkaa, kuvio 2 esittää kaaviomaisesti erästä toista tunnettua : ' : hissin nopeussäätösilmukkaa, : ·.. kuvio 3 esittää kaaviomaisesti erästä keksinnön mukaista hissin nopeussäätösilmukkaa, 25 kuvio 4 esittää kaaviomaisesti erästä toista keksinnön mu-i’·,, kaista hissin nopeussäätösilmukkaa, kuvio 5 esittää mallin identifiointia, kuvio 6 esittää hissin nopeusmittaustulosta ja vastaavaa . simuloitua nopeutta, 30 kuvio 7 esittää mittauskäyriä momenttiohjeesta ja kuvio 8 esittää mittauskäyriä nopeussignaalista.

• * * » i ·

* I

*,“ Kuviossa 1 on esillä kaaviomaisesti tunnetun tekniikan mukai- j '·· nen hissin nopeudensäätösilmukka. Kuviossa 1 nopeudensää- :tl/ 35 tösilmukka on jaettu neljään lohkoon, jotka ovat nopeussäätö 101, taajuusmuuttajan 102 ja moottorin 103 sisältävä hissi- 6 111932 käyttö 104, prosessiosana 105 oleva hissi 106 ja neljäntenä nopeuden oloarvon v0i0 takaisinkytkentänä tuottava nopeuden-mittaus 107. Nopeussäädössä säätäjä 110 muodostaa hissikäy-tölle ohjeen, tässä jännite- ja taajuusohjeen U0hje/fohje; his-5 sin ajamiseksi nopeusreferenssin vref mukaista nopeutta. Tavanomaisesti hissikäytölle muodostetaan jokin seuraavista ohjeista: jännite- ja taajuusohje, virta- ja taajuusohje, mo- menttiohje, kiihtyvyysohje. Lähtötietona tai -tietoina on tässä muodostamisessa tyypillisesti mukana paikka-, nopeus-10 tai kiihtyvyysreferenssi.

Nopeudenmittauksessa 107 hissin 106 nopeus mitataan esimerkiksi suoraan hissin 106 vetopyörältä analogitakometrillä 108, josta saadaan vetopyörän pyörimisnopeuteen verrannollinen jännite. Tarvittaessa takometriltä saatavaa jännitesig-15 naalia suodatetaan ja skaalataan analogisilla komponenteilla, minkä jälkeen signaali viedään A/D-muuntimelle 109. A/D-muunnin 109 antaa nopeussäädön 101 takaisinkytkentäsignaalik-si digitaalisen nopeussignaalin v0i0.

20 Kuviossa 2 on esillä kaaviomaisesti toinen tunnetun tekniikan mukainen hissin nopeudensäätösilmukka. Kuviossa 2 nopeuden- * · ' säätösilmukka on jaettu neljään lohkoon, jotka ovat nopeus- !. . säätö 121, jossa on säätäjä 130, servon 122 ja moottorin 123 * · · *. *. sisältävä hissikäyttö 124, prosessiosana 125 oleva hissi 126 • i * ‘ 25 ja neljäntenä nopeuden oloarvon v0j0 takaisinkytkentänä tuot- tava nopeudenmittaus 127.

• t t

Nopeudenmittauksessa 127 hissin 126 nopeus mitataan esimer- * _;* kiksi hissin 126 vetopyörältä resolverilla 128, josta saadaan 30 paikkaan verrannolliset sini- ja kosinisignaalit. Näistä sig- * « •V.: naaleista resolveri/digitaali-muunnin 129 antaa kulman muut- ί(ΐι! tuessa pulssin. Nopeus takaisinkytkennän nopeusoloarvo v0i0 muodostetaan M/T-menetelmällä, jossa lasketaan tunnetussa ,ajanjaksossa RD-muuntimelta tulevien pulssien lukumäärä. Täs-35 tä saadaan edelleen laskettua nopeus. Näin saadussa digitaa- 7 111932 lisessa nopeussignaalissa näkyy mm. resolverin pyörimistaa-juudella ja sen moninkerroilla häiriöitä. Pienet nopeudet aiheuttavat ongelmia, kun pulssien lukumäärä on huomattavan pieni. Mitattu nopeus muuttuu ja jää tyypillisesti värähtele-5 mään joidenkin arvojen väliin. Koska resolveri on paikka-anturi ja mitataan nopeutta, niin tästä tulee oma kohinansa digitaaliseen signaaliin.

