CN1024648C

CN1024648C - 液压电梯控制装置

Info

Publication number: CN1024648C
Application number: CN91109672A
Authority: CN
Inventors: 富泽正雄; 久保田猛彦
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-10-16
Filing date: 1991-10-15
Publication date: 1994-05-25
Anticipated expiration: 2006-10-15
Also published as: US5243154A; JP2533683B2; CN1060826A; JPH04153170A

Abstract

一种液压电梯控制装置，由变换器变速液压泵直接连接的转动机，从而控制电梯运行速度。它是根据检测出电梯速度、和转动机的转速求得的电梯速度换算值之间的差值，以及由检测出的压力，反馈到上述转动机的速度控制系统，由此抑制电梯的振动。

Description

本发明涉及液压电梯的控制装置，特别涉及通过变速驱动直接连接于液压泵的转动机，来控制高压油流量，从而抑制电梯振动的液压电梯。

以往的液压电梯在上升运行时，电机以定速转动，内流量控制阀调节油压泵输出的定量油返回油箱的量，由此控制电梯的速度，电梯在下降运行时，由流量控制阀调节靠自重下降的电梯，从而控制电梯的速度。在这种方式中，由于在电梯上升时，要使多余的油循环，而电梯下降时，要使势能消耗于油的发热上，所以能量损耗大，油温上升显著。对此，最近如特公昭64-311号提出了以下解决方法，即使用变换器，使电压，频率可变，从而控制异步电机（以下称VVVF控制），使与异步电机直接连接的泵的输出量可变。采用这种方式，由于在电梯上升时，只输送所需要的流量，而在电梯下降时，使电梯再生制动，所以能量损失小，油的温升也极小，因而可以得到高效率的液压电梯系统。

图3是如特公昭64-311号公报所揭示的液压电梯控制装置的结构图，该装置以油泵的输出量为可变的液压电梯的运转原理为基础，配以柱塞和钢绳构成。

在图3中，（1）是埋设于升降通道的地坑中的液压缸，（2）是充满此液压缸的高压油;（3）是靠此高压油支撑的柱塞，（4）是安装于柱塞（3）顶部的偏导器轮;（5）是一端固定于地坑，并挂在偏导器轮上的钢绳，（6）是安装于钢绳（5）的另一端的电梯，（7）是引导电梯（6）的导轨，（8）是具有常时上回阀功能，且当电磁线圈通电时可转换成反向导通的电磁转换阀;（8a）是连接于液压缸（1）和电磁转换阀（8）之间的输油管;（9）是可逆向运转的、通过管（9a）在与电磁转换阀（8）之间接送高压油的液压泵;（10）是储存油的油箱，通过管（10a）在与液压泵（9）之间接送油;（11）是驱动此液压泵（9）的3相异步电机，将转矩（11a）施加给液压泵（9）。（12）是检测3相异步电机（11）转速的测速发电机，它输出与三相异步电机转速（12a）成正比的电压;（13）是三相交流电源;（14）是变换三相电流电的换流器，（15）是将再生电力回馈给三相电源的变换器;（16）是接收（14）的直流，并控制脉冲幅度，从而产生电压和频率可变的三相交流的变换器，（17a）是电梯（6）的速度指令，（17b）是压力均衡指令，其作用是，当电梯（6）起动时，在执行速度指令之前，电磁转换阀（8）处于关闭状态，这时使三相异步电机（11）低速转动，从而使管（9a）和（8a）内的压力相等;（18）是接收电梯速度指令（17a）、压力均衡指令（17b）以及三相异步电机（11）的转速（12a），输出变换器（16）的控制信号的速度控制装置，（18a）是速度控制装置（18）向变换器（16）发出的控制信号，图中省略了，它在三相异步电机（11）和变换器（16）之间进行可变电压和可变频率的控制。三相异步电机（11）可以对应于变换器（16）的控制信号（18a），成正比地向液压泵（9）输出转矩（11a）。

图4及图5表示的是输送给速度控制装置（18）的速度指令（17a），压力均衡指令（17b）的特性曲线。下面，对应于图4及图5的指令说明图3所示的液压电梯控制装置的动作。

