CN1158817A - 用于补偿电梯振动的速度控制装置 - Google Patents

Abstract

一种在所需操作条件下以合适的速度操作电梯的轿厢的速度控制装置，能够减少轿厢产生的机械振动。通过由控制速度的电流指令获得卷扬机的转矩并从转矩获得卷扬机的加速度，当操作具有低的机械谐振频率的高速电梯时，用卷扬机的加速度补偿电流指令的值并将其输出，以达上述效果。

Description

用于补偿电梯振动 的速度控制装置

本发明涉及一种在所要求的操作条件下以合适的速度操作电梯轿厢的速度控制装置，更具体地说，涉及一种用于补偿电梯振动的改进的速度控制装置，当具有低的机械谐振频率的高速电梯被操作时，能够减少机械振动。

电梯速度控制装置是对于一种操作条件以合适的速度操作轿厢的装置。

图1是常规技术中的电梯的速度控制装置的结构图。如图所示，电梯的速度控制装置包括具有电动机和滑轮的卷扬机118，轿厢121和配重122，用来通过缆索119、120按照卷扬机118的旋转作垂直运动，脉冲发生器117，用来按照卷扬机118的旋转输出脉冲信号(P1)，脉冲放大器115，用来接收从脉冲发生器117输出的脉冲信号并输出相应于卷扬机118的转速的脉冲信号(P2)，减法器112，用来从外部输入的速度指令信号(u^*)中减去脉冲放大器115输出的脉冲信号(P2)并输出速度误差信号(e)，速度控制器113，用来接收来自减法器112的速度误差信号，并进行比例积分和控制从而输出电流指令信号(i^*)，电流控制器114，用来转换电流指令信号(i^*)成为电压指令信号(v^*)并输出它，以及逆变器116，用于按照电压指令信号(v^*)操作卷扬机118。

K1代表连接卷扬机的滑轮和轿厢121的缆索119的弹性常数，C1代表缆索119的阻尼系数，K2是连接卷扬机118的滑轮和配重122的缆索120的弹性常数，C2是缆索120的阻尼系数。

现在参照图2说明按照常规技术的电梯的速度控制装置的操作。

当从外部输入电梯的操作指令时，速度指令((u^*)从外部操作管理装置(未示出)通过减法器112被输入速度控制器113。

当卷扬机118被操作时，通过缆索119连接于滑轮的轿厢121作垂直运动，并且按照卷扬机118的转动，脉冲发生器117产生脉冲信号(P1)，脉冲放大器115接收脉冲信号(P1)，按照卷扬机118的转速向减法器112输出脉冲信号(P2)。

在减法器112中获得脉冲(P1)和速度指令信号(u^*)之间的误差信号(e)，它表示卷扬机118的实际操作速度不同于所希望的速度。

按照速度指令信号(u^*)，速度控制器113以比例增益(K_p-s)进行比例控制，以积分增益(K_i-s)进行积分控制，以输出电流指令信号(i^*)，使轿厢121按照速度指令信号(u^*)运动。电流指令信号(i^*)在电流控制器114中按照增益(K)进行电流控制，被转换成电压指令信号(v^*)被送到逆变器116，最后，逆变器116操作卷扬机118。

电梯系统是一个机械系统，其中包括卷扬机118、轿厢121和配重122的质量，由K1和K2表示的弹性常数，以及由C1和C2表示的阻尼系统，因而该系统具有固有谐振频率。

图2表示系统的输出幅值，它是当速度指令信号(u^*)作为输入，轿厢121的速度作为输出时，轿厢121相对于速度指令信号(u^*)的输入频率的变化的速度。

频率(WSC1)是速度控制器113的截止频率，它是用于确定系统相对于速度指令信号(u^*)的响应特性的系数。频率(WSC1)越高，响应特性越快。其中频率(W1，W2)是系统的机械谐振频率。

当输出大于OdB时，如由实线表示的波形21所示，呈现具有大的谐振频率品质的响应，从而产生具有一种谐振频率品质的振动，因而由于卷扬机的电机输出转矩的脉动而增加轿厢的振动，降低电梯的运行质量。