Kuviossa 3 on esitetty kaaviomaisesti keksinnön mukainen his-10 sin nopeussäätösilmukka. Kuvion 3 nopeudensäätösilmukka on jaettu viiteen lohkoon, jotka ovat nopeussäätö 1, servon 2 ja moottorin 3 sisältävä momenttisäätöinen hissikäyttö 4, pro-sessiosana 5 oleva hissi 6, nopeuden oloarvon v0i0 takaisin-kytkentää varten tuottava nopeudenmittaus 7 ja viidentenä ta-15 kaisinkytkentäsignaalin muodostava signaalinkäsittelylohko, jonka singnaalinkäsittelyn suorittava elin 11 on edullisesti estimaattori. Takaisinkytkentäsignaali vest ohjataan tavanomaisesti nopeussäädön 1 säätäjälle 12.

20 Nopeudenmittauksessa 7 hissin 6 nopeus mitataan resolverin 8 avulla. Resolverista saadaan paikkaan verrannolliset sini- ja : *]: kosinisignaalit. Näistä signaaleista resolveri/digitaali- : muunnin 8 antaa kulman muuttuessa pulssin. Nopeustakaisinkyt- kennän nopeusoloarvo v0i0 muodostetaan M/T-menetelmällä, jossa * · 25 lasketaan tunnetussa ajanjaksossa RD-muuntimelta tulevien pulssien lukumäärä. Tästä saadaan edelleen laskettua nopeus. Saadussa digitaalisessa nopeussignaalissa v0i0 on erilaisia häiriöitä, kohinaa ja mahdollisesti mittausvirhettä. Nopeus-signaali vo1o syötetään signaalikäsittelylohkoon estimaatto-30 riin. Estimaattorin sisäänmenoina syötetään nopeussäädöstä 1 hissikäytölle lähtevä momenttiohje T0hJe ja nopeudenmittauk- • * » sesta saatava nopeuden oloarvosignaali v0io· Käyttäen esti- • » maattorissa hyväksi hissin dynamiikan mallinnusta ja huomioi- » * : '* den systeemin tyypilliset kohina ja muut virhelähteet poiste- '...· 35 taan estimaattorilla nopeusmittauksessa 7 syntyvää kvan- tisointikohinaa ja muita häiriöitä.

8 111932

Kuviossa 4 on esillä säätösilmukkavaihtoehto, jossa signaa-linkäsittelylohkoon 10 tuodaan moottorikäytölle menevän ohjeen Tohje sijasta kiihtyvyysreferenssi aref. Tällöin paramet-5 rit on valittava toisin, mutta muutoin säätö toimii oleellisen samoin kuin kuvion 3 mukainen säätö. Keksinnön kannalta kiihtyvyysreferenssin käyttöä varsinaisen moottorille menevän ohjeen sijasta voidaan pitää laskentaa helpottavana erikoistapauksena .

10

Kuvioiden 3 ja 4 estimaattorin sijasta käytännössä voitaisiin tilan estimaatin laskennassa käyttää tarkkailijaa, joka toimii vain eri algoritmin mukaan pyrkien täsmälleen samaan vaikutukseen eli tasoittamaan nopeustakaisinkytkentää. Estimaat-15 torin sijasta voitaisiin käyttää myös tarkkailijaa. Tarkkailijassa hissin dynaamista mallia ei voi hyödyntää sillä tavoin kuin estimaattorissa. Muutoin tarkkailijan toimintaperiaate on lähellä estimaattorin toimintaperiaatetta. Sekä esti-maattori, että tarkkailija edellyttävät hissimallin olemassa-20 oloa. Hissimallin parametreja voidaan estimoida edullisesti Kalman-suodattimella, jota käytetään takaisinkytkentäsignaa-lia käsittelevänä elimenä 11 ja jossa suodattimen tila on laajennettu käsittämään myös tarvittavat parametrit. Hissin ·*·’; säätöjärjestelmässä on rajoitetusti laskentakapasiteettia, 25 jolloin estimointi ja hissimallin parametrien identifiointi « · j‘. _ ei onnistu laskentakapasiteettia tavanomaisesta lisäämättä samalla säätövälillä. Tällöin identifiointialgoritmi voidaan * * · jakaa osiin, jotka lasketaan yksi kerrallaan. Näin identifi-ointialgoritmi ei päivitä estimaattorin parametreja joka sää- • » • | .··, 30 tövälissä.