首先，参照图4说明上升运行时的动作。从电磁转换阀（8）被关闭，三相异步电机（11）处于停止状态开始，如图4（a）所示，当把压力均衡指令（17b）输入到速度控制装置（18）时，速度控制装置（18）就向变换器（16）发了控制信号（18a），如上所述，因为变换器（16）和三相异步电机（11）受VVVF控制，所以三相异步电机（11）将把与控制信号（18a）对应的转矩（11a）输送给液压泵（9），3相异步电机（11）及液压泵（9）开始运转，在管（9a）中产生压力。这时，在液压泵（9）中产生对应于管（9a）内压力的负荷转矩，三相异步电机（11）的转速（12a）被反馈到速度控制装置（18）中，三相异步电机（11）的转速（12a），与压力均衡指令（17b）相应地上升，如图4（c）所示。

当与电磁转换阀（8）连接的管（9a）内的压力与管（8a）内的压力大致相等时，电磁转换阀（8）开通，同时，如图4（a）所示发出电梯速度指令（17a）。在电梯上升运行时，因为用电梯速度指令（17a）之和表示的三相异步电机（11）的转速指令，比图4（c）所示更高，所以三相异步电机（11）和液压泵（9）高速转动，油箱（10）内的油通过配管（10a），（9a），（8a）向液压缸（1）内流动，从而推起柱塞（3）和偏导器轮（4）。因为钢绳（5）挂在偏导器轮（4）上，所以偏导器轮（4）转动，就使得电梯（6）被以两倍于柱塞的推力推起。并且，依次转换电梯速度指令（17a），就可使电梯（6）的位置移动，在所需要的位置关闭电磁转换阀（8），就可以使电梯（6）停止。

下面，参照图5说明电梯下降时的动作。根据图5所示的压力均衡指令（17b），三相异步电机（11）转动，电磁转换阀（8）打开，这些动作与上升运行时相同，而当电梯速度指令（17a），与如图5（a）所示的压力均衡指令（17b）反向时，三相异步电机（11）如图5（a）所示，其转速下降，最后向着电梯下降方向转动。液压缸（1）内的油（2）通过配管（8a）、（9a）、（10a）流回油箱（10）内，电梯（6）下降。这时，由于和液压泵转动方向相反的负荷作用于液压泵（9），从而使变换器（15）向三相电源（13）回馈再生电力。

如果在图3所示的液压电梯运行中，即在表示电磁转换阀（8）处于开通状态的振动变化的基本形式上，加上三相异步电机（11）的速度反馈，就形成了图6所示的方块图。

在图6中，速度控制装置（18）内的（19）表示的是电梯速度和泵转速之间的关系，A_J是柱塞（3）的截面积，V₀是液压泵（9）转动1弧度时的理论输出油量的体积;（20）是与异步电机（11）的转速指令和实际的转速之差的信号相对应的传递函数，它产生对变换器（16）的控制信号，由（11），（13），（14），（15），（16）构成的电源系统使异步电机（11）输出转矩（11a）。（21）由异步电机（11）和液压泵（9）的惯性转矩Jeq与拉普拉期算子S构成，由此输出三相异步电机（11）的转动速度即转速（12a），（22）是将异步电机（11）的速度变换成电梯速度的系数，很显然它是（19）的倒数;（23）表示的是由液压缸（1）内的高压油（2）的弹性，柱塞（3）的质量，电梯（6）的质量及钢绳（5）的弹性决定的振动系统，T₀是此振动系统的时间常数;（24）是把电梯速度转换成液压缸（1）内的油（2），配管（8a），（9a）及液压泵（9）内油的压力的函数，（25）是液压泵（9）转动1弧度时的理论输出油量的体积，把压力和理论输出体积（25）相乘，就是液压泵（9）的3工作负荷。并且，当压力大于液压泵（9）的工作负荷时，压力均衡指令（17b）和电梯速度指令（17a）迅速反应，这时为了使异步电机（11）转动，就要将传递函数（20）的增益设定得很高。因此，在电梯速度为X_c，时间常数为T₀振动时异步电机（11）的速度变化非常小，总之，即使检测出异步电机（11）的转动速度，也表现不出电梯的振动成分。