如果调节速度控制器113的比例增益(K_p-s)和积分增益(K_i-s)，如图2中虚线所示的波形，截止频率(WSC1)被降低，因而系统的响应速度变慢，整个输出幅值下降，结果，谐振频率(W1，W2)被降到OdB水平以下。因此，振动被控制，从而使上述问题得以解决。

然而，在高速电梯系统中，它具有高的频率，机械谐振频率(W1，W2)小，并处于速度控制器的截止频率(WSC1)附近。因此，当通过调整比例增益(K_p-s)和积分增益(K_i-s)使谐振频率(W1，W2)降低时，截止频率(WSC1)也降低，结果，降低相对于速度指令(u^*)的系统的响应特性。

因此，在上述的方法中在控制轿厢的振动方面存在缺陷。

因而，本发明的目的是通过输出一个轿厢的加速度值补偿轿厢的振动，同时在控制电梯的速度方面，以和现有技术相同的方式维持电梯的速度计算特性。为达到上述目的，在电梯的轿厢按照通过进行比例、比例微分或比例积分的速度控制而获得的所需速度指令操作的电梯的速度控制装置中，所作的改进包括一个振动补偿器，它在获得卷扬机的加速度并从加速度得到补偿电流之后，把补偿电流加到原始电流指令上或从原始电流指令中减去补偿电流。

从下面结合附图给出的详细说明中会更充分地理解本发明，这些仅是以说明的方式给出的，并不构成对本发明的限制，其中：

图1是表示常规技术的电梯速度控制装置的结构示意图；

图2是图1的系统相对于输入频率的改变的辐值响应曲线；

图3是按照本发明用于补偿电梯的振动的速度控制装置的结构示意图；

图4是图3的振动补偿器的结构示意图；

图5是图3的系统相对于输入频率的变化的响应曲线。

下面参照附图详细说明按照本发明的用于补偿电梯的振动的速度控制装置。

图3是按照本发明用于补偿电梯的振动的速度控制装置的结构示意图。如图所示，电梯包括具有电动机和滑轮的卷扬机118，用来通过缆索119，120按照卷扬机118的旋转作垂直运动的轿厢121和配重122。速度控制装置包括脉冲发生器117，用来按照卷扬机118的旋转输出脉冲信号(P1)，脉冲放大器115，用来接收脉冲信号(P1)并相应于卷扬机118的转速输出脉冲信号(P2)，第一减法器112，用来从外部输入的速度指令信号(u^*)中减去来自脉冲放大器115的脉冲信号(P2)，以便计算速度误差信号(e)，速度控制器113，用来接收速度控制信号(e)并进行比例和积分控制从而输出电流指令信号(i^*)，振动补偿器300，用来接收来自脉冲放大器115的输出脉冲(P2)，计算卷扬机118的输出转矩(Te)，从而计算轿厢121的加速度，并由加速度获得的补偿电流和原始电流指令信号(i^*)产生新的电流指令信号(i^*)，电流控制器114，用来把新的电流指令信号(i^*)转换成电压指令信号(v^*)并将其输出，以及逆变器116，用于按照电压指令信号(v^*)操作卷扬机118。

振动补偿器300包括转矩计算器311，用来将增益(Kt)乘以电流指令信号(i^*)，从而计算卷扬机118的转矩值(Te)，加速度计算单元312，用来接收转矩值(Te)和从脉冲放大器115输出的脉冲信号(P2)，从而计算轿厢121的加速度值(Acar)，补偿电流发生器313，用来以补偿增益值(Kc)乘以加速度值(Acar)从而产生补偿电流(ic)，以及第二减法器314，用来从电流指令信号(i^*)中减去补偿电流信号(ic)，从而获得新的电流指令信号(i^*)并将其输出到电流控制器114。

现在参照图4到图6详细说明本发明的操作。

当输入电梯的操作指令时，一个速度指令信号(u^*)被从外部操作管理装置(未示出)输入到减法器112，并且从脉冲放大器115输出的脉冲信号(P2)也被输入到减法器112。