• t » > » I | • · * * ’ · * Kuviossa 5 on esillä mallin identifiointi osana takaisinkyt- » · ’*··’ kentäsignaalin vest muodostamista. Moottorikäytölle menevän ; *.. ohjeen u ja nopeustiedon v avulla muodostetaan estimoin- : : 35 tiosassa 20 perusteella nopeusestimaatti vest,jota käytetään takaisinkytkentäsignaalina säätäjälle 22. Nopeusestimaatin 9 111932

Vest ja ohjeen u avulla identifiointiosassa identifioidaan hissiä kuvaavan mallin parametrit β, joka malli taas syötetään estimointiosaan estimoinnin perustiedoksi. Näin estimointi vaikuttaa malliin ja malli estimointiin. Laskentakapa-5 siteetin säästämiseksi on edullista päivittää mallin identifiointia ja suorittaa parametrien β uudelleenlaskenta harvemmin kuin päivittää takaisinkytkentäsignaalia.

Estimaattorin avulla muodostetaan nopeussäätäjän antaman oh-10 jeen Tohjei tai siihen olennaisen verrannollisen ohjeen, ja nopeusmittauksen tuloksen v0i0 perusteella nopeusestimaatti Vest» jota käytetään nopeussäädössä 4 takaisinkytkentäsignaa-lina.

15 Nopeusestimaatin muodostava laskenta-algoritmi saadaan ratkaistua seuraavan estimaattorin tilamallin avulla: 9k+1 — CeXk+l + DeUek+1, 20 missä Ae on estimaattorin tilayhtälön systeemimatriisi, • * ;·, Be on estimaattorin tilayhtälön sisäänmenojen • · · vahvistusmatriisi, ,·, ; Ce on estimaattorin mittausyhtälön mittausmatriisi, • · · • ·

De on estimaattorin mittausyhtälön sisäänmenojen 25 vahvistusmatriisi, i · t xk on estimaattorin tilavektori ajanhetkellä k, • ·'; yk on nopeusestimaatti ajanhetkellä k, : Uekon estimaattorin ohjausvektori hetkellä k, ’ . , * U«k [ ’^'ohji’k ^olok j’ 3 0 missä T0hjek on momenttiohje hetkellä k ja Voiok on nopeusmittaus hetkellä k.

10 111932

Estimaattoria käytettässä tarvitaan hissistä malli. Mallin ominaisuudet identifioidaan prosessikokeiden perusteella.

Köysihissille voidaan muodostaa hitausmassaan perustuva, yk-5 sinkertaistettu malli, joka useimmille käytännön hisseille on myös riittävä.

Mallia kuvaa yhtälö 10 0) = -—a + --Tm, ^ m **m missä ω' on vetopyörän kulmakiihtyvyys ω on vetopyörän kulmanopeus,

Jm on hissisysteemin kokonaishitausmomentti

Bm on hissisysteemin kokonaiskitka ja 15 Tm on ohjaava momentti.

Koska takaisinkytkentänä on nopeustieto, niin muutetaan kulmanopeus ω nopeudeksi v. Tästä ei aiheudu ongelmia, sillä kyseessä on vain skalaarilla (vetopyörän säteellä) kertomi-.. . 20 nen. Tälle järjestelmälle voidaan kirjoittaa jatkuva-aikainen !. * tilayhtälö ja mittausyhtälö • · · » < · · t « t * · '. *. x = Ax + Bu + v » * « • i t ,; * y = Cx + Du + w, » « » « t * I < > 25 missä ,, , A on yleisen jatkuva-aikaisen tilayhtälön systeemi- i > »

* I

*.,! matriisi, < * * · B on yleisen jatkuva-aikaisen tilayhtälön ohjauksen ‘ kerroinmatriisi, ’ 30 C on yleisen jatkuva-aikaisen mittausyhtälön mittaus- matriisi, kerroinmatriisi, : D on yleisen jatkuva-aikaisen mittausyhtälön ohjauksen 11 111932 u on ohjaava momentti Tm , x on vetopyörän nopeus v , v on stokastinen häiriö (kohina) prosessissa ja w on stokastinen häiriö (kohina) mittauksessa.