因为以往的泵的输出量可控的油压电梯控制装置具有以上结构，所以从图6所示的方块图中表示液压，机械系统的振动特性的（23）可知，由于在其中不包含衰减项，所以在电梯运行中当转换速度特性曲线或由电震产生相当于油压、机械系统极限值（固有频率：1/τ°）的振动时，这种振动长时间持续，有损于乘梯舒适性。

本发明就是以解决上述问题为目的，提供一种积极地抑制液压机械系统的极限振动成分，改善乘梯舒适性的液压电梯的控制装置。

本发明涉及的液压电梯控制装置是，由变换器变速驱动与液压泵直接连接的转动机，来控制电梯运行速度，这种液压电梯具有检测电梯速度的第1单元，检测上述转动机转速的第2单元，检测上述液压系统压力的第3单元。将由上述第1单元检测出的电梯速度和根据由上述第2单元检测出的上述转动机的转速求得的电梯速度算值之间的差值，以及由上述第3单元检测出的压力反馈到上述转动机的速度控制系统，来抑制电梯的振动。

在本发明中，因为把电梯速度与根据如异步电机这样的转动机的转速求出的电梯速度换算值之间的差值及液压起重系统的压力，反馈到转动机速度控制系统中，所以能够积极地抑制电梯振动，改善电梯的乘坐舒适性。

以下，参照附图说明本发明的一实施例。

图1是本发明一实施例的结构图;

图2是本发明的控制系统的详细的方块图;

图3是以往的液压电梯控制装置的结构图;

图4和图5是可变速运行的液压电梯的速度指令特性曲线;

图6表示以往的液压电梯控制装置的动力学及电机速度控制系统的方块图。

图中，（6）是电梯，（8）是电磁转换阀，（9）是液压泵，（11）是三相异步电机，（12）是测速发电机，（16）是变换器，（18）是速度控制装置，（28）是速度检测器，（29）是压力检测器。

另外，图中同一符号表示同一或相当部分。

图1中，（1）-（18a）与以往的装置相同。在本实施例中，为了检测电梯（6）的速度，将钢绳（26）安装于电梯（6）上，在电梯（6）的上部和下部设置导向用的滑轮（27）。（28）是安装于下部滑轮（27）上的速度检测器，它输出与电梯（6）的速度（28a）成正比的电压;（29）是检测配管（8a）内压力的压力检测器，它输出与配管（8a）内的压力（29a）成正比的电压。速度控制装置（18）接收转动机器例如三相异步电机（11）的转速（12a），电梯（6）的速度（28a），配管（8a）内的压力（29a），电梯速度指令（17a），以及压力均衡指令（17b），并向变换器（16）发出控制信号（18a）。

图2用方块图描绘出速度控制装置（18）的演算内容及液压、机械系统的传递特性。三相异步电机（11）的转速（12a）乘以将其换算成电梯速度的换算系数（22a），取此信号和电梯速度（28a）的差，再通过减去压力均衡指令V_P，分离差信号的直流成分，将它乘以增益（31）。另外，从配管（8a）内的压力（29a），减去关闭电磁转换阀（8）时只按压力均衡指令V_P运行所得到的电磁转换阀（8）开通前的压力P，分离直流成分，把它乘以增益（32），再加到电梯（6）和异步电机（11）的速度差信号上，通过补偿单元（33）得到控制信号（34），再经过开关（35），将此信号反馈到异步电机（11）的速度控制系统，这里，确定Hd（S）的大小是为了分离液压电梯运行中配管（8a）内的压力损失及泵的泄漏流量特性的变化而产生的直流信号的变动，进而抑制具有上述液压，机械系统振动特性的振动系统（23）产生的极限振动值S＝i/τ°（i是虚数单位），但如果由异步电机（11）的速度控制系统决定的极限值，比液压、机械系统的极限S＝i/τ₀高的话，可由下选定式：