因而，在减法器112中获得表示脉冲信号(P2)和速度指令信号(u^*)之间的差的误差信号(e)，然后速度控制器113按照误差信号(e)以比例增益(K_p-s)进行比例控制，以积分增益(K_i-s)进行积分控制，向电流控制器114输出电流指令信号(i^*)。

在振动补偿器300中的转矩计算器311以转矩常数(Kt)乘以电流指令信号(i^*)，从而计算转矩值(Te)，该转矩值(Te)代表电动机的输出转矩。加速度计算单元312接收转矩值(Te)和来自脉冲放大器115的脉冲信号(P2)，从而计算加速度值(Acar)，其中脉冲信号(P2)代表卷扬机118的滑轮的速度。

图4是图3中振动补偿器300的内部结构，Wcar代表轿厢的速度值。

这就是说，加速度计算单元312接收卷扬机118的速度和电动机的输出转矩值(Te)，从而按照以下公式使用在每个方块中的系统的每个参数b11，b12，b21，b22，a12，a22，C1，计算速度值(Wcar)，其中J代表卷扬机118的滑轮的惯性动量，r是滑轮的半径，m是轿厢121的质量，k是滑轮和轿厢121之间的弹性常数，L1和L2是增益， $b11=\frac{k}{m}{L}_1+\frac{k}{m}{L}_1{L}_2,$ $b12=r-L_1+\frac{\mathrm{rk}}{J}{L_2}^2,$ $b12=\frac{L_1}{J},$ $b22=\frac{L_2}{J},$ $a12=\frac{k}{m}+\frac{\mathrm{rk}}{J}{L}_1,$ $a21=\frac{\mathrm{rk}}{J}{L}_1,$ $a22=\frac{\mathrm{rk}}{J}{L}_2,$ C₁＝L₁计算的速度值(Wcar)在方块(d1)中被转换成加速度值(Acar)

d1＝S

补偿电流发生器313用补偿增益(Kc)乘以加速度值(Acar)，从而计算补偿电流值(ic)，并在第二减法器314中从由速度控制器113输出的电流指令信号(i^*)中减去计算的补偿电流值(ic)。从而向电流控制器114输入新的电流指令信号(i^*)。电流控制器114向逆变器116提供电流控制的电压指令信号(v^*)，从而补偿轿厢121的振动并使其向所需位置运动。

图5是图3的系统相对于输入频率的变化的系统响应。图中所示的周实线表示的波形50是本发明的频率响应波形，波形21和图2所示的现有技术的频率响应波形相同。

如图所示，和常规技术相比，速度控制器113的截止频率(WSC1)不变化，谐振频率(W1，W2)在OdB以下，这表明轿厢的振动被消除了。

因而，通过以补偿电流值的形式并把补偿电流值加于原始电流指令信号或从原始电流指令信号中减去补偿电流值，在振动补偿器中获得关于轿厢的振动的补偿，使截止频率保持不变，使得在系统的谐振频率下的系统响应在OdB以下。

因此，当电梯被操作时，轿厢的振动被消除了，改善了电梯的运行性能。

虽然本发明的最佳实施例已经为了说明的目的进行了描述，本领域的技术人员应该理解不脱离权利要求书中所述的本发明的范围和精神，可以作出各种改型和增减。

Claims (2)

1、一种电梯的速度控制装置，所述电梯的轿厢通过进行速度和电流控制进行操作，以便使卷扬机运行在所需速度上，其包括：振动补偿器，它获得卷扬机的加速度值，然后由加速度值获得补偿电流值，并把补偿电流值加于原始电流指令值或从原始电流指令值中减去补偿电流值。

2、如权利要求1所述的装置，其中的振动补偿器包括：

转矩计算器，用来以预定的转矩常数乘以电流指令值，从而获得转矩值；

加速度计算单元，用来接收在转矩计算器中获得的转矩值和电机的速度，以便获得卷扬机的加速度值；

补偿电流发生器，用来以补偿增益乘以卷扬机的加速度值，从而产生补偿电流值；以及

减法器，用来从电流指令值中减去补偿电流值。

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