5

Diskretoidaan järjestelmä, jolloin saadaan **+i =Akxk+Bkuk +vk yk =ca +A«*+w*.

missä

Ak on yleisen diskreetin tilayhtälön systeemimatriisi, 10 Bk on yleisen diskreetin tilayhtälön ohjauksen kerroinmatriisi,

Ck on yleisen diskreetin mittausyhtälön mittaus- matriisi ,

Dk on yleisen diskreetin mittausyhtälön ohjauksen 15 kerroinmatriisi,

Uk on ohjaava momentti Tm ajanhetkellä k,

Xk on vetopyörän nopeus v ajanhetkellä k ja

Vk,Wk ovat prosessin ja mittauksen stokastisia häiriöitä (kohinoita).

20 : Huom! Tässä Ak:n Bk:n Ck:n ja Dk:n alaviite k tarkoittaa dis- : ·.. kretoidun tilamallin matriiseja. Matriisit ovat vakioita. Sen : ·’; sijaan x*:n, u*;:n ja yk:n alaviitteenä k tarkoittaa ajan het- keä k.

* 25

Mallin identifioimiseksi tarvitaan tieto hissin nopeudesta Voio ja momenttiohjeesta T0hje· Nämä ovat käytettävissä suoraan säätösilmukassa. Identifioinnissa on huomioitava kitkoista johtuva tietty momenttitarve ja kulloisenkin kuorman vaiku-, . 30 tus. Kuorman vaikutus voidaan huomioida käyttämällä kori- ! vaa'asta saatavaa vaakatietoa. Kuviossa 6 esitetty hissin mi tattu 31 ja ja simuloitu nopeus 30. Mittaus on tehty hissin huoltoajotilanteessa. Simulointi on tehty toisen asteen tila-mallilla ja käyttäen hissin huoltoajonopeutta ajaen ylöspäin.

35 12 111932 Käytännössä hyvä ratkaisu estimaattorin toteuttamiseksi on Kalman-suodin. Hissin vetopyörän nopeutta, tai muuta hissiko-rin nopeuteen verrannollista nopeutta tarkkaillaan Kalman-suotimella. Kalman-suotimen yhtälöt voidaan kirjoittaa muo-5 toon

Xk ~ (^Ic ~ ^k^^k)Xk +(-^/£ — ALDk)uk P, =(C,-C.LC^ + QLy, + (Dk-C.LD^u,, missä

Ajc on yleisen diskreetin tilayhtälön systeemimatriisi,

Bk on yleisen diskreetin tilayhtälön ohjauksen 10 kerroinmatriisi, C]c on yleisen diskreetin mittausyhtälön mittaus- matriisi ,

Dk on yleisen diskreetin mittausyhtälön ohjauksen kerroinmatriisi, 15 uk on ohjaava momentti Tm ajanhetkellä k, xk on Kalman suotimen tilavektori hetkellä k, y on estimaattorin uloasulo (nopeuden estimaatti vest) / yk on mittaus (nopeus v0i0) L on Kalman suodattimen vahvistusmatriisi .. . 20 Vahvistusmatriisi L voidaan laskea digitaalisella lineaari- * sella pienimmän neliösumman menetelmällä. Mittauskohinan ja !. . prosessikohinan kovarianssit saadaan tarkastelemalla va- » I » kionopeusaluetta ja käyttämällä yhtälöä < ♦ · ΐ\ί Q-ql !:·. £<r2, * · » 25 missä Q on prosessikohinan (momentin T0hje) kovarianssi, R on mittauskohinan (nopeusmittauksen v0io) kovarianssi ja

• * t I

g, r ovat vastaavat keskihajonnat.

• » v;‘ Tämän jälkeen generoidaan diskreetti Kalman-suodin sopivalla 30 numeerisella ratkaisumenetelmällä. Kun oletetaan prosessiko-hina ja mittauskohina valkoisiksi ja kun niiden kovarianssit ; : ovat tunnettuja, niin numeerinen ratkaisu käy helposti esi merkiksi jollakin kaupallisesti saatavalla numeerisella oh- 13 111932 jelmistolla. Kun lasketaan tarvittavat tiedot mittausdatasta ja simuloidaan, niin havaitaan, että estimoitu ja mitattu no-peussignaali kulkevat lähes päällekkäin.