Hd（S）＝τ² ₀·S/（1+τc·S）²（1）

式中τc与油压机械系统的时间常数τ₀相比选得很大。

下面说明本实施例的动作。从电磁转换阀（8）被关闭，三相异步电机（11）处于停止状态开始，当压力均衡指令（17b）输入到速度控制装置（18）中时，开关（35）处于断开位置，所以液压电梯的动作同以往的电梯相同。当连接于电磁转换阀（8）上的管（9a）内的压力与管（8a）内的压力大致相同时，电磁转换阀（8）开通，在发出电梯速度指令（17a）的同时，开关（35）闭合，控制信号（34）反馈至三相异步电机的速度控制系统。在这里，如图2之方块图所示，因为用开通电磁转换阀（8）之前的压力均衡指令V_P，以及减去此时的压力而生成控制信号（34），所以不产生由于闭合开关（35）而产生的电震。总之，因为用压力均衡指令V_P及减去此时的压力P，分离直流成分，只检测交流成分（振动成分），所以，没有伴随开关（35）“开”、“关”的过渡变化，运行平滑，没有附加的来自速度控制系统过渡时的干扰。

现在，假设开关（35）处于闭合状态，即电梯（6）处于运行状态中，由于外部干扰电梯（6）产生了振动，那么如果用图2所示的方块图及上述式（1）中的Hd（S），则除去直流成分后着眼于振动成分的控制信号（34）为：

ud= (τc²s)/((1+τcs)²) (kd₂δp+kd₁τ² _os)x_c(2）

并且，因为异步电机（11）的速度控制系统的极限值比油压、机械系统的极限值高，所以三相异步电机（11）迅速随（2）式反应，改变其速度。再者，因为τc比液压、机械系统的时间常数τ_O选得大，所以上式（2）右边第1项起到2次高通滤波器的作用。即，反馈上式（2），对于油压机械系统的极限值来说，Kd₂δ_P相当于附加了弹性，Kd₁τ² _O相当于附加了衰减，如果适当选择速度控制系统的增益Kd₁和Kd₂，那么就可以任意选择液压机械系统的极限值，这从控制工程学理论来说是显而易见的。另外，因为上述（2）式中的δ_P以及τ。

是检测出的油压起重系统的压力和电梯（6）与异步电机（11）的速度差，所以它们根据电梯（6）中乘客数自动变化，因而，本发明的速度控制系统随液压电梯的乘客数所决定的液压和机械系统极限值的变化而变化，从而其有效性不受损害。

再有，在前述实施例中，举出了有上述（1）式作为补偿单元（33）的例子，而从三相异步电机的速度控制系统的极限值和液压、机械系统的极限值的相对关系可知，即使用其它形式的补偿单元，也能得到同样的效果。

另外，驱动液压泵不仅限于三相异步电机，例如，用直流电机等变速控制液压泵，也可以达到所期望的目的。

如上所述，采用本发明，通过变换器变速地驱动与液压泵直接连结的转动机，从而控制电梯运行速度的液压电梯具有以下单元：检测电梯速度的第一单元，检测上述转动机转速的第二单元，检测上述液压系统压力的第三单元。把从上述第一单元检测出的电梯速度和根据从上述第二单元检测出的上述转动机的转速所求电梯速度换算值之间的差值以及由前述第三单元检测出的压力反馈至上述转动机的速度控制系统，以便抑制电梯的振动，所以可以对应于不同的乘梯人数所产生的液压，机械系统的极限值的变化，大幅度地抑制电梯振动，从而可以起到改善液压电梯乘坐舒适性的效果。

Claims

1、一种液压电梯控制装置，由变换器变速液压泵直接连接的转动机，从而控制电梯运行速度，其特征在于包括：

检测电梯速度的第一单元；

检测上述转动机转速的第二单元；

检测液压系统压力的第三单元；

把根据上述第一单元检测出的电梯速度和根据从上述第二单元检测出的转动机的转速求得的电梯速度换算值之间的差值，以及由上述第三单元检测出的压力，反馈到上述转动机的速度控制系统，由此抑制电梯的振动。