5 Käytännössä estimaattori on jossain määrin systeemiriippuvai-nen. Kun keksintöä testattiin hississä, jossa on taajuusmuut-tajakäyttöinen kestomagnetoitua synkronimoottori, ja hissiä ajetiin huoltoajonopeudella 0,3 m/s käyttäen estimaatoria, niin havaittiin keksinnön mukaisen säädön selvä vaikutus ajon 10 laatuun. Yli 10 Hz taajuusalueella niin mitattu nopeusrippe-li, kuin momenttiohjeen rippelikin väheni huomattavasti, eli noin 15 dB. Kuviossa 7 on esitetty mittauskäyrät hissin alas-päinajosta sekä momenttiohjeesta ilman estimaattorin käyttöä 32 ja estimaattorilla säädettäessä 33 ja kuviossa 8 nopeus-15 signaali momenttiohjeesta ilman estimaattorin käyttöä 34 ja estimaattorilla säädettäessä 35. Kuvioiden 7 ja 8 ajoissa estimaattori perustui ensimmäisen kertaluvun malliin. Tällainen ajotulos on suorastaan häkellyttävä. Momentin tärinöiden oleellinen väheneminen vaikuttaa suoraan ajomukavuuteen.

20

Itse estimaattorin toteutus tehdään voidaan helposti tehdä ohjelmallisesti. Käytännössä varsin lyhyt ohjelmajakso riit-^ tää. On huomattava, että vaikka edellä on tarkasteltu moment- * ** tisisäänmenoa, niin malli ei erottele momenttia esimerkiksi ti · * ·' 25 kiihtyvyydestä. Tärkeintä on, että sisäänmenosuure eli ohjaus • ”· on momenttiin verrannollinen. Estimaattorin toteuttaminen kulminoituu näinollen mallin identifiointiin. Identifiointiin > i v ' on ainakin seuraavat kolme mahdollisuutta: Parametrien ennal ta laskeminen ja taulukointi, identifiointi-setup ja reaali-ί .· 30 aikainen identifiointialgoritmi. Näin käytännön malli, jonka avulla keksintöä toteutetaan, voidaan muodostaa usealla ta-;Y: valla.

Mallin periaatteessa ei tarvitse olla tarkka stokastisen sää-35 töteorian mukaan. Tämä saattaa antaa mahdollisuuden rajoitet-“* tuxin määrään valmiita parametri joukkoja, jotka voidaan laskea 111932 14 etukäteen, toisin sanoen parametrien ennalta laskemiseen ja taulukointiin. Parametritaulukosta valitaan esim. hissin painon mukaan sopivat arvot. Vaikka tämä vaihtoehto voi olla useassa käytännön tapauksessa riittävä, on pidettävä mieles-5 sä, että tällainen malli kuvaa systeemiä sangen vajavaisesti ja että mallin parantuessa yleensä myös säätö paranee.

Edellistä parempi ja suhteellisen vähän prosessoritehoa vaativa tapa on liittää esimerkiksi hissin kuilusetuppiin datan-10 keruuta identifiointia varten. Muutama sekunti riittäisi siihen, että säätöjärjestelmän avulla mitattaisiin momentti tai jänniteohje sekä nopeuden oloarvo. Kuilusetupin jälkeen laskettaisiin tarvittavat kertoimet estimaattorille. Tämän jälkeen hissi voi ajaa normaalia ajoa estimaattori kytkettynä.

15

Kehittyneempi tapa on tehdä mallin ja suodattimen laskenta-algoritmiin lisäys, jossa ajoittain päivitetään mallin parametreja ja lasketaan estimaattorille uudet kertoimet. Tällä tavalla saavutetaan mallin ja säädön sopeutuminen muuttuviin 20 kuilu- ja kuormaolosuhteisiin. Tällainen järjestely käyttää kuitenkin enemmän laskentakapasiteettia, mikä vaatii lait- .. . teistolta jonkin verran enemmän prosessoritehoa kuin tavan- • · !, ’ omainen säätö. Varsinkin pikahisseissä, joiden nopeus on * ·« . luokkaa 5 m/s tai suurempi, tämä saatttaa aiheuttaa tarpeen - · · *# 25 valita tehokkaampi prosessori. Tällaisessa toistuvana säädön ; · osana tapahtuva mekaanisen mallin parametrien estimointi voi daan toteuttaa esimerkiksi pienimmän neliösumman menetelmäl- ’ lä. On huomattava, että mallin parametrien estimointi voi ta pahtua selvästi hitaammassa luupissa, kuin varsinainen nopeu-: 1’ 30 densäätö. Esimerkiksi nopeussäätö 4 ms välein ja kertoimien '··1' identifiointi 100 ms välein. Näin hissiä kuvaavan päivitettä- ; : vän mallin peräkkäisien päivityksien välinen aikaväli on suu- rempi kuin peräkkäisten takaisinkytkentäsignaalien muodosta-:·[ misten välinen aikaväli.

35 „ 111932 lb

Mallin joidenkin suureiden valinta voi poiketa esitetystä ja olla edullisempaa. Esimerkiksi kiihtyvyysohjeen käyttäminen sisäänmenona todellisen momentin sijasta korjaa mallia alku-momentin ja kitkojen osalta.

5

Ammattimiehelle on ilmeistä, etteivät keksinnön suoritusmuodot rajoitu edellä esimerkkinä esitettyyn, vaan ne voivat vaihdella seuraavien patenttivaatimusten puitteissa.

10 1 · · r · » · j ·

Claims (9)

16 111932

1. Menetelmä hissin nopeuden säätöön, jossa menetelmässä nopeudensäätö on takaisinkytketty ja nopeussäätö takaisinkyt-ketään takaisinkytkentäsignaalilla (vest)/ jonka muodostami-5 sessa käytetään hissikäyttöä (4) ohjaavaa ohjetta (T0hje) tai siihen olennaisen verrannollista muuta ohjetta ja hissin nopeusmittauksen tulosta (Voio) / tunnettu siitä, että määritetään hissiä kuvaava malli ja että malli päivitetään toistuvasti .

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hissikäyttöä (4) ohjaava ohje (T0hje) on jokin seuraavis-ta: jännite- ja taajuusohje, virta- ja taajuusohje, moment ti ohje, kiihtyvyysohje.

3. Yhden tai useamman edeltävän patenttivaatimuksen mukainen 15 menetelmä, tunnettu siitä, että määritetään hissiä kuvaava malli, jonka avulla takaisinkytkentäsignaali (vest) muodostetaan ohjeen (T0hje) ja nopeusmittauksen tuloksen (volo) perusteella .

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, • * 20 että määritetään hissiä kuvaava malli muuttumattomaksi osaksi hissin nopeudensäätöä. * I

’·,· 5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että malli päivitetään asetetun aikataulun perusteella.

6. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 25 että nopeussäädöllä on säätöväli ja mallin päivityksellä on t · ‘säätöväli ja että mallin päivityksen säätöväli on suurempi * · ;* kuin nopeussäädön säätöväli. 4 » > * · ·.

7. Hissijärjestelmä, johon kuuluu moottorikäyttö ja mootto ri, hissi ja sen mekaniikka, nopeudenmittauslaite sekä moot-30 torikäytölle (T0hje) ohjeen muodostava ohjausjärjestelmä, jos-’ sa on digitaalinen säätölaite, jossa ainakin nopeudenmittaus- 17 111932 laitteen tuottama nopeustieto (v0i0) on käytettävissä, ja säätölaitteessa ohje (Tohje) on muodostettu käyttäen takaisinkyt-kentäsignaalina hissin toimintaa kuvaavan mallin parametrien (β) avulla ohjeesta ja nopeustiedosta muodostettua signaalia 5 (vest) , tunnettu siitä, että hissin toimintaa kuvaava malli toistuvasti päivitettävä.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen hissijärjestelmä, tunnettu siitä, että mallin parametrit (β) on päivitettävissä.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen hissijärjestelmä, tunnettu 10 siitä, että mallin parametrien (β) peräkkäisien päivityksien välinen aikaväli on suurempi kuin peräkkäisten takaisinkyt-kentäsignaalien muodostamisten välinen aikaväli. 15 » 1 * 1 * ♦ • 1 : 1 » » » » · 18 